高等岩石力学第一讲

岩体的特征 岩体既不是理想的弹性体，也不是典型的塑 性体，既不是连续介质，又不是松散介质，而是 一种特殊的复杂的地质体，这就造成了研究它的 困难性和复杂性。因此，只用一般的固体力学理 论尚不能完善解决岩体工程中的所有问题。
1.2 岩石的结构和构造
岩石的物理力学性质除与其组成成分有关外,还取决于 岩石的结构和构造。 岩石的结构是指矿物颗粒的形状、大小和联结方式所 决定的结构特征。 岩石的构造则是指各种不同结构的矿物集合体的各种 分布和排列方式。 岩石颗粒间的联结分为结晶联结和胶结联结两类。 以风化程度划分，岩石分为微风化、中等风化和强风 化岩石。 以坚硬程度划分，岩石分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、 软岩和极软岩。
岩体是地质历史的产物，在长期的成岩及变形过程中 形成了它们特有的结构。 岩体结构包括两个基本要素，结构面和结构体。 结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小 的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，它是在 地质发展历史中，尤其是地质构造变形过程中形成的。 被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围， 这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结 构体。 结构面是岩体的重要组成部分.岩体质量的好坏与结构 面的性质密切相关. 岩石和岩体是既有区别又互相联系的两个概念。岩石 是岩体的组成物质，岩体是岩石(结构体)和结构面的统一 体。
第 一 讲 岩石的物理力学性质
本章内容： 1.1 岩石与岩体的基本概念 1.2 岩石的结构和构造 1.3 岩石的基本物理性质 1.4 岩石的强度
1.5 岩石的变形
重点:
1、岩石与岩体，岩石的基本物理性质；
2、岩石的单轴压缩变形特性，应力－应变全过程曲 线的工程意义；
3、岩石的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及其实验 室测定方法； 4、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 5、岩体强度的各向异性；
1.1
岩石与岩体的基本概念
岩石是组成地壳的基本物质，它是由矿物或岩屑在地质作用 下按一定规律凝聚而成的自然地质体。例如，我们通常所见 到的花岗岩、石灰岩、片麻岩，都是指具有一定成因、一定 矿物成分及结构构造的岩石。按照成因，岩石可分为三大 类．即：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 岩体是指一定工程范围内的自然地质体．它经历了漫长的自 然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用 下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形 迹，例如不整合、褶皱、断层、层理、节理、劈理等不连续 面。岩石与岩体的重要区别就是岩体包含若干不连续面。由 于不连续面的存在，岩体的强度远低于岩石强度。
地，岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
二、相对密度(Gs)
岩石的相对密度就是指岩石的干重量除以岩石的实体
积（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下40C
纯水的重量之比值。岩石的相对密度可在实验室进行测定， 其计算公式为：
Ws Gs Vs w
式中： Gs——岩石的相对密度；
Ws——干燥岩石的重量(kN); Vs——岩石固体体积(m3);
教 材 《高等岩石力学》 周维垣主编，水利电力出版社 《岩石力学》 重庆大学 张永兴 主编， 中国建筑 Nhomakorabea业出版社
参考书 《岩石力学与工程》 蔡美峰主编，科学出版社 《矿山岩石力学》 李通林主编，重庆大学出版社 《岩体力学》 凌贤长主编，哈尔滨工业大学出版社 《岩体力学》 沈明荣主编，同济大学出版社 《岩体力学》 王文星主编，中南大学出版社
岩体结构是由结构面的发育程度和组合关系， 或结构体的规模及排列形式决定的。岩体结构类 型的划分反映出岩体的不连续性和不均一性特征。 中国科学院地质研究所根据多年的工程实践，从 岩体结构的角度提出了岩体结构分类。 根据这个分类．岩体结构分为块状结构、镶 嵌结构、层状结构、碎裂结构、层状碎裂结构以 及松散结构等。我国不少专门为工程目的的岩体 分类，例如为建造地下隧道和洞室的围岩分类 (铁路隧道规范分类、岩石地下建筑技术措施分 类等)，都是以岩体结构分类为基础的。
岩体的特征
(1)岩体是非均质各向异性的材料。
(2)岩体内存在着原始应力场。
主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力为 主，构造应力场通常是以水平应力为主。 (3)岩体内存在着一个裂隙系统。 岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统 一体,可称之为裂隙介质或准连续介质。当岩体应力超过 其强度时，就会使原有断裂进一步扩展，形成新的断裂。 而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又均会导致岩体内的应 力重新分布。
难点：岩石的强度准则。
岩石力学是固体力学的一个新的分支， 用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程 的特殊设计方法。岩石材料不同于一般的 人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的 地质构造作用，内部产生了很大的内应 力．具有各种规模的不连续面和孔洞，而 且还可能含有液相和气相，岩石远不是均 匀的、各向同性的弹性连续体，这就决定 了必须开发出与之适应的原理、装置和方 法。
1.3 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。 一、质量密度（ρ ）和重力密度(γ )： 单位体积的岩石的质量称为岩石的质量密度。单位体 积的岩石的重量称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括 孔隙体积在内的体积。
W V
，γ ＝ρ g(kN /m3)
式中：W――岩石试件的重量(kN) V——岩石试件的体积(m3)； g——重力加速度。 岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应
1、孔隙率
根据岩石孔隙类型不同，岩石的孔隙率分为：
(1)总孔隙率n
w— 40C时水的重度（kN/m3）。
三、岩石的孔隙性
孔隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。 孔隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡 量指标为孔隙率(n)或孔隙比（e）。 闭型孔隙 孔隙 大开型孔隙 开型孔隙 小开型孔隙 闭型孔隙：岩石中不与外界相通的孔隙。 开型孔隙：岩石中与外界相通的孔隙。包括大开型孔隙和 小开型孔隙。 在常温下水能进入大开型孔隙，而不能进入小开型孔隙。 只有在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小开型孔 隙。