井巷工程 第一章 岩石性质极其工程分级
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第一章岩石的性质及其工程分级◆本章学习目标了解岩石、岩块和岩体的区别。
能够理解和掌握岩石的物理力学特征及其与岩石可钻性和可爆性关系。
了解常用的岩石的工程分级指标。
◆本章教学内容1、岩石、岩块和岩体的基本概念。
2、岩石的物理性质。
3、岩石的力学性质。
4、岩石的工程分级。
◆本章重点本章重点是岩石的力学特征(岩石的变形特性、岩石的强度特性、岩石的硬度、岩石的可钻性和可爆性)及岩石的工程分级。
◆本章难点波阻抗的理解。
◆本章学习方法建议及参考资料1、熟悉各名词、术语的含义,掌握基本概念。
2、对照图片及表格理解岩石变形特性、强度特性以及岩石的工程分级。
§1.1 概述1、岩块是不包含有显著弱面的岩石块体。
2、岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体,岩体中有明显的地质界面,如层理、节理、断层和裂隙面等。
3、岩石则是不分岩块和岩体的泛称。
4、建井工中常把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流沙、淤泥、砾石等统称为表土;表土以下的固结性岩石统称为基岩。
1.2.1 岩石的相对密度和密度岩石由固体、水、空气三相组成,具有相对密度、密度和重度等指标。
一、相对密度(1)岩石的相对密度,是指岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比值。
(2)岩石固体实体积,就是指不包括孔隙体积在内的实在体积。
计算公式:式中:为岩石相对密度;为绝对干燥时体积为的岩石质量,;为岩石固体实在体积,;为水的密度,/。
二、密度岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积在内)的质量,称为岩石的密度,又称质量密度。
干密度是指单位体积岩石绝对干燥时的密度。
湿密度是指天然含水或饱水状态下的密度。
式中:为岩石的干密度;为岩石的湿密度,/;为岩石试件烘干后的质量,;为岩石试件的质量(天然含水或饱水),;为岩石试件的体积,。
三、重度单位体积岩石所受的重力称为重度,又称为重力密度。
重度用γ表示。
1.2.2 岩石的孔隙性岩石的孔隙性,系指岩石的裂隙和孔隙发育的程度,它通常用孔隙度和孔隙比来表示。
第一章岩石的性质及其工程分级1.岩体的组成部分有哪些?岩石和岩体有什么区别?岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体,主要用于岩石性质的室内试验研究;岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体,岩体内一般包括有非连续面;岩石则是不分岩块与岩体时的泛称;开挖巷道会对周围岩石有应力和位移等扰动,这个扰动范围一般为5倍的巷道直径,巷道附近受扰动的岩石称为围岩答:岩体由固、液、气三相物质组成,是岩块和结构面的结合体。
岩石与岩体的区别是:岩石相当于岩块,是从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体,具有完整性好、强度高等特点,可以把岩石近似地视为均质、各向同性的连续介质;而岩体是地下工程周围较大范围的自然地质体,包含有大量的结构面,具有完整性差、强度低等特点,除了少数岩体外,一船岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.单轴压缩条件下,岩石的全应力-应变曲线包括哪几个阶段?答:单轴压缩条件下,岩石的全应力-应变曲线包括以下五个阶段:原始裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段(或破裂发展阶段)、软化阶段和残余强度阶段。
3.普氏岩石分级法的实质是什么?它有什么优缺点?答:普氏岩石分级法的实质是由岩石的单向抗压强度(MPa)除以10(MPa)得到的数值,它表示岩石在各种采矿作业(钻凿、爆破等)以及地压等外力作用下受破坏的相对难易程度。
它的优点是:指标单一,分类方法简单易行;它的缺点是:只反映了岩石开挖的难易程度,不能反映围岩维护的难易程度;由于定级的标准以岩块强度为基础,不能说明岩体的完整性和稳定性等特征,因而不能指导巷道支护设计;由于分类等级较多,使用起来不很方便。
4.围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上有什么区别?答:围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上的区别是:普氏岩石分级法应用于岩石破碎方面,目的是为了提高破岩效率,合理地选择钻眼爆破参数;围岩分类法应用于巷道维护方面,目的是为了恰当地判定巷道周围岩体的稳定性并合理选择支护类型。
井巷工程第一章岩石的性质及其工程分级1.解释岩石、岩体、和岩块三者的特点和力学性质的差异。
答:岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体;岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体;岩石则是部分岩块和岩体的泛称。
由于弱面的存在,岩体强度通常小于岩块强度。
在研究岩石的力学性质时,必须注意到岩块的非均质性、各向异性和不连续等问题。
但岩块是不包含有显著弱面的岩石块体,相对岩体而言,可以把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质来处理,而岩体则不能。
除了少数岩体外,一般岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.影响岩石性质的因素有哪些?答:岩石性质与其矿物组成有关。
一般而言,岩块中含硬度大的片状矿物如云母、绿泥石、滑石、蒙脱石及高岭石等愈多,岩块的强度就愈低。
岩石的结构和构造对岩石的性质也有重要影响。
岩石的结构说明岩石的微观组织特征,是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状和颗粒之间的联系方式。
岩石结构不同,其性质也各异。
岩石的构造则说明岩石的宏观组织特征。
3.解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
答:岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大,这种性质成为岩石的碎胀性。
岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比来衡量,该值称为碎胀系数。
4.三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?答:三向压力作用下岩石的变形表现出下列特征:⑴弹性段与单轴压缩下基本相同。
这一特性具有重要意义,因为可以通过简易的单轴试验确定复杂应力状态下的弹性常数。
⑵岩石表现出明显的塑性变形。
⑶屈服极限、强度峰值和残余强度都与围压大小成正变关系。
⑷大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台,呈现塑性流动现象。
⑸达到临界围压以后继续提高围压,不再出现峰值,应力应变关系呈单调增长趋势。
强度特征:⑴在大多数情况下,岩石表现为脆性破坏。
⑵同一种岩石的强度并非常数。
⑶在不同受力状态下,岩石的极限强度相差悬殊。
5.解释岩石可钻性和可爆性。