岩石的强度特性
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第一章岩石及岩体的基本性质第一节概述岩石是组成地壳的基本物质,它由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律〔通过结晶或借助于胶结物粘结〕组合而成。
一、岩石的分类自然状态下的岩石,按其固体矿物颗粒之间的结合特征,可分为:①固结性岩石:固结性岩石是指造岩矿物的固体颗粒间成刚性联系,破碎后仍可保持一定形状的岩石。
②粘结性岩石、③散粒状岩石、④流动性岩石等。
在煤矿中遇到的大多是固结性岩石。
常见的有砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等。
按岩石的力学性质不同,常把矿山岩石分为:①坚硬岩石②松软岩石两类。
工程中常把饱水状态下单向抗压强度大于10MPa的岩石叫做坚硬岩石,而把低于该值的岩石称为松软岩石。
松软岩石具有结构疏松、密度小、孔隙率大、强度低、遇水易膨胀等特点。
从矿压控制角度看,这类岩石往往会给采掘工作造成很大困难。
二、岩石的结构和构造岩石的强度与岩石的结构和构造有关。
1.岩石的结构指决定岩石组织的各种特征的总合。
如岩石中矿物颗粒的结晶程度、颗粒大小、颗粒形状、颗粒间的联结特征、孔隙情况,以及胶结物的胶结类型等。
岩石中矿物颗粒大小差异很大,在沉积岩中,有的颗粒小到用肉眼难以分辩〔如石灰岩、泥岩、粉砂岩中的细微颗粒〕,有的颗粒可大至几厘米〔如砾岩中的粗大砾石〕。
组成岩石的物质颗粒大小,决定着岩石的非均质性。
颗粒愈均匀,岩石的力学性质也愈均匀。
一般来说,组成岩石的物质颗粒愈小,则该岩石的强度愈大。
2.岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间,以及与其它组成部分之间的排列方式和充填方式。
主要有以下几种构造:1.整体构造——岩石的颗粒互相紧密地紧贴在一起,没有固定的排列方向;2.多孔状构造——岩石颗粒间彼此相连并不严密,颗粒间有许多小空隙;3.层状构造——岩石颗粒间互相交替,表现出层次叠置现象〔层理〕。
岩石的构造特征对其力学性质有明显影响,如层理的存在常使岩石具有明显的各向异性。
在垂直于层理面的方向上,岩石承受拉力的性能很差,沿层理面的抗剪能力很弱。
1.岩体力学的定义:岩体力学主要是研究岩石和岩体力学性能的一门学科。
是探讨岩石和岩体在其周围物理环境(力场、温度场、地下水等)发生变化后,作出响应的一门力学分支。
2.岩石的定义:岩石是矿物或岩屑地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体。
3.岩体的定义:在岩体力学中,通常将在一定工程范围内的自然地质体称为岩体。
4.结构面的定义:所谓结构面,是指具有极低的或没有抗体强度的不连续面5.岩石的力学特征:1.不连续性.2.各向异性.3.不均匀性.4.赋存地质因子的特性.6.学派:1.地质力学的岩石力学派。
2.工程岩石力学派。
第二章1.岩石的基本物理性质:1.岩石的密度指标。
2.岩石的孔隙性。
3.岩石的水理性质。
4.岩石的抗风化指标。
5.岩石的其他特性。
2.岩石的强度特性:所谓强度,是指材料在荷载作用下,所能承受的最大的单位面积上的力。
通常研究岩石的单轴抗压强度(无侧限压缩强度)、抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。
在单向压缩荷载作用下试件的破坏形态:1.圆锥形破坏。
2.柱状劈裂破坏。
3.四种强度特性:1.岩石的单轴抗压强度。
2.岩石的抗拉强度。
3.岩石的抗剪强度。
4.岩石在三向压缩应力作用下的强度。
4.岩石三向压缩强度的影响因素:1.侧向压力的影响。
2.试件尺寸与加载速率的影响。
3.加载路径对岩石三向压缩强度的影响。
4.孔隙压力对岩石三向压缩强度的影响。
5.岩石应力应变全过程曲线(略)6.岩石的流变性包含着三部分的内容:岩石的蠕变、岩石的应力松弛、岩石的长期强度。
7.所谓的蠕变是指岩石在恒定的外力作用下,应变随时间的增长而增长的特性,也称作徐变。
8.典型蠕变曲线(略)。
9.影响岩石蠕变的主要因素:1.应力水平对蠕变的影响。
(不能太大也不能太小,中等应力水平(60%-90%)峰值)2.温度、湿度对蠕变的影响。
10.岩石介质力学模型:1.基本力学介质模型:弹性介质模型、塑性介质模型、粘性介质模型。
2.常用的岩石介质模型:弹塑性介质模型、粘弹性介质模型:马克斯韦尔模型、凯尔文模型。