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第一章矿山岩石和岩体的基本性质
岩石的物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩石力学中研究最早、最完善的内容之一。
本章介绍:岩石的地质构成及分类;
岩石物理、力学性质及测定;
岩石的破坏机理和强度理论;
岩体及其力学特征。
第一节岩石的基本物理性质

岩石:矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然物体。
(岩石= 矿物颗粒+ 胶结物+ 孔隙+ 水)
矿物:存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物。
结构:组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况。
(结晶、胶结)
构造: 组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
(节理、裂隙、空隙、边界、缺陷)
矿物、结构、构造
是影响岩石力学性质和物理性质的三个重要因素。
一、岩石的基本概念
岩浆岩:强度高、均质性好:强度不稳定,各向异性 变质岩:不稳定,与变质程度和岩性有关
:
①不连续性;(物质不能充满空间,有空隙存在)
②各向异性;(任一点的物理、力学性质沿不同方向均不相同)
③不均匀性;(由不同物质组成,各点物理力学性质都不相同)
④岩块单元的可移动性;
⑤地质因素影响特性(水、气、热、初应力)
(上述特性导致岩石力学的研究方法以实验测试为主)
岩石由固体,水,空气等三相组成。
(一)密度(ρ)和重度(体积力γ):
单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。
(g/cm3),γ=ρg(kN /m3)
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应地,岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
二、岩石的基本物理性质
固体
水
空气
1、天然密度(ρ)和天然重度(γ)
指岩石在天然状态下的密度和重度。
(g/cm3)
(kN /m3)
式中:W――天然状态下岩石试件的质量(g;)
V——岩石试件的体积(cm3);
g——重力加速度(N/g)。
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩石的质量,相应的重度即为干重度。
2、干密度(ρd)和干重度(γd )
(g/cm3)
(kN/m3)
式中:Ws——岩石试件烘干后的质量(g);
V——岩石试件的体积(cm3);
g——重力加速度。
3、饱和密度(ρ)和饱和重度(γw)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
式中:WW——饱水状态下岩石试件的质量(g);
V——岩石试件的体积(cm3);
g——重力加速度。
(g/cm3)
(kN /m3)
(二)比重(相对密度)(Δ)
岩石的比重就是指岩石固体的质量与同体积水的质量之比值。岩石固体体积,就是指不包括孔隙体积在内的体积。岩石的比重可在实验室进行测定,其计算公式为:
式中:Δ——岩石的比重;
Ws——干燥岩石的质量(g);
Vs——岩石固体体积(cm3);
ΔW — 40C时水的密重。
(三)岩石的空隙性
空隙:岩石中孔隙和裂隙的总称。
小开型空隙
空隙
闭型空隙
开型空隙
大开型空隙
闭型空隙:岩石中不与外界相通的空隙。
开型空隙:岩石中与外界相通的空隙。包括大开型空隙和小开型空隙。
在常温下水能进入大开型空隙,而不能进入小开型空隙。只有在真空中或在150个大气压以上,水才能进入小开型空隙。
空隙度:指岩石的裂隙和孔隙发育程度,其衡量指标为空隙率(n)或空隙比(e)。
根据岩石空隙类型不同,岩石的空隙率分为:
(1)总空隙率n
(2)大开空隙率nb
(3)小开空隙率nl
(4)总开空隙率n0
(5)闭空隙率nc
一般提到岩石的空隙率时系指岩石的总空隙率。
1、空隙率