第一章 矿山岩石和岩体的基本性质.ppt

第一章 矿山岩石和岩体的基本性质
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第一章矿山岩石和岩体的基本性质
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主要研究内容：
矿山压力的形成与巷硐开掘后围岩的力学性质有密切关系。介绍矿山岩石要发生破坏，，常采用以下两种强度理论。
莫尔强度理论
格里菲斯强度理论
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莫尔强度理论
莫尔(Mohr)强度理论认为，材料的破坏主要是与该点处的剪应力τ及正应力σ有关，在极限状态其关系为：

此曲线由试验而得，曲线上的每一点表示该处的τ与σ值是处于破坏的极限状态，因而此曲线称为岩石的强度曲线，也称莫尔包络线。
经过实验，此曲线有人认为是抛物线、也有人认为可按双曲线或摆线考虑。
库伦(coulomb)则认为采用斜直线型包络线足以供实践中应用，其关系式为：
式中 c、ψ----岩石的内聚力与内摩擦角。
上述关系式又称为“库伦—莫尔”强度条件
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根据实验煤矿岩层各种岩石的c、ψ值如表。
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格里菲斯强度理论
对于脆性材料，格里菲斯(A．A．Griffith)提出的破坏机理与“库伦—莫尔”准则不同，他认为，不论物体受力状态如何(压、拉都可)，本质上最终是由于拉伸应力引起材料破坏。
该理论认为物体内均匀地、随机地分布着许多窄缝形的微裂隙。当物体受力时在微裂隙的端部产生高度的应力集中，超出了计算出的理论抗拉强度，于是裂隙就沿其长度方向扩张．直至材料整体破坏。因此认为脆性材料是由于拉伸而破坏，并非由于剪切而破坏。
根据格里菲斯的假定，岩石内的裂隙形状近似一扁平的椭圆孔，它在双向应力作用下裂缝张开的条件为
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第四节 岩体的基本特征和类型
(一)岩体的基本特征
概括来说，岩体与实验室内制作的岩石试件有显著不同：
1)岩体以自然状态埋藏在地下一定深度处，处于特定的天然物理环境(地应地下水等)之中，这些因素无疑将对岩体的物理力学性质有很大影响；
2)岩体由一定数量的岩石组成，没有特定的自然边界。岩体的范围常根据解决问题的需要来圈定；
3)岩体中存在各种地质构造和弱面。岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程。在地应力作用下，岩体内部保留了各种永久变形的形态和各种地质构造形迹，如不整合、褶皱、断层、节理、裂隙等等。
根据上述特征，岩体定义为自然界中由各种岩性和各种结构特征的岩石所组成的集合体。
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(二)岩体结构面
所谓“结构面”，是指在地质发展历史中，尤其是地质构造变形过程中形成的，具有一定方向、延展较大、厚度较小的二维面状地质界面，它包括岩石物质的分界面和不连续面，如岩体中存在的层面、节理、断层、软弱夹层等，可统称为结构面。
岩体不连续性，各向异性
反映区域性地质构造
降低岩体强度
结构面影响
(1)岩体结构面分析
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(2)结构面的分类
中等结构面 ≤1～10m巨大结构面 ≥10m
细小结构面 延长 ≤1m
1．绝对分类
2．相对分类——相对工程而言的分类见表。
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3．按力学观点分类
破坏面
破坏带
过渡型
充填
非充填
按力学观点的破坏面和破坏带分类
单节理
节理组
节理群
羽毛状节理
破碎带
无充填
有充填
有粘性充填物
按地质破坏特点分五大类
十五小类
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(三)岩体的力学特征
1．岩体的非均质性：岩体可以由一种或几种岩石组成，而且以后者居多。对于由多种岩石组成的岩体，由于在自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合状况经常变化，所以一般认为岩体是非均质的。
2．岩体的各向异性：各向异性是指物体的全部或部分物理力学特性随方向不同而表现出一定差异的性质。岩体的许多物理力学性质，如弹性模量，抗压、抗拉强度，声波传播速度等, 随加载或测试方向不同而有显著差别。
岩体的各向异性也和非均质性类似，不仅由于物质成分、结构致密程度不同而造成，而且也受到各种结构面的影响。
3．岩体的非连续性：由于岩体被各种结构面所切割，因此从原则上说岩体属于非连续体。
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(四)岩体结构的类型
由于岩体中结构面性质、规模和切割密度等因素不同，岩体的力学性质和稳定性也就不同。按结构特征