岩石及岩体的基本性质.doc

第一章岩石及岩体的根本性质
第一节概述
岩石是组成地壳的根本物质，它由各样造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律〔经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，按其固石的缝隙比；
Vo—岩石内各样缝隙和裂隙体积的总和，cm3；
Vc—岩石内固体部分实体积，cm3；
缝隙比与缝隙度之间有如下关系：
e
n
〔1-5〕
1
n
岩石的缝隙性对岩石的其余性质有显著影响。一般来说，缝隙度增大可使岩
石密度和强度降低，使塑性变形和透水性增加。煤矿中常有岩石的缝隙度和缝隙
比见表1-1。
四、岩石的碎胀性和压实性
岩石破裂此后的体积将比整体状态下增大，这种性质称为岩石的碎胀性。
碎胀系数——岩石的碎胀性可用岩石破裂后处于松散状态下的体积与破裂
前处于整体状态下的体积之比来表示，该值称为碎胀系数。表达式如下：
kp

V'

〔1-6〕
V
式中kp—岩石的碎胀系数；
V’—岩石破裂膨胀后的体积，

3cm；
V—岩石处于整体状态下的体积，cm3。
岩石的碎胀系数对矿山压力控制，特别是采煤工作面的顶板管理有重要意
义。碎胀系数与岩石的物理性质、破裂后块度的大小及其排列状态等因素相关。
比如，坚硬岩石成大块损坏且排列齐整时，碎胀系数较小，如破裂后块度较小且
排列较凌乱，那么碎胀系数较大。煤矿中常有岩石的碎胀系数见表1-2。
岩石破裂后，在其自重和外加载荷的作用下会渐渐压实，体积随之减小，碎
胀系数比初始破裂时相应变小。这种压实后的体积与破裂前原始体积之比，称为节余碎胀系数，以k‘p表示，其值见表1-2。
五、岩石的水理性质
。岩石的吸水性是指遇水不崩解的岩石，在一定试验条件下
〔规定的试尺寸和试验压力〕吸入水分的才能。
往常以岩石的自然吸水率和强迫吸水率表示。
岩石的自然吸水率是指试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的烘
干质量之比。
岩石的强迫吸水率〔也称饱和吸水率〕是指试件在加压〔150个大气压〕条
件下吸入水分的质量与烘干质量之比。两种吸水率表达式如下：
Gw
100%
Gd
〔1-7〕
sat
Gws100%
Gd
式中ω、ωsat—岩石的自然吸水率和强迫吸水率；
Gw—岩石试件在大气压力下吸入水分的质量，g；
Gd—岩石试件烘干后质量，g；
Gw·s—岩石试件强迫饱和吸水后质量，g。
。在地下水水力坡度〔压力差〕作用下，岩石能被水透过的
性能称为岩石的透水性。
用浸透系数来表征岩石透水性能的大小。浸透系数的大小取决于岩石孔隙的
大小、数量和互相贯串情况。根据达西定律：
QKAI
〔1-8〕
式中Q—单位时间透水量；
K—浸透系数；
A—浸透面积；
I—水力坡度〔压力差〕；
。岩石浸水后的强度显然降低，可用软化系数表示水分对岩
石强度的影响程度。
软化系数是水饱和岩石试件的单向抗压强度与乏味岩石试件单向抗压强度
的比值，其关系式如下：
c
Rcw
1
〔1-9〕
Rc
式中ηc—岩石的软化系数；
Rcw—水饱和岩石试件的单向抗压强度，MPa；
Rc—乏味岩石试件的单向抗压强度，MPa。
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水矿物和易溶性矿物的含量、缝隙的发
育程度、水的化学成份，以及岩石浸水时间的长短等因素相关。亲水矿物和易溶
矿物含量越多，张性裂隙越发育，那么岩石浸水后强度降低程度越大。别的，岩
石浸水时间越长，其强度降低程度也越大。如某些砂岩浸水3天后，单向抗压强
度降低32～35%，浸水9天后降低51～59%。
研究岩石的软化性对用高压注水法控制坚硬难冒落顶板有重要意义。表1-3
为煤矿中几种常有岩石的软化系数，由该表可看出，各样岩石的软化系数都小于
1，说明岩石普遍拥有软化性。
第三节岩石的变形性质
变形是岩石的主要力学性质。岩石受载时将首先发生变形，当载荷超过一定
数值〔极限强度〕时致使损坏。变形和损坏是载荷作用下岩石的力学性质展开变
化的两个阶段。
一、岩石的弹性和塑性
岩石受力后既可出现弹性变形，也可出现塑性变形。但岩石与一般固体材料
不同，