西北农林科技大学：《工程地质与水文地质》课程教学资源（PPT课件）05 岩体工程地质性质

第五章 岩体工程地质性质 第一节 岩石地质及力学指标 一、岩石的物理性质指标 参与岩石工程地质性质描述的主要物理指标包括两类： 1.物理指标 2.水理指标

第五章 岩体工程地质性质 参与岩石工程地质性质描述的主要物理指标包括两类： 1．物理指标 2．水理指标 一、岩石的物理性质指标 第一节 岩石地质及力学指标

1.物理指标 (1)质量： 比重(special gravity):单位体积岩石固体部分的重量与同体积 水之比； Ws VsYw 容重(volume-weigh):单位体积岩石的重量（含孔隙）； W 2 (2)空隙性：岩石构成除了固体颗粒外，其间还分面上有孔隙 裂隙，这称为岩石的空隙性，以空隙率(porosity)来表达。 n- 而 般来讲，n(沉积岩) n(变质岩) 新鲜岩浆岩》

1．物理指标 （1）质量： 比重(special gravity)：单位体积岩石固体部分的重量与同体积 水之比; 容重(volume-weight)：单位体积岩石的重量（含孔隙）; （2）空隙性：岩石构成除了固体颗粒外，其间还分面上有孔隙 、裂隙，这称为岩石的空隙性，以空隙率(porosity)来表达。 而一般来讲，n（沉积岩） >n（变质岩） >n（新鲜岩浆岩） Vs w Ws G  = V W  = V V n n =

2.水理指标 (1) 吸水性(water-absorb character）:一定条件下岩石可吸 纳水份的性能，常以饱水率表达。 Ww2:岩石在1500tm下吸水的质量。Ws:岩石的干重。 (2)透水性(permeability):水份可通过岩石移动的性能，以渗 透系数k来衡量。 v=M=k久达西定律) 透水层（含水层)：k之0.001m/24hr 隔水层（不透水层）：k<0.001m/24hr

(2）透水性(permeability)：水份可通过岩石移动的性能，以渗 透系数k来衡量。 透水层（含水层）：k≥0.001m/24hr 隔水层（不透水层）：k<0.001m/24hr (达西定律) L h v = k i = k 2．水理指标 （1） 吸水性(water-absorb character)：一定条件下岩石可吸 纳水份的性能，常以饱水率表达。 Ww2：岩石在1500tm下吸水的质量。Ws：岩石的干重

(3)软化性(sofy):岩石浸水石强度降低的性能多以软化系数 Kd表示。 Rw Kd= Rd Rw- 岩石饱水条件下的抗压强度。 Rd—岩石干燥条件下的抗压强度。 (4)抗冻性(frosty):岩石抵抗冻融破坏的性能（抗冻胀性） ，以强度损失率表达（冻融25次，在±25℃间反复，西北高寒区考 虑。)。 R1= R32-R1×100% Rs2 RS1冻融后的岩石抗压强度（饱和） Rs2冻融前的饱水岩石抗压强度

（4）抗冻性(frosty)：岩石抵抗冻融破坏的性能（抗冻胀性） ，以强度损失率表达（冻融25次，在±25℃间反复,西北高寒区考 虑。 ）。 Rs1=冻融后的岩石抗压强度（饱和） Rs2=冻融前的饱水岩石抗压强度。 100% 2 2 1  − = s s s l R R R R （3）软化性(softy)：岩石浸水石强度降低的性能多以软化系数 Kd表示。 Rw——岩石饱水条件下的抗压强度。 Rd——岩石干燥条件下的抗压强度。 Rd Rw Kd =

二、岩石的力学性质 1.岩石的变形特性 岩石是标准的弹塑性体，即瞬时高压作用下表现为弹脆性体， 而长期慢施高压下表现为塑性体，其变形可分为4个阶段

1．岩石的变形特性 岩石是标准的弹塑性体，即瞬时高压作用下表现为弹脆性体， 而长期慢施高压下表现为塑性体，其变形可分为4个阶段。 二、岩石的力学性质

*依单轴应力曲线，自然材料可分为： ∠r a.线性弹性材料b.完全弹性材料c.带滞回环的弹性材料d.弹塑性材料

*依单轴应力曲线，自然材料可分为： a.线性弹性材料 b.完全弹性材料 c.带滞回环的弹性材料 d.弹塑性材料

(1)微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙 在荷重下压密，此阶段δ变化小而ε变 化大 (2)弹性变形阶段：裂隙进一步密合， 不产生新裂隙，6、ε近乎同步增加（曲 线外切线近45°，最高点称弹性极限抗压 e 强度，亦称屈服点)。 (3)裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生 并发展，δ增加不多，而e快速增加，直 至最高点，岩石发生整体破坏，此点的δ 值称单轴极限抗压强度。 (4)峰值后阶段：岩石大变形，6下降至稳定

（3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生 并发展，δ增加不多，而ε快速增加，直 至最高点，岩石发生整体破坏，此点的δ 值称单轴极限抗压强度。 （1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙 在荷重下压密，此阶段δ变化小而ε变 化大 （2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合， 不产生新裂隙，δ、ε近乎同步增加（曲 线外切线近45°，最高点称弹性极限抗压 强度，亦称屈服点）。 （4）峰值后阶段：岩石大变形，δ下降至稳定。 δ ε

2.岩石的变形特性指标 (1)弹性模量(modulus of elasticity,.认为岩石是准弹性体) 单轴压缩条件下，轴向压变力与轴向应变之比。 E (1Pa=1N/m2) se (2)泊松比 单轴压缩条件下，横向应变与纵（轴）向应变之比（过屈服点 后)

（2）泊松比 单轴压缩条件下，横向应变与纵（轴）向应变之比（过屈服点 后） y x    = 2．岩石的变形特性指标 （1）弹性模量（modulus of elasticity,认为岩石是准弹性体） 单轴压缩条件下，轴向压变力与轴向应变之比。 （1Pa=1N/m2） e E   =

3.岩石的强度(Strength) 岩石抵抗外力破坏的能力。 强度分抗压(compressive Strength)，抗拉(tensile Strength)和抗剪 强度(shear Strength)三类，对岩石材料而言， 抗压强度>抗剪强度>抗拉强度。 地基的处理与设计就是使岩石中尽量消除拉应力，一般而言， 三类强度， 细晶岩浆岩>变质岩>沉积岩

强度分抗压(compressive Strength)，抗拉(tensile Strength )和抗剪 强度(shear Strength)三类，对岩石材料而言， 抗压强度>抗剪强度>抗拉强度。 地基的处理与设计就是使岩石中尽量消除拉应力，一般而言， 三类强度， 细晶岩浆岩>变质岩>沉积岩 3．岩石的强度(Strength) 岩石抵抗外力破坏的能力

三、岩石的蠕变 应力δ(stress)不变的情况下岩石变形( deformation,或应变e)随时间增大的现象，是岩层中形 成褶皱构造的根本原因，结构越松软的岩石蠕变的量越大 ,可能性越高，如100kg/cm应力下： e页岩>e砂岩e>细晶Y

应 力 δ(stress) 不 变 的 情 况 下 岩 石 变 形 （ deformation,或应变ε）随时间增大的现象，是岩层中形 成褶皱构造的根本原因，结构越松软的岩石蠕变的量越大 ，可能性越高，如100kg/cm2应力下： ε页岩>ε砂岩ε>细晶γ 三、岩石的蠕变