矿山压力与岩层控制

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1、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1.概念岩石：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

2、布及其相互间排列关系。（节理、裂隙、孔隙、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2.岩石地质分类沉积岩：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3.沉积岩石的力学特性：①不连续性；（物质不能充满空间，有孔隙存在）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

3、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

4、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

5、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）岩石的孔隙性孔隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。小开型孔隙孔隙闭型孔隙开型孔隙大开型孔隙闭型孔隙：岩石中不与外界相通的孔隙。开型孔隙：岩石中与外界相通的孔隙。包括大开型孔隙和小开型孔隙。在常温下水能进入大开型孔隙，而不能进入小开型孔隙。只有在真空中或在150个大气

6、压以上，水才能进入小开型孔隙。孔隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标为孔隙率(n)或孔隙比（e）。根据岩石孔隙类型不同，岩石的孔隙率分为：(1)总孔隙率n(2)大开孔隙率nb(3)小开孔隙率nl(4)总开孔隙率n0(5)闭孔隙率nc一般提到岩石的孔隙率时系指岩石的总孔隙率。1、孔隙率(1)总孔隙率n:即岩石试件内孔隙的体积（VV)占试件总体积(V)的百分比。(2)大开孔隙率nb:即岩石试件内大开型孔隙的体积（Vnb)占试件总体积(V)的百分比。(3)小开孔隙率nl:即岩石试件内小开型孔隙的体积（Vn

7、l)占试件总体积(V)的百分比。(4)总开孔隙率（孔隙率）n0:即岩石试件内开型孔隙的总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。(5)闭孔隙率nc:即岩石试件内闭型孔隙的体积（Vnc)占试件总体积(V)的百分比。所谓孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积（VV)与岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。2、孔隙比(e)（四）岩石的水理性质岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性。1、岩石的吸水性岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其密

8、闭程度。岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。（1）岩石吸水率(ω1)：是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量Wω1与岩石干重量Ws之比。岩石的吸水率的大小，取决于岩石所含孔隙、裂隙的数量、大小、开闭程度及其分布情况，并且还与试验条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。根据岩石的吸水率可求得岩石的大开孔隙率nb：式中：Ws为干燥岩石的重量；γd,γw分别为干燥岩石和水的重度。（2）岩石的饱水率（ω2）岩石的饱