第3讲-岩石力学-岩石的变形、破坏特征

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1、岩石的变形、破坏特征卢运虎学习目标•掌握岩石物理性质、变形、破坏的定义；•了解不同岩石的本构关系及强度准则；•孔隙压力变化对岩石应力与破坏的影响。提纲一、岩石的物理性质二、岩石的变形特征与本构关系三、岩石的强度特性与强度准则砾岩致密细砂岩泥岩硬脆性泥页岩纯盐岩盐岩盐岩泥岩硬石膏盐岩盐岩泥岩盐岩复合盐岩定义岩石的物理性质物理性质：物质不需要经过化学变化就表现出来的性质。颜色、气味、形态、熔点、硬度、导电性等。岩石的物理性质：指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等特性参数和物理量。1、岩石的组构特征岩石的物质组成硅酸盐类矿物粘土矿物组成岩石的矿

2、物碳酸盐类矿物氧化物类矿物组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质。1、岩石的组构特征岩石的结构岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与胶结连结。颗粒大小强度：细粒＞粗粒颗粒形状强度：粒状、柱状＞片状＞鳞状排列形式强度：等粒＞不等粒1、岩石的组构特征岩石的微结构面微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等。①降低岩石强度②导致岩石力学性质各向异性1、岩

3、石的组构特征岩石的主要胶结类型：基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体中，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关。接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大。间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填。溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。2、岩石的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体组成的多相体系。物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。（岩石的密度、岩石的孔隙性、岩石的水理性）岩石颗粒密度：岩石固体部分的质量与

4、其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。岩石块体密度：是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。msmmmssatsdsatVsVVV2、岩石的物理性质常见岩石的密度密度岩石名称岩石名称密度(g／cm3)(g／cm3)花岗岩2.52～2.81石灰岩2.37～2.75闪长岩2.67～2.96白云岩2.75～2.80辉长岩2.85～3.12片麻岩2.59～3.06辉绿岩2.80～3.11片岩2

5、.70～2.90砂岩2.17～2.70大理岩2.75左右页岩2.06～2.66板岩2.72～2.842、岩石的物理性质岩石的孔隙特性孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比(多用百分数表示)。裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于相对松散土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。一般岩石的孔隙度在10%-35%之间。孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩石的孔隙比(多以小数表示)。孔隙比和孔隙度可以互相换算：ne孔隙比e孔隙度n1n1e岩石的饱和密度为2.65g/cm

6、3，干密度为2.49g/cm3，计算岩石的孔隙比和颗粒密度。2、岩石的物理性质岩石的水理性质岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要包括：吸水性、软化性、抗冻性、膨胀性、崩解性。吸水性：岩石在一定的实验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示。岩石的饱和吸水率(Wp)：是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示。岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(W

7、p)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。Wmw2mw1p100%Wa100%msms2、岩石的物理性质岩石的软化性岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性软化系数(K)为岩石试件的饱和抗压强度(σ)与Rcw干抗压强度(σ)的比值ccwKRc岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。KR＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好K＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差R常见岩石的软化系数弹性模量随含水量的变化情况泊松比随含水量的变化情况粘聚力随含水量的

8、变化情况内摩擦角随含水量的变化情况2、岩石的物理性质抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力。膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能