第2章2010-岩石的物理水理性质.ppt

2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,1/27,第2章岩石的物理、水理性质,2.1概述2.2岩石的物理性质岩石的密度、岩石的空隙性2.3岩石的水理性质岩石的吸水性、岩石的软化性、岩石的崩解性、岩石的膨胀性、岩石的抗冻性、岩石的渗透性,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,2/27,2.1概述,岩石的物理性质岩石结构和构造。,（1）岩石的结构矿物颗粒的形状、大小和联结方式。,1．岩石的结构与构造,（2）岩石的构造不同结构矿物集合体的分布和排列方式。,所决定的结构特征,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,3/27,（3）岩石强度与抗水性硅质胶结铁质和钙质胶结泥质胶结。,2．岩石颗粒间联结结晶联结和胶结联结。,（1）结晶联结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合的联结方式。岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩强度较高。,（2）胶结联结是矿物颗粒通过胶结物联结的联贯方式。岩石的强度胶结物成分胶结类型。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,4/27,岩石切片XC-4显微成像特征,,,,主要是玻质熔岩胶结物，晶屑含量极少，切片中偶尔能看到晶屑，图中切片仅见一块晶屑，切片几乎不见裂纹。,凝灰岩-硅质胶结,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,5/27,花岗岩-胶结联结,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,6/27,BP3-1切片（SN-b1）,,,,,,,爆破试件切片显微典型成像特征,花岗岩-胶结联结钙质,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,7/27,（2）衡量岩石风化程度指标定性指标定量指标A、定性指标颜色、矿物蚀变程度、破碎程度、开挖锤击技术特征等；B、定量指标风化空隙率指标、波速指标、风化系数等。,3．岩石风化作用风化作用会改变岩石的矿物组成和结构构造。进而改变岩石的物理力学性质。,（1）风化程度↗，岩石空隙率和变形↗，强度↘，渗透性↗。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,8/27,（3）岩石风化程度微风化、中等风化和强风化。岩石坚硬程度坚硬岩石、较硬岩石、较软岩石、软岩石和极软岩石。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,9/27,2.2岩石的物理性质,研究岩石风化、岩体稳定性、围岩压力和建材选取的重要参数；,2.2.1岩石的密度,块体密度,颗粒密度,,岩石密度,1、岩石密度ρ块体密度（1）块体密度是指岩石单位体积内的质量。,（2）干密度ρd、饱和密度ρsat和天然密度ρ,含水状态不同,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,10/27,式中m岩石的质量（g）；V岩石的体积（cm3）。,（4）测试方法量积法、水中称量法、蜡封法,（3）岩石密度ρ计算块体密度,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,11/27,2.颗粒密度ρs（1）定义颗粒密度是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。一般为2.5～3.2g／cm3之间。,（2）计算公式,式中ms岩石的固体部分的质量（g）；Vs固体体积（cm3）。,（3）测试方法比重瓶法,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,12/27,常见岩石的颗粒密度与块体密度P20表2-1,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,13/27,2.2.2岩石的空孔隙性,岩石缺陷多晶材料岩石具有相对较多的孔隙。成岩过程各种地质作用岩石中发育有各种成因的裂隙原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。岩石的空隙性比土复杂得多孔隙裂隙。,岩石的空隙裂隙、孔隙,闭空隙,开空隙,大开空隙,小开空隙,,,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,14/27,闭空隙率nc,,空隙比,岩石空隙率,,岩石的空隙率五种类型。,总空隙率n,总开空隙率no,大开空隙率nb,小开空隙率ns,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,15/27,1.岩石空隙率一般指总空隙率。2.一般不能实测只能通过密度与吸水率等指标换算求得。3.常见岩石的空隙率P21表2-2,关于岩石空隙率的讨论,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,16/27,2.3岩石的水理性质,定义岩石在含水或浸水条件等条件体现出来的与水作用有关的性质。,1.吸水性2.软化性3.崩解性4.膨胀性5.抗冻性6.透水性,水理性质,,,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,17/27,2.3.1岩石的吸水性,定义岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力。表征指标吸水率、饱和吸水率与饱水系数。,1.含水率含水率是指岩石空隙中含水质量与固体质量之比。用百分数表示。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,18/27,2.吸水率岩石的吸水率是指一定试验条件下岩石吸入水的质量与岩石固体质量之比。用百分数表示。吸水率自由吸水率、饱和吸水率。,（1）自由吸水率,,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,19/27,（2）饱和吸水率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与岩样干质量ms之比。用百分数表示。,（2）饱和吸水率,,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,20/27,（3）饱水系数岩石的吸水率与饱和吸水率之比。定义反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。,几种岩石的吸水性指标值P23表2-3,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,21/27,2.3.2岩石的软化性,岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为岩石的软化性。表征指标软化系数软化系数为岩石试件的饱和抗压强度σcw与干抗压强度σc的比值,软化系数愈小，则岩石软化性愈强。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,22/27,常见岩石的软化系数P24表2-4,研究表明岩石的软化性岩石的矿物组成空隙性。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。软化系数＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好；软化系数＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,23/27,2.3.3岩石的崩解性,1．岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全更丧失强度的松散物质的性能。主要原因可溶盐与粘土质胶结的沉积岩由于水化过程中削弱了岩石内部的结构联络。2．表征指标耐崩解指数。规范建议以第二次干湿循环的数据作为计算耐崩解指数的依据，即,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,24/27,2.3.4岩石的膨胀性,1．岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。粘土矿物遇水膨胀。如蒙脱石、高岭土等水化膜增厚所致。2．岩石的膨胀性用膨胀力与膨胀率来表示。（1）膨胀力即膨胀压力，指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。（2）膨胀率是指膨胀变形量与试件原始尺寸的比值。3．膨胀力与膨胀率的测定通常采用平衡加压法的试验方法。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,25/27,2.3.5岩石的抗冻性,岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。1.抗冻系数Krf岩石试件经反复冻融后的饱和抗压强度σcf与冻融前饱和抗压强度σcw之比。用百分数表示,2.吸水率＜5％、Krf＞75％，饱水系数＜80％，抗冻性高。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,26/27,岩石冻融作用下的强度降低与破坏原因热胀冷缩效应矿物成份的体膨胀系数不同温度变化内部应力；,冻胀作用岩石空隙水与孔隙水的存在水-冰体积-大膨胀压力。,开放条件水-冰体积-大膨胀压力-0.05MPa;全封闭条件水-冰体积-大膨胀压力-200MPa。,2021/2/6,湖南科技大学土木学院阳生权,27/27,2.3.6岩石的渗透性,在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为岩石的渗透性。一般认为，水在岩石中的流动，如同水在土中流动一样，也服从于线性渗流规律达西定律，即,U-渗透流速；K-渗透系数；J-水力梯度。,几种岩石的渗透系数值P26表2-5,