巖石的性質(zhì)解析課件

1、主講人：馬琳中國(guó)民航大學(xué)交通工程學(xué)院工程地質(zhì)學(xué)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響3.1 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)3.2 地殼運(yùn)動(dòng)及地質(zhì)作用的概念3.3 巖層及巖層的產(chǎn)狀3.4 褶皺構(gòu)造3.5 斷裂構(gòu)造3.7 地質(zhì)年代和地質(zhì)圖3.6 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)工程建筑物穩(wěn)定性的影響3.1 巖石與巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響一、巖石的工程地質(zhì)性質(zhì)物理性質(zhì)水理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)重量性質(zhì)孔隙性質(zhì)吸水性透水性和溶解性軟化性抗凍性變形性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響1、物理性質(zhì) 巖石的重量重度() 重度()是巖石單位體積(包括巖石內(nèi)孔隙體積在內(nèi))的重量。其表達(dá)式為：:巖石的重度，kN/m3；W:

2、被測(cè)巖石的重量，kN； V:被測(cè)巖石的體積，m3 巖石重度大小，決定于巖石中礦物的比重、孔隙及其含水情況。一般地，組成巖石的礦物比重大、或巖石的孔隙性小，則巖石的重度就大。相同條件下同一種巖石，重度大，說(shuō)明巖石結(jié)構(gòu)致密、孔隙小，巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較高。干重度(d)和飽和重度(sat)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 當(dāng)巖石孔隙中完全沒(méi)有水存在時(shí)的重度稱(chēng)為干重度(d) 當(dāng)巖石孔隙完全被水充滿時(shí)的重度稱(chēng)為飽和重度(sat)思考：干重度(d)、天然重度()和飽和重度(sat)的大小關(guān)系？第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響比重(Gs) 比重(Gs)是巖石固體部分(不包括孔隙) 單位體積的重量，數(shù)值上等

3、于巖石固體顆粒重量與同體積水在4C 重量的比，其表達(dá)式為：Gs:巖石的比重；Ws:絕對(duì)干燥時(shí)體積為V的巖石重量，kN； Vs:巖石的實(shí)體體積(不包括孔隙體積)，m3；w:水的重度，在4C時(shí)等于10 kN/m3 巖石的比重，決定于組成巖石的礦物的比重及其在巖石中的相對(duì)含量。一般地，組成巖石的礦物比重大、含量多，則巖石的比重就大。常見(jiàn)的巖石比重一般介于2.43.3之間。第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 巖石的孔隙性孔隙度(率)(n) 孔隙度(n)是指巖石內(nèi)孔隙體積與巖石總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。其表達(dá)式為： 巖石的孔隙性反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度，孔隙度大小取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，同時(shí)受外力因素

4、的影響。未受風(fēng)化或構(gòu)造作用的侵入巖和某些變質(zhì)巖，孔隙度較小，而礫巖、砂巖等一些沉積巖類(lèi)巖石常具有較大的孔隙度。Vv:試樣孔隙體積, m3; V:試樣體積, m3，其中包括孔隙體積；第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響2、水理性質(zhì) 巖石的吸水性 巖石的吸水率(a)是指巖石在通常大氣壓下吸入水的重量與同體積干燥巖石重量的比，用百分?jǐn)?shù)表示：g0: 烘干巖樣浸水48h后的濕重, k g; gs: 巖石烘干后的重量,k g 巖石的吸水率的大小，取決于巖石孔隙度的大小、孔隙張開(kāi)程度等。吸水率大，水對(duì)巖石顆粒間結(jié)合物的浸濕、軟化作用就強(qiáng)，巖石強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越顯著。吸水率(a)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其

5、對(duì)工程的影響飽和吸水率(sat)簡(jiǎn)稱(chēng)飽水率 巖石飽水系數(shù)反映了巖石耐凍性的間接指標(biāo)。飽水系數(shù)越大，巖石耐凍性越差。gp: 巖石在煮沸或真空條件下吸水后的重量, k g; gs: 巖石烘干后的重量,k g飽水系數(shù)(Kw) 巖石吸水率與飽水率的比值，即： 巖石飽和吸水率(sat) 是指巖石在煮沸或真空條件下所吸水重量與干燥巖石重量之比，用百分比表示：第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 巖石的透水性滲透系數(shù)(K) 巖石的滲透系數(shù)(K)來(lái)表示，它反映了在一定壓力下巖石允許水通過(guò)的能力。 巖石的溶解性溶解度或溶解速度 巖石的溶解性是指巖石溶解于水的性質(zhì)，常用溶解度或溶解速度表示。巖石的溶解性主要與巖石的化

6、學(xué)成分有關(guān)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 巖石的軟化性軟化系數(shù)(KR) 巖石的軟化性指巖石在水的作用下，強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低的性質(zhì)，用巖石的軟化系數(shù)(KR)來(lái)表示，即巖石飽水狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度與巖石風(fēng)干后抗壓強(qiáng)度之比，用小數(shù)表示：w: 巖石飽水狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度, kPa; d: 巖石風(fēng)干后的抗壓強(qiáng)度,kPa 軟化系數(shù)越小，表示巖石在水作用下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性越差，當(dāng)KR 鈣質(zhì)和鐵質(zhì)膠結(jié)泥質(zhì)膠結(jié)膠結(jié)聯(lián)結(jié)的形式有基底膠結(jié)孔隙膠結(jié)接觸膠結(jié)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 巖石的構(gòu)造 構(gòu)造對(duì)巖石物理力學(xué)性質(zhì)的影響，主要是由礦物成分在巖石中分布不均勻性和巖石結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性所決定的。 片狀構(gòu)造、板狀構(gòu)造 孔隙 一般地

7、，垂直層面的抗壓強(qiáng)度大于平行層面的抗壓強(qiáng)度，平行層面的透水性大于垂直層面的透水性。第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 水的影響 巖石飽水后會(huì)使巖石的強(qiáng)度降低。如石灰?guī)r和砂巖飽水后極限抗壓強(qiáng)度下降25%-45%左右?！翱紫抖取?、“可逆” 地表及地面以下一定深度的巖石，在氣溫變化、水溶液、氣體及生物等各種營(yíng)力的作用下，逐漸產(chǎn)生裂隙、發(fā)生機(jī)械破碎和礦物成分的改變，喪失完整性的過(guò)程。 風(fēng)化作用第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響物理風(fēng)化碎石灘（約旦）溶解作用第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響三、巖石的工程分類(lèi) 工民建：按巖石的堅(jiān)固性分 地下工程：按抗壓強(qiáng)度分第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響四、巖體的工程地質(zhì)性

8、質(zhì)巖體(Rock mass)： 是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史中形成與演變過(guò)來(lái)的地質(zhì)體，它被許多不同方向、不同規(guī)模的地質(zhì)界面切割成形狀不一、大小不等的塊體。包含各種結(jié)構(gòu)面的單一或多種巖石構(gòu)成的地質(zhì)體 巖體的工程性質(zhì)首先取決于結(jié)構(gòu)面的性質(zhì),其次才是組成巖體的巖石性質(zhì).第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響巖體的結(jié)構(gòu)分析四、巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)體巖體結(jié)構(gòu)特征巖體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型整體塊狀巖體層狀結(jié)構(gòu)巖體破碎結(jié)構(gòu)巖體散體結(jié)構(gòu)巖體第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響巖體結(jié)構(gòu)(rock mass structure) = 結(jié)構(gòu)面 (structural plane) + 結(jié)構(gòu)體(structural element)巖體的結(jié)

9、構(gòu)分析第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響結(jié)構(gòu)面：存在于巖體中的各種地質(zhì)界面。 原生結(jié)構(gòu)面 沉積結(jié)構(gòu)面 層面、沉積間斷面、軟弱夾層 火成結(jié)構(gòu)面 原生節(jié)理(冷凝過(guò)程形成)、侵入體 與圍巖的接觸面、火山巖中的凝灰?guī)r夾層 變質(zhì)結(jié)構(gòu)面 片理(易風(fēng)化)1、結(jié)構(gòu)面分類(lèi)(按地質(zhì)成因)第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面 在構(gòu)造應(yīng)力作用下，于巖石中形成的斷裂面、錯(cuò)動(dòng)面、破碎帶的統(tǒng)稱(chēng)。其中劈理、節(jié)理、斷層面、層間錯(cuò)動(dòng)面等屬于破裂結(jié)構(gòu)面。斷層破碎帶、層間錯(cuò)動(dòng)破碎帶均易軟化、風(fēng)化，力學(xué)性質(zhì)較差，屬于構(gòu)造軟弱帶。 次生結(jié)構(gòu)面 在風(fēng)化、卸荷、地下水等作用下形成的風(fēng)化裂隙、破碎帶、卸荷裂隙、泥化夾層等。風(fēng)化帶上部的風(fēng)

10、化裂隙發(fā)育，往深部減弱。第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響2、結(jié)構(gòu)面的特征 規(guī)模 形態(tài)(平整度、光滑度) 密集程度 (線密度或結(jié)構(gòu)面間距 表3-5) 連通性 (圖3-21) 張開(kāi)度和充填情況(見(jiàn)書(shū)) 第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響結(jié)構(gòu)體的類(lèi)型方柱體錐體菱形塊體板狀體多角柱體三棱柱體 當(dāng)巖石強(qiáng)烈變形破碎時(shí)，可形成片狀、碎塊狀、鱗片狀等形式。由于各種成因的結(jié)構(gòu)面的組合，在巖體中形成大小、形狀不同的結(jié)構(gòu)體。第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響結(jié)構(gòu)體的大小 結(jié)構(gòu)體的大小，可采用A. Palmstram建議的體積裂隙數(shù)Jv來(lái)表示，其定義為：巖體單位體積通過(guò)的總裂隙數(shù)(裂隙數(shù)/m3)，表達(dá)式為：Si：巖體內(nèi)第i組結(jié)構(gòu)面的間距；1/Si：該組結(jié)構(gòu)面的裂隙數(shù)(裂隙數(shù)/m3)表3-6第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響巖體結(jié)構(gòu)是指巖體中結(jié)構(gòu)面與結(jié)構(gòu)體的組合方式巖體結(jié)構(gòu)特征第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 巖體工程地質(zhì)性質(zhì)首先取決于巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型與特征，其次才是組成巖體的巖石的性質(zhì)。 散體結(jié)構(gòu)的花崗巖巖 體？層狀結(jié)構(gòu)的頁(yè)巖第三章 地質(zhì)構(gòu)造及其對(duì)工程的影響整體塊狀巖體的工程地質(zhì)性質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)巖體的工程地質(zhì)性質(zhì) 整體強(qiáng)度高、變形特征接近與各向同性的均質(zhì)彈性體，變形模量、承載力和抗滑力較高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，具有良好的工程地質(zhì)性質(zhì)。 變形模量和承載能力較高，作