巖石的基本物理性質(zhì)

關(guān)于巖石的基本物理性質(zhì)第一頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日顆粒密度巖石的顆粒密度（ρs）是指巖石固體相部分的質(zhì)量與其體積的比值。它不包括空隙在內(nèi)，因此其大小僅取決于組成巖石的礦物密度及其含量。巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。

物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第二頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日塊體密度塊體密度（或巖石密度）是指巖石單位體積內(nèi)的質(zhì)量，按巖石試件的含水狀態(tài)，又有干密度（ρd）、飽和密度（ρsat）、和天然密度（ρ）之分，在未指明含水狀態(tài)時(shí)一般是指巖石的天然密度。

ρd=（1-16）

ρsat=（1-17）（1-18）物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第三頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石的空隙性巖石的空隙率分為總空隙率（n）、總開(kāi)空隙率（n0）、大開(kāi)空隙率（nb）、小開(kāi)空隙率（na）和閉空隙率(nc)幾種，各自的定義如下：

n=*100%=(1-)100%（1-4）

n0=*100%（1-5）

nb=*100%（1-6）

na=*100%=n0-nb

（1-7）

nc=*100%=n-n0

（1-8）物理性質(zhì)：1.2.2巖石的基本物理性質(zhì)第四頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石在水溶液作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，稱為水理性質(zhì)。主要有吸水性、軟化性、抗凍性、滲透性、膨脹性及崩解性等。1)

巖石的吸水性巖石在一定的試驗(yàn)條件下吸收水分的能力，稱為巖石的吸水性。常用吸水率，飽和吸水率與飽水系數(shù)等指標(biāo)表示。(1）吸水率：巖石的吸水率（a）是指巖石試件在大氣壓力條件下自由吸入水的質(zhì)量（mw1）與巖樣干質(zhì)量（ms）之比，用百分?jǐn)?shù)表示，巖石的顆粒密度屬實(shí)測(cè)指標(biāo)，常用比重瓶法進(jìn)行測(cè)定。巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第五頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日飽和吸水率巖石的飽和吸水率（ρ）是指巖石在高壓（一般壓力為15Mpa）或真空條件下吸入水的質(zhì)量（mw2）與巖樣干質(zhì)量（ms）之比,用百分?jǐn)?shù)表示，

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)

p=×100%（1-11）在高壓（或真空）條件下，總開(kāi)空隙率可表示為：n0=×100%==ρdP

（1-12）它反映了巖石總開(kāi)空隙率的發(fā)育程度，因此亦可間接地用它來(lái)判定巖石的風(fēng)化能力和抗凍性。

第六頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日飽水系數(shù)巖石的吸水率（a）與飽和吸水率（p）之比，稱為飽水系數(shù)。它反映了巖石中大、小開(kāi)空隙的相對(duì)比例關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，飽水系數(shù)愈大，巖石中的大開(kāi)空隙相對(duì)愈多，而小開(kāi)空隙相對(duì)愈少。飽水系數(shù)大，說(shuō)明常壓下吸水后余留的空隙就愈少，巖石愈容易被凍脹破壞，因而其抗凍性差。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第七頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石的軟化性巖石浸水飽和后強(qiáng)度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)（KR）表示。KR定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度（Rcw）與干壓強(qiáng)度的比值，即：（1-13）KR愈小則巖石軟化性愈強(qiáng)。研究表明：巖石的軟化性取決于巖石的礦物組成與空隙性。當(dāng)巖石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開(kāi)空隙較多時(shí)，巖石的軟化性較強(qiáng)，軟化系數(shù)較小。巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第八頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的能力，稱為抗凍性。常用凍融系數(shù)和質(zhì)量損失率來(lái)表示。凍融系數(shù)（Rd）是指巖石試件經(jīng)反復(fù)凍融后的干抗壓強(qiáng)度（Rc2）與凍融前干抗壓強(qiáng)度（Rc1）之比，用百分?jǐn)?shù)表示，

質(zhì)量損失率（Km）是指凍融試驗(yàn)前后干質(zhì)量之差（ms1-ms2）與試驗(yàn)前干質(zhì)量（ms1）之比，以百分?jǐn)?shù)表示即巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第九頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石的膨脹性巖石的膨脹性是指巖石浸水后體積增大的性質(zhì)。大多數(shù)結(jié)晶巖和化學(xué)巖是不具有膨脹性的，這是因?yàn)閹r石中的礦物親水性小和結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)力強(qiáng)的緣故。如果巖石中含有絹云母、石墨和綠泥石一類礦物，由于這些礦物結(jié)晶具有片狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，水可能滲進(jìn)片狀層之間，同樣產(chǎn)生楔劈效應(yīng)，有時(shí)也會(huì)引起巖石體積增大。巖石膨脹大小一般用膨脹力和膨脹率兩項(xiàng)指標(biāo)表示，這些指標(biāo)可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定。目前國(guó)內(nèi)大多采用土的固結(jié)儀和膨脹儀的方法測(cè)定巖石的膨脹性。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第十頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖石的崩解性巖石的崩解性是指巖石與水相互作用時(shí)失去粘結(jié)性并變成完全喪失強(qiáng)度的松散物質(zhì)的性能。這種現(xiàn)象是由于水化過(guò)程中削弱了巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)引起的。常見(jiàn)于由可溶鹽和粘土質(zhì)膠結(jié)的沉積巖地層中。巖石崩解性一般用巖石的耐崩解性指數(shù)表示。這項(xiàng)指標(biāo)可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)做干濕循環(huán)試驗(yàn)確定。

巖石的水理性質(zhì)：1.2.3巖石的水理性質(zhì)第十一頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日巖體工程分類既是工程巖體穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)巖體工程地質(zhì)條件的一個(gè)重要途徑。巖體工程分類實(shí)際上是通過(guò)巖體的一些簡(jiǎn)單和容易實(shí)測(cè)的指標(biāo)，把工程地質(zhì)條件和巖體的力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，并借鑒已建工程設(shè)計(jì)、施工和處理等方面成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)巖體進(jìn)行歸類的一種工作方法。其目的是通過(guò)分類，概括地反映各類工程巖體的質(zhì)量好壞，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體力學(xué)問(wèn)題。為工程設(shè)計(jì)、加固、建筑物選型和施工方法選擇等提供參數(shù)和依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外已提出的巖體分類方案得到大家共識(shí)的有數(shù)十種之多，多以考慮地下洞室圍巖穩(wěn)定性為主。有定性的，也有定量或半定量的，有單一因素分類，也有考慮多種因素的綜合分類。各種方案所考慮的原則和因素也不盡相同，但巖體的完整性和成層條件、巖塊強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和地下水等因素都不同程度地考慮到了。下面主要介紹幾種國(guó)內(nèi)外在水工建設(shè)工程中應(yīng)用較廣、影響較大的分類方法。

1.4.1巖體的工程分類第十二頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日美國(guó)伊利諾斯大學(xué)用巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD來(lái)表示巖石的完整性。采用直徑為75mm的雙層巖心管金剛石鉆進(jìn)，提取直徑為54mm的巖心，將長(zhǎng)度小于10cm的破碎巖心及軟弱物質(zhì)剔除，然后測(cè)量大于或等于10cm長(zhǎng)柱狀巖心的總長(zhǎng)度(Lp)。用這一有效的巖心長(zhǎng)度與采集巖心段的鉆孔總進(jìn)尺(L)之比，取其百分?jǐn)?shù)就是RQD。按照RQD值大小可把巖石分成五個(gè)質(zhì)量等級(jí)

按巖體質(zhì)量指標(biāo)分級(jí)：1.4.1巖體的工程分類第十三頁(yè)，共十五頁(yè)，2022年，8月28日2）巖石按風(fēng)化程度分類

國(guó)標(biāo)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2002）中提出巖石按風(fēng)化程度分類見(jiàn)表1-10。

巖石的工程分類1.4.2巖石的工程分類

風(fēng)化程度

野外特征風(fēng)化程度參數(shù)指標(biāo)壓縮波速度vp(m/s)波速比kv風(fēng)化程度kt未風(fēng)化巖質(zhì)新鮮，偶見(jiàn)分化痕跡>50000.9～1.00.9～1.0微風(fēng)化結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色。有少量風(fēng)化裂隙4000～50000.8～0.90.8～0.9中等風(fēng)化結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物。風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進(jìn)2000～40000.6～0.80.4～0.8強(qiáng)風(fēng)化結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，分化裂隙發(fā)育，巖體破碎。用