井巷工程-第一章-巖石性質(zhì)極其工程分級-課件

第一章巖石的性質(zhì)及其工程分級井巷工程2024/4/21第一章巖石的性質(zhì)及其工程分級井巷工程2024/4/11第一章巖石的性質(zhì)及其工程分級第一節(jié)

概述第二節(jié)

巖石的物理性質(zhì)第三節(jié)

巖石的力學(xué)性質(zhì)第四節(jié)

巖石的工程分級第一章

習(xí)題2024/4/22第一章巖石的性質(zhì)及其工程分級第一節(jié)概精品資料精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”井巷工程-第一章-巖石性質(zhì)極其工程分級-ppt課件4第一節(jié)概述基本概念

1.巖石

2.

巖塊

3.巖體

4.表土

5.基巖

組成地殼的基本物質(zhì)，由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律而形成的自然地質(zhì)體，包括巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。從地殼中切取出來的小塊體，不包含軟弱面（巖體中的地質(zhì)遺跡、層理、節(jié)理、斷層、裂隙面,強(qiáng)度低，易變形），近似認(rèn)為各向同性的連續(xù)介質(zhì),。地下工程周圍較大范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。從煤礦采掘工程角度：包括巖石、地下水、瓦斯。巖體的性質(zhì)復(fù)雜，是我們研究的主要對象。

建井工作者把覆蓋在地殼上部的第四紀(jì)沉積物成為表土，也稱為松散性巖石，如：黃土、流沙、粘土等。表土以下的固結(jié)性巖石稱為基巖、巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。2024/4/25第一節(jié)概述基本概念1.巖石2.巖塊3.巖體

巖塊：2024/4/26巖塊：2024/4/16巖體2024/4/27巖體2024/4/17

表土和基巖2024/4/28表土和基巖2024/4/18第二節(jié)巖石的物理性質(zhì)一、巖石的相對密度、密度

二、巖石的孔隙性三、巖石的水理性質(zhì)四、巖石的碎脹性2024/4/29第二節(jié)巖石的物理性質(zhì)一、巖石的相對密度、密度二、巖石

1．相對密度(曾稱比重)

巖石的相對密度是指巖石固體實(shí)體積(不包括孔隙體積)的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量的比值。計(jì)算公式為：式中：

d——巖石的相對密度(無量綱量);G—絕對干燥時體積為VC的巖石質(zhì)量，g；

VC—巖石固體實(shí)體積，cm3；

ρW——水的密度，g／cm3。一、巖石的相對密度、密度

2024/4/2101．相對密度(曾稱比重)巖石的相對密度是2．密度巖石單位體積(包括巖石內(nèi)孔隙體積)的質(zhì)量，稱為巖石的密度，亦稱質(zhì)量密度。兩種：干密度和濕密度。前者是單位體積巖石絕對干燥后的質(zhì)量，后者是天然含水或飽水狀態(tài)下的密度。

ρC——巖石的干密度，g／cm3；ρ——巖石的濕密度，g／cm3；G——巖石試件烘干后的質(zhì)量，g；G1——巖石試件的質(zhì)量(天然含水或飽水)，g；V——巖石試件的體積，cm3。3．重度(重力密度)

單位體積巖石質(zhì)量所受的重力。

γ=ρg式中：γ——巖石的重度，N／m3；

ρ——巖石密度，kg／m3；

g——重力加速度，9.8m／s2。2024/4/2112．密度巖石單位體積(包括巖石內(nèi)孔隙體積)的質(zhì)量，稱為巖二、巖石的孔隙性巖石的孔隙性是指巖石的孔隙和裂隙的發(fā)育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e來表示?？紫抖仁侵笌r石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和與試件總體積V之比(常以百分?jǐn)?shù)表示)，孔隙比是巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和與試件內(nèi)固體礦物顆粒體積Vc之比。2024/4/212二、巖石的孔隙性巖石的孔隙性是指巖石的孔隙和裂隙的發(fā)育三、巖石的水理性質(zhì)1．巖石吸水率：W是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下吸入水的質(zhì)量與試件烘干后質(zhì)量G之比值。表1-1為巖石密度、孔隙比及吸水率的指標(biāo)。影響吸水率的因素：⑴巖石所含孔隙，裂隙的數(shù)量、大小、開閉程度及其分布情況有關(guān)；⑵試驗(yàn)條件，試驗(yàn)表明，整體巖石試件的吸水率要比同一巖石的碎塊試樣吸水率小，隨著吸水水時間的增加，吸水率也會有所增大。吸水率對巖石力學(xué)性質(zhì)有影響。

2024/4/213三、巖石的水理性質(zhì)1．巖石吸水率：W是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓三、巖石的水理性質(zhì)2024/4/214三、巖石的水理性質(zhì)2024/4/1142．巖石的透水性地下水存在于巖石的孔隙和裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔隙和裂隙是相互貫通的，因而，在一定水壓作用下，地下水可在巖石中滲透，這種巖石能被水透過的性質(zhì)，稱為巖石的透水性。Q—滲水量;A—滲透面積；I—水力坡度;

K-滲透系數(shù)

影響因素：地下水壓力、巖體應(yīng)力狀態(tài)、孔隙發(fā)育程度、連通程度等。

表1-2為巖石滲透系數(shù)2024/4/2152．巖石的透水性Q—滲水量;A—滲透面積；I—水力坡度; 三、巖石的水理性質(zhì)2024/4/216三、巖石的水理性質(zhì)2024/4/116

3．巖石的溶蝕性

由于水的化學(xué)作用而把巖石中某些組成物質(zhì)帶走的現(xiàn)象稱為巖石的溶濕性。導(dǎo)致巖石致密程度降低，孔隙度增大，強(qiáng)度降低,貴州761礦巷道中的鐘乳石、石筍。4．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)(ηc)表示。ηc定義為巖石試件的飽和抗壓強(qiáng)度(Rcw)與干抗壓強(qiáng)度(Rc)的比值，即2024/4/2173．巖石的溶蝕性4．巖石的軟化性25．巖石的膨脹性和崩解性。⑴膨脹性：軟巖浸水后體積增大和響應(yīng)的引起壓力增大的性質(zhì)，用膨脹應(yīng)力和膨脹率來表示。膨脹應(yīng)力：巖石與水進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)后，隨時間變化會產(chǎn)生體積增大的現(xiàn)象，這時，使試件體積保持不變所需要的壓力稱膨脹應(yīng)力。膨脹率：巖石與水進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)增大后的體積與原體積的比率。

⑵崩解性：軟巖浸水后發(fā)生解體的性質(zhì)。用耐崩解指數(shù)表示：巖石試件在承受干燥和濕潤兩個標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)后，巖樣對軟化和崩解表現(xiàn)出來的抵抗力。用耐崩解儀測定。2024/4/2185．巖石的膨脹性和崩解性。⑵崩解性：軟巖浸水后發(fā)生解體的性質(zhì)四、巖石的碎脹性巖石的碎脹性

巖石破碎后因巖塊間空隙增多而總體積增大的性質(zhì)稱為碎脹性。碎脹程度的大小可用碎脹系數(shù)表示。K—巖石的碎脹系數(shù)；V1—巖石破碎膨脹后的體積；V—巖石處于整體狀態(tài)下的體積。表1-4為常見巖石碎脹系數(shù)。2024/4/219四、巖石的碎脹性巖石的碎脹性巖石破碎第三節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)一、巖石的變形特征二、巖石的強(qiáng)度特征三、巖石的硬度

四、巖石的可鉆性和可爆性2024/4/220第三節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)一、巖石的變形特征二、巖石的強(qiáng)度特征三㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）第三節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)一、巖石的變形特征㈡巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變形特征㈢動壓條件下巖石的變形特征2024/4/221㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）第三節(jié)巖石的力學(xué)性質(zhì)一㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）一、巖石的變形特征⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線

⑵體積應(yīng)變,

⑶三種破壞形式

2024/4/222㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）一、巖石的變形特征⑴應(yīng)力⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線I—OA階段裂隙壓密閉合階段

Ⅱ—AB階段線彈性階段

Ⅲ—BC段破裂發(fā)展階段

Ⅳ一CD，軟化階段

2024/4/223⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線I—OA階段裂隙壓密閉合階段Ⅱ—AB階段線⑵體積應(yīng)變,巖石的體積改變量ΔV與原體積V的比值,也稱體積改變率。一般巖石具有在彈性階段體積變小和塑性階段體積增大的特點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)在附近。巖石在塑性階段體積增大的性質(zhì)稱為擴(kuò)容現(xiàn)象,對于研究巷道變形和圍巖對支護(hù)造成的壓力等問題有重要意義。2024/4/224⑵體積應(yīng)變,巖石的體積改變量ΔV與原體積V⑶三種破壞形式脆性破壞：永久變形或全變形小于3%者為脆性破壞。具有這種特性的巖石稱為脆性巖石；塑性破壞：永久變形或全變形大于5%者塑性破壞。具有這種特性的巖石稱為塑性巖石；過度狀態(tài)：永久變形或全變形在3%到5%之間。

2024/4/225⑶三種破壞形式脆性破壞：永久變形或全變形小于3%者為脆性破壞（二）巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變形特征真三軸試驗(yàn)

1>2>3

常規(guī)三軸試驗(yàn)

1>2=3

2024/4/226（二）巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變形特征真三軸試驗(yàn)常規(guī)三軸特點(diǎn)：⑴彈性段與單軸壓縮基本相同；⑵巖石表現(xiàn)出明顯的塑性變形；⑶屈服極限，強(qiáng)度峰值、殘余強(qiáng)度與圍壓大小成正比；⑷大部分巖石在一定臨界圍壓下出現(xiàn)屈服平臺，呈塑性流動現(xiàn)象；⑸達(dá)到臨界圍壓后，繼續(xù)提高圍壓，不在出現(xiàn)峰值，應(yīng)力—應(yīng)變出現(xiàn)單調(diào)增長趨勢。

2024/4/227特點(diǎn)：⑴彈性段與單軸壓2024/4/127（三）動壓條件下巖石的變形特征⑴動荷載的特點(diǎn)⑵巖石在動荷載作用下的變形特征⑶波的反射和投射

2024/4/228（三）動壓條件下巖石的變形特征⑴動荷載的特點(diǎn)⑵巖石在動荷載作⑴動荷載的特點(diǎn)2024/4/229⑴動荷載的特點(diǎn)2024/4/129

ΔL—質(zhì)點(diǎn)擾動位移，CP—質(zhì)點(diǎn)擾動的傳播速度（波速），Δt—波的傳播時間，CPΔt—在Δt—時間內(nèi)變形范圍。

F⑵巖石在動荷載作用下的變形特征

ΔL2024/4/230ΔL—質(zhì)點(diǎn)擾動位移，CP—質(zhì)點(diǎn)擾動的傳播速度（波速），F(xiàn)⑵表面波(勒夫波)

：沿介質(zhì)邊界傳播c；體積波：在介質(zhì)內(nèi)部傳播，分為橫波和縱波橫波：介質(zhì)振動方向和波的傳播方向垂直，產(chǎn)生剪切變形b；縱波：質(zhì)點(diǎn)振動方向和波的傳播方向一致，產(chǎn)生壓縮、拉伸變形a；瑞利波：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為橢圓的波，為地震波的主要形式

d⑶波的反射和投射2024/4/231表面波(勒夫波)：沿介質(zhì)邊界傳播c；⑶波的反射和投射202ρ—為介質(zhì)密度；ω—區(qū)段截面積；ρCP—為波阻抗。介質(zhì)密度和波速的乘積，表征介質(zhì)對于應(yīng)力波的阻尼作用。

①當(dāng)ρ1CP1=ρ2CP2時，σr=0，σt=σi，不產(chǎn)生波的反射。

②當(dāng)ρ2CP2>ρ1CP1時，σr>0，σt>0，說明交界面上既有透射波、又有反射波。

③當(dāng)ρ2CP2=0或ρ2CP2≤ρ1CP1時，即當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)的交界面為自由面時，σr=-σi，σt=0，疊加結(jié)果是交界面的應(yīng)力值為零。

④當(dāng)ρ2CP2<ρ1CP1時，交界面既有透射壓縮波又有反射拉伸波，也能破碎巖石。為垂直反射系數(shù)為垂直透射系數(shù)AB介質(zhì)1ρ1，CP1σi，viσr，vr介質(zhì)2ρ2，CP2σt，vt2024/4/232ρ—為介質(zhì)密度；ω—區(qū)段截面積；ρCP—為波阻抗。介質(zhì)密度和⑴大多數(shù)情況下，巖石表現(xiàn)為脆性破壞；⑵同種巖石強(qiáng)度并非常數(shù)；⑶不同受力情況下，巖石的極限強(qiáng)度相差懸殊。三向等壓抗壓強(qiáng)度>三向不等壓抗壓強(qiáng)度>雙向抗壓強(qiáng)度>單向抗壓強(qiáng)度>單向抗剪強(qiáng)度>單向抗彎強(qiáng)度>單向抗拉強(qiáng)度。單向抗壓強(qiáng)度RC、單向抗剪強(qiáng)度τ、單向抗拉強(qiáng)度Rt之間有下列關(guān)系：；；

二、巖石的強(qiáng)度特征1．巖石在靜荷載作用下的強(qiáng)度

2024/4/233⑴大多數(shù)情況下，巖石表現(xiàn)為脆性破壞；單向抗壓強(qiáng)度RC、2．動荷載作用下的強(qiáng)度

2024/4/2342．動荷載作用下的強(qiáng)度2024/4/134

三、巖石的硬度巖石的硬度是巖石抵抗其他較硬物體侵入的能力。

1．靜壓入硬度：

2．回彈高度

以重物落于巖石表面后的回彈高度來表示。巖石越硬，回彈高度越大。常用肖氏硬度計(jì)和施米特錘來測定。施米特錘用來測定混凝土硬度，我國生產(chǎn)的施米特錘叫回彈儀。巖石的硬度是巖石抵抗其他較硬物體侵入的能力。硬度與強(qiáng)度又有區(qū)別。

h2024/4/235三、巖石的硬度巖石的硬度是巖石抵抗其他較硬物體侵入的能四、巖石的可鉆性和可爆性1．鑿碎比功：即破碎單位體積巖石所作的功．現(xiàn)以a表示,單位為J／厘米3。

2．釬刃磨鈍寬：即巖石的磨蝕性，量出釬刃兩端向內(nèi)4㎜處的磨鈍寬度，以b表示，單位為㎜。目前，使用便攜式巖石鑿測器，測定巖石的鑿碎比能和鑿480次后釬刃磨鈍的寬度

鑿測器圖1-釬頭；2-承擊臺；3-銷釘；4-導(dǎo)向桿；5-落錘；6-卡套；7-轉(zhuǎn)動手柄

2024/4/236四、巖石的可鉆性和可爆性1．鑿碎比功：即破碎單、巖石工程分級的必要性第四節(jié)巖石的工程分級二、分級方法2024/4/237、巖石工程分級的必要性第四節(jié)巖石的工程分級二、分級方法20、巖石工程分級的必要性：按成因不同，將巖石分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三類，對于采掘工程來說，又要求要求對巖石進(jìn)行定量的區(qū)分，以便能正確地進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，合理地選用施工方法、施工設(shè)備、機(jī)具與器材，準(zhǔn)確地制定生產(chǎn)定額和材抖消耗定額等。因此，提出了巖石工程分級與巖體工程分類問題。2024/4/238、巖石工程分級的必要性：按成因不同，將巖石分為巖二、分級方法ＲＣ—巖石單向抗壓強(qiáng)度，MPa；10—單位為MPa；普氏分級的優(yōu)點(diǎn)：普氏巖石分級法簡明，便于使用，因而多年來在蘇聯(lián)及一些東歐