《巖石的力學(xué)性質(zhì)》課件

巖石的力學(xué)性質(zhì)by課程大綱巖石的概念及分類深入了解巖石的定義、形成過程和主要類型巖石的結(jié)構(gòu)特征探討巖石的結(jié)構(gòu)特點，如顆粒大小、形狀和排列方式巖石的物理性質(zhì)分析巖石的密度、孔隙度、吸水性等物理參數(shù)巖石的力學(xué)性質(zhì)重點介紹巖石的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等巖石的概念及分類概念巖石是地殼中由一種或多種礦物組成的固態(tài)集合體，是構(gòu)成地殼的主要物質(zhì)，具有固定的化學(xué)成分和物理性質(zhì)。分類根據(jù)巖石的成因，可將巖石分為三大類：巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。巖石的結(jié)構(gòu)特征礦物成分巖石由不同的礦物組成，每種礦物都有其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)。顆粒大小巖石中的顆粒大小和形狀影響其強(qiáng)度和孔隙率。結(jié)構(gòu)構(gòu)造巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，例如層理、節(jié)理和裂隙，影響其力學(xué)行為。巖石的物理性質(zhì)密度巖石的密度是指單位體積巖石的質(zhì)量，反映了巖石的緊密程度?？紫抖葞r石的孔隙度是指巖石中孔隙體積占巖石總體積的百分比，反映了巖石的儲油儲氣能力。吸水率巖石的吸水率是指巖石吸水后增加的質(zhì)量占巖石干質(zhì)量的百分比，反映了巖石的滲透性。巖石密度的測定1步驟一：樣品準(zhǔn)備選擇代表性的巖石樣品，并將其清潔干燥。2步驟二：樣品稱重使用精密天平測量樣品的質(zhì)量，記為m。3步驟三：樣品體積測量使用排水法或其他方法測量樣品的體積，記為V。4步驟四：密度計算根據(jù)公式ρ=m/V計算巖石的密度，單位為g/cm3。巖石孔隙特性孔隙度孔隙度是指巖石中孔隙體積占巖石總體積的百分比。孔隙率孔隙率是巖石中孔隙體積與巖石顆粒體積的比值，表示孔隙的空間分布特征?？紫缎螤羁紫缎螤顚r石的滲透性、儲集能力等物理性質(zhì)影響很大。常見形狀包括圓形、橢圓形、不規(guī)則形等?？紫冻叽缈紫冻叽缡侵缚紫兜闹睆交蜷L度，反映巖石的儲集能力和滲透性。巖石吸水性孔隙率巖石的孔隙率是影響吸水性的關(guān)鍵因素，孔隙率越高，吸水性越強(qiáng)。滲透性巖石的滲透性決定了水流通過巖石的速度，滲透性越高，吸水性越快。巖石抗壓強(qiáng)度的測定1巖石抗壓強(qiáng)度巖石抵抗軸向壓力的能力2試驗方法標(biāo)準(zhǔn)試件，加載至破壞3結(jié)果分析計算抗壓強(qiáng)度，評估巖石質(zhì)量巖石抗剪強(qiáng)度的測定1直接剪切試驗適用于測定巖石的抗剪強(qiáng)度2三軸壓縮試驗適用于測定巖石在不同圍壓下的抗剪強(qiáng)度3扭剪試驗適用于測定巖石的抗扭剪強(qiáng)度巖石抗拉強(qiáng)度的測定直接拉伸法使用專門的拉伸試驗機(jī)，直接施加拉力，測量巖石斷裂時的拉伸強(qiáng)度。巴西劈裂法利用在巖石圓柱體上施加的集中荷載，通過計算得到抗拉強(qiáng)度。懸臂梁法將巖石試件固定在懸臂梁上，施加荷載，通過計算得到抗拉強(qiáng)度。巖石變形特性彈性變形巖石在受力后發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后，變形消失，巖石恢復(fù)到原狀的變形稱為彈性變形。塑性變形巖石在受力后發(fā)生變形，當(dāng)外力去除后，變形不能完全消失，巖石不能完全恢復(fù)到原狀的變形稱為塑性變形。斷裂巖石在受力后，當(dāng)應(yīng)力超過巖石的強(qiáng)度極限時，會發(fā)生斷裂。巖石的彈性模量彈性模量巖石在外力作用下發(fā)生彈性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變的比值反映巖石抵抗彈性變形的剛度值越大，巖石抵抗變形的能力越強(qiáng)常用單位GPa巖石的泊松比巖石脆性指數(shù)1脆性巖石在受壓或拉伸時，易碎裂，且斷裂前沒有明顯的塑性變形，被稱為脆性。2指數(shù)巖石脆性指數(shù)，反映巖石抵抗脆性破壞的能力，是巖石力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。3應(yīng)用脆性指數(shù)用于評估巖石的工程適用性，例如，在邊坡穩(wěn)定性分析中，脆性指數(shù)較高的巖石更易發(fā)生崩塌。巖石的韌性定義巖石抵抗斷裂的能力，指巖石在斷裂前吸收能量的多少。影響因素礦物成分、結(jié)構(gòu)、孔隙度、含水量等。測試方法沖擊韌性試驗、彎曲強(qiáng)度試驗等。巖石抗凍融性反復(fù)凍融會使巖石發(fā)生破壞。水結(jié)冰體積膨脹，對巖石產(chǎn)生壓力，導(dǎo)致裂縫。巖石抗凍融性可以用凍融循環(huán)次數(shù)來衡量。巖石耐久性抗風(fēng)化能力巖石抵抗自然環(huán)境因素如風(fēng)、雨、冰雪等侵蝕的能力?？箖鋈谛詭r石抵抗凍融循環(huán)破壞的能力?？够瘜W(xué)腐蝕巖石抵抗酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力。巖石損耗風(fēng)化長期暴露于大氣、水和生物作用下，巖石表面發(fā)生物理、化學(xué)和生物變化，導(dǎo)致巖石分解和破碎。侵蝕風(fēng)、水、冰川等外力作用下，巖石被剝蝕、搬運和堆積，造成巖石的損失。溶蝕巖石中的可溶性礦物受水溶解，導(dǎo)致巖石表面或內(nèi)部發(fā)生空洞和裂縫。巖石的化學(xué)腐蝕酸性雨水會溶解碳酸鹽巖石，造成風(fēng)化和侵蝕。鹽類結(jié)晶會對巖石產(chǎn)生膨脹和剝落作用。水溶液中的化學(xué)物質(zhì)會與巖石發(fā)生反應(yīng)，改變其成分和結(jié)構(gòu)。工程地質(zhì)勘察1巖體結(jié)構(gòu)巖體結(jié)構(gòu)是指巖石的裂隙、節(jié)理、斷層等特征2巖體強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度3巖體變形彈性模量、泊松比、抗凍融性4巖體地下水水文地質(zhì)條件，水位、滲透性地基巖體特性1巖性巖體的巖性決定了其物理力學(xué)性質(zhì)，影響地基的承載力、變形性能和穩(wěn)定性。2結(jié)構(gòu)巖體的結(jié)構(gòu)特征，如節(jié)理、裂隙、斷層等，影響巖體的強(qiáng)度、變形和滲透性。3風(fēng)化程度風(fēng)化程度影響巖體的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性，風(fēng)化程度越高，巖體強(qiáng)度越低。4地下水地下水對巖體的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性有重要影響，地下水位高，巖體強(qiáng)度降低。邊坡巖體特性穩(wěn)定性邊坡巖體穩(wěn)定性取決于巖石類型、結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度和水文條件。侵蝕水流、風(fēng)化和生物活動會造成邊坡巖體侵蝕，影響其穩(wěn)定性。變形邊坡巖體在荷載和環(huán)境影響下會發(fā)生變形，可能導(dǎo)致裂縫、塌陷或滑坡。隧道巖體特性地質(zhì)構(gòu)造隧道巖體地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，可能存在斷層、節(jié)理、褶皺等，影響巖體穩(wěn)定性。巖性不同巖性巖體具有不同的力學(xué)性質(zhì)，影響隧道開挖難度和支護(hù)方案。水文地質(zhì)地下水活動對隧道施工安全和運營穩(wěn)定性有重大影響。水庫壩基巖體特性抗壓強(qiáng)度壩基巖體抗壓強(qiáng)度影響壩體的穩(wěn)定性，需要進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試來確定壩體是否能夠承受水壓和地震力的作用。抗剪強(qiáng)度壩基巖體的抗剪強(qiáng)度影響壩體在水壓和地震力作用下的抗滑穩(wěn)定性，需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度測試來確保壩體不會滑坡。變形特性壩基巖體的變形特性影響壩體在水壓和地震力作用下的變形量，需要進(jìn)行變形測試來確定壩體是否能夠承受變形而不發(fā)生破壞。滲透性壩基巖體的滲透性影響壩體的防滲性能，需要進(jìn)行滲透性測試來確定壩體是否能夠有效地阻止水滲漏。采石場巖體特性巖體結(jié)構(gòu)采石場巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在節(jié)理、裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造，影響巖體穩(wěn)定性。巖石強(qiáng)度采石場巖石強(qiáng)度決定了開采難度和爆破效果，需根據(jù)巖石類型和強(qiáng)度選擇合適的開采方法。巖石風(fēng)化采石場巖體風(fēng)化程度影響巖石質(zhì)量和開采效率，需采取措施降低風(fēng)化程度。巖體水文采石場巖體含水量影響開采安全，需進(jìn)行水文地質(zhì)勘察，制定排水方案。巖石力學(xué)實驗方法1巖樣制備根據(jù)實驗?zāi)康暮蛶r性，選擇合適的巖樣，并進(jìn)行切割、磨平、編號等處理。2實驗方案設(shè)計根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)，確定實驗方法、設(shè)備、參數(shù)設(shè)置等。3數(shù)據(jù)采集與分析實驗過程中，實時采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。4結(jié)果整理與評價整理實驗結(jié)果，并進(jìn)行誤差分析、結(jié)果評價等。巖石力學(xué)實驗設(shè)備巖石力學(xué)實驗設(shè)備是進(jìn)行巖石力學(xué)試驗的重要工具。它可以用來測試巖石的物理、力學(xué)性質(zhì)，包括強(qiáng)度、變形、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等等。這些數(shù)據(jù)對于工程設(shè)計、施工和安全評估至關(guān)重要。常用的巖石力學(xué)實驗設(shè)備包括：巖石抗壓強(qiáng)度試驗機(jī)巖石抗剪強(qiáng)度試驗機(jī)巖石抗拉強(qiáng)度試驗機(jī)巖石三軸試驗機(jī)巖石聲波速度測試儀巖石密度測試儀巖石孔隙率測試儀測試數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用強(qiáng)度彈性模量巖石力學(xué)參數(shù)的選取實驗數(shù)據(jù)通過實驗室測試獲得準(zhǔn)確的巖石力學(xué)參數(shù)，包括抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等。經(jīng)驗數(shù)據(jù)參考以往類似工程項目的數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)貛r體情況進(jìn)行調(diào)整，確保參數(shù)的可靠性?，F(xiàn)場調(diào)查