第六章-巖石工程地質(zhì)性質(zhì).ppt

1、第六章巖石的工程學(xué)科地質(zhì)特性、主觀雄、6.1巖石的物理性質(zhì)1、巖石的密度2、巖石的孔隙度6.2巖石的水力特性1、巖石的吸水性2、巖石的軟化性3、巖石的抗凍性4、巖石的透水性6.3巖石的力學(xué)特性、6.1巖石的物理性質(zhì)定義：物理性質(zhì)(definition)1、巖石密度2、巖石間隙、1、巖石密度、1、粒子密度(s) s=ms/Vs 2、塊密度()=m/V注意：(1)s和差值(s) -。吸水性2。軟化性3。抗寒性4。透水性1。吸收率(Wa):巖石試件的大氣壓力和室溫條件下自由吸水的質(zhì)量(mw1)和巖石干質(zhì)量(ms)的比率，2 .飽和吸收率，巖石的飽和吸收率(Wp)是指巖石，它反映了巖石中大小間隙的相對(duì)

2、比例關(guān)系。多個(gè)巖石的可吸收性指標(biāo)值，2，巖石的抗凍系數(shù)cf，意味著巖石樣品在250C的溫度期間反復(fù)冷卻、董潔、融化、變暖，然后測(cè)量抗壓強(qiáng)度下降值(c-cf)，以牙齒強(qiáng)度下降值與董潔實(shí)驗(yàn)前抗壓強(qiáng)度C的比率表示防凍系數(shù)Cf。也就是說(shuō)，你可以看到。3，巖石的抗凍性，3，巖石的抗凍性，抗凍性系數(shù)(Rd):巖石試件的重復(fù)董潔融化后干抗壓強(qiáng)度(C2)與董潔融化前干抗壓強(qiáng)度(C1)的比率，以百分比表示，質(zhì)量損失率(Km)，以及地下水存在于巖石縫隙，空隙中，大部分巖石的縫隙連接在一起，在一定的壓力下，地下水可以滲透到巖石中。巖石的這種透水性稱為巖石的透水性。巖石的透水性大小不僅與巖石的多孔大小有關(guān)，還與孔隙大

3、小及其穿透有關(guān)。測(cè)量巖石透水性的指標(biāo)是滲透系數(shù)(k)。一般來(lái)說(shuō)，完全致密的巖石的滲透系數(shù)往往很小。巖石的滲透系數(shù)一般是通過(guò)在鉆孔中抽水或進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)量的。一般來(lái)說(shuō)，巖石中的水流就像水從土中流動(dòng)一樣，是線性滲透規(guī)律，即，4，巖石的透水性，永久膨脹系數(shù)(剩馀膨脹系數(shù))無(wú)法進(jìn)一步壓縮時(shí)的膨脹系數(shù)稱為永久膨脹系數(shù)。6.3巖石的機(jī)械性質(zhì)，巖石的強(qiáng)度：巖石抵抗外力的能力，巖石破壞時(shí)能承受的最大應(yīng)力。a .單向抗壓強(qiáng)度b .單向拉伸強(qiáng)度c .剪切強(qiáng)度D. 3軸抗壓強(qiáng)度巖石的變形：外力下巖石的形態(tài)(形狀、體積)變化。a .單向壓縮變形b .反復(fù)負(fù)載變形C. 3軸壓縮變形d .剪切變形，巖石變形特性，彈性：

4、表示物體受外力變形，外力撤離時(shí)變形可以恢復(fù)的特性。可塑性：指物體在外力作用下變形，外力撤退時(shí)變形不能恢復(fù)的性質(zhì)。脆性：物體在外力作用下變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生破壞性質(zhì)。延性：物體在不喪失承載能力的情況下，能承受大塑性變形的性質(zhì)。粘性(流動(dòng)變性):物體受力后變形瞬間完成，隨應(yīng)力大小(d/dt)變化的特性。巖石強(qiáng)度與外力有關(guān)。外力特性：動(dòng)態(tài)載荷，靜態(tài)載荷b .外力方法：拉伸、壓縮、剪切c .應(yīng)力狀態(tài)：?jiǎn)蜗?、雙向、3向、1巖石1軸抗壓強(qiáng)度1)定義：巖石在1軸壓縮載荷下破壞之前可以承受的圖。2)計(jì)算公式：c=P/A，3)4茄子破壞類型：1。x型共軛斜剪切破壞，最常見(jiàn)的破壞形式。2.單斜剪切破壞，牙齒破壞也是剪切

5、破壞。塑料流動(dòng)變形，線變形10。4.拉伸破壞，軸向壓縮應(yīng)力下橫向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。這是泊松效應(yīng)的結(jié)果。這種類型的破壞是由于橫向拉伸應(yīng)力超過(guò)巖石拉伸極限而引起的。4)試驗(yàn)方法a .試件的標(biāo)準(zhǔn)立方體為505050毫米或707070毫米圓柱，但使用最廣泛的是圓柱。圓柱直徑d通常必須至少為50mm。L/D=2.53.0(國(guó)際巖石力學(xué)委員會(huì)ISRM建議的尺寸)要求：兩端不平衡0.5mm；尺寸誤差0.3mm；兩端垂直于軸誤差0.25度。負(fù)載速度：0.50.8pa/s，B .對(duì)鄭智薰標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)試結(jié)果的影響和修改，C .壓縮實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖表(500t壓力機(jī))，d .結(jié)束效果和消除方法結(jié)束效果：消除方法3360潤(rùn)滑試件

6、(例如墊)結(jié)束黃油結(jié)束。在拉伸載荷下，試樣的破壞部分一般分為沿橫截面斷裂的破壞、巖石的拉伸破壞實(shí)驗(yàn)兩類：直接實(shí)驗(yàn)和間接實(shí)驗(yàn)。2)直接拉伸實(shí)驗(yàn)桿和先導(dǎo)圖表，計(jì)算公式：破壞時(shí)最大軸向拉伸載荷(Pt)除以試件的橫截面積(A)。即t=Pt/A，2)直接拉伸試驗(yàn)負(fù)載和試驗(yàn)圖表(繼續(xù))，3)間接拉伸試驗(yàn)負(fù)載和試驗(yàn)圖表巴西試驗(yàn)法(Brazilian test)通常被稱為分割試驗(yàn)法。a .原型：是巖石光盤，加載如圖所示。實(shí)際載荷沿圓弧添加，但高不可超過(guò)圓盤直徑的1/20。b .應(yīng)力分布：圓盤直徑Y(jié)Y上的圓盤應(yīng)力分布和xx方向上的壓縮應(yīng)力。離開(kāi)邊后，YY方向上的壓力應(yīng)力仍然存在，但是應(yīng)力值比邊明顯減少。傾向于均

7、勻化。Xx方向?yàn)槔鞈?yīng)力。沿著Yy的長(zhǎng)距離顯示出均勻分布狀態(tài)。c .破壞原因：如圖中所示，拉伸應(yīng)力值遠(yuǎn)低于壓力應(yīng)力值，但巖石的拉伸強(qiáng)度較低，因此演示了X方向的拉伸應(yīng)力導(dǎo)致直徑的分割破壞。破壞是從直徑中心開(kāi)始發(fā)展到兩端的，反映了巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度的事實(shí)。d .計(jì)算公式：t=x=-2p/dt y=(1/R1 1/R2-1/d)2p/t以磁盤為中心：t=x=-2p/dt y=非限制性剪切實(shí)驗(yàn)在剪切面中只有剪切應(yīng)力，沒(méi)有正應(yīng)力。限制性剪切實(shí)驗(yàn)除剪切面中的剪切應(yīng)力外，還具有正應(yīng)力。2)四茄子典型的非限制性剪切強(qiáng)度試驗(yàn)：a .剖面剪切試驗(yàn)，b .沖擊剪切試驗(yàn)，c .雙面剪切試驗(yàn)，d .扭轉(zhuǎn)剪切試

8、驗(yàn)，各見(jiàn)圖。3)非限制性剪切強(qiáng)度用So計(jì)算公式記錄。(A)剖面剪切試驗(yàn)So=Fc/A (b)沖擊剪切試驗(yàn)So=Fc/2ra (c)雙面剪切試驗(yàn)So=Fc/2A (d)扭轉(zhuǎn)剪切試驗(yàn)4)四茄子典型限制剪切強(qiáng)度試驗(yàn)A .直剪機(jī)(A原因：剪切破壞1需要克服凝聚力，2需要克服摩擦力，正應(yīng)力越大，摩擦力也越大。破壞時(shí)標(biāo)注剪應(yīng)力和正應(yīng)力。應(yīng)力平面是一點(diǎn)，徐璐其他正應(yīng)力和剪切應(yīng)力組合是另一點(diǎn)。連接所有點(diǎn)后，可獲得莫爾強(qiáng)度包絡(luò)，如下所示：殘余強(qiáng)度：如果剪切面的剪切應(yīng)力超過(guò)最高剪切強(qiáng)度，則剪切將破壞發(fā)生，巖石將隨著較小的剪切力沿剪切面滑動(dòng)?；瑒?dòng)破壞面所需的小剪應(yīng)力是破壞面的剩馀強(qiáng)度。正應(yīng)力越大，殘余強(qiáng)度越高，如圖

9、所示。因此，只要正應(yīng)力存在，巖石剪切破壞面仍具有抗剪的能力。4軸抗壓強(qiáng)度，1)定義：巖石在三向壓縮載荷下到達(dá)破壞時(shí)可承受的最大壓力應(yīng)力稱為巖石的三軸抗壓強(qiáng)度。與單軸壓縮實(shí)驗(yàn)相比，詩(shī)篇不僅受到軸向壓力，還受到側(cè)向壓力。側(cè)壓力限制試件的側(cè)變形，所以三軸實(shí)驗(yàn)是有限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。2)實(shí)驗(yàn)加載方法：a .實(shí)際3軸加載：試件為立方體，加載方法如圖所示。應(yīng)力狀態(tài)：12 3這種負(fù)載方式實(shí)驗(yàn)裝置繁雜，六面都可能暴露在加壓鐵板引起的摩擦力下，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大，因此實(shí)用意義不大。因此很少有人做這種三軸實(shí)驗(yàn)。b .假3軸實(shí)驗(yàn)3360，試件為圓柱，試件直徑25150毫米，長(zhǎng)度和直徑的比率為2: 1或3: 1。軸向壓力

10、的加載方式與單軸壓縮實(shí)驗(yàn)相同，如圖所示。但是，由于橫向壓力，加載時(shí)的結(jié)束效果比單軸載荷輕得多。應(yīng)力狀態(tài)：12=3，3軸壓縮實(shí)驗(yàn)桿圖表實(shí)際3軸12 3假3軸12=3，3)假3軸實(shí)驗(yàn)裝置圖表：由于試樣的側(cè)表面包裹在加壓圓柱的橡膠套中，所以液壓油不會(huì)在試樣表面產(chǎn)生摩擦，因此側(cè)壓力可以均勻應(yīng)用于試樣。那個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如下。4)第一次經(jīng)典三軸實(shí)驗(yàn)a .實(shí)驗(yàn)者和時(shí)間：意大利人馮卡門(VonKarman)牙齒1911年完成。b .實(shí)驗(yàn)巖石：非常細(xì)的粒子和非常均勻的白色圓柱大理石測(cè)試。c .測(cè)試發(fā)現(xiàn)：限制壓力小于0時(shí)，大理石試件以脆的方式破壞傾斜的裂縫破壞集。隨著包圍壓的增加，試樣的延性變形和強(qiáng)度繼續(xù)增加

11、，直到完全發(fā)生延性或塑性流動(dòng)變形，隨著工作硬化，試樣變成粗腰筒。在考試開(kāi)始階段，詩(shī)篇的體積減少，到了抗壓強(qiáng)度的一半，膨脹出現(xiàn)，泊松比迅速增加。5) 3軸實(shí)驗(yàn)和莫爾強(qiáng)度包絡(luò)A. 3軸壓縮實(shí)驗(yàn)的最重要結(jié)果：對(duì)同一巖石的其他試驗(yàn)或其他實(shí)驗(yàn)條件，給出幾乎一定的強(qiáng)度指標(biāo)值。牙齒強(qiáng)度指示器值以“莫爾強(qiáng)度包絡(luò)”(Mohrs strength envelop)格式提供。b .莫爾強(qiáng)度包絡(luò)圖：對(duì)牙齒巖石的56個(gè)示范，需要進(jìn)行3軸壓縮實(shí)驗(yàn)。每次實(shí)驗(yàn)的限制壓力值從小到大不等。在每個(gè)試樣的破壞中，求出應(yīng)力摩爾源。一般在單軸壓縮實(shí)驗(yàn)和拉伸實(shí)驗(yàn)破壞中，使用應(yīng)力摩爾強(qiáng)度包絡(luò)進(jìn)行繪制。如圖所示。曲線型：直線型：6) 3軸實(shí)驗(yàn)巖石強(qiáng)度參數(shù)確定a。直線型：軸的截距被稱為巖石的粘合性(或凝聚力)，C(MPa)，與軸的角度為巖石的內(nèi)摩擦角(度)。b .曲線：一種茄子方法是將包絡(luò)和軸截距設(shè)置為c，將包絡(luò)和軸交點(diǎn)處包絡(luò)外切線和軸夾角設(shè)置為內(nèi)摩擦角。另一種方法是根據(jù)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)在莫爾包絡(luò)線中查找