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本次(běncì)课的课程提纲一、岩石的组构特征二、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石的四个性质(xìngzhì)四、岩石的物理五、岩石的水理性能第一页，共49页。1岩石(yánshí)的物质组成粘土矿物硅酸盐类矿物(kuàngwù)碳酸盐类矿物(kuàngwù)氧化物类矿物组成岩石的矿物组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质二、岩石的组构特征第二页，共49页。物质组成(zǔchénɡ)对力学性质的影响一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉石(huīshí)、橄榄石（粒状）及云母和粘土矿物（片状）等含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高－花岗岩、闪长岩、玄武岩含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低－粘土岩、泥岩第三页，共49页。碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类，岩石的物理力学性质(xìngzhì)取决于岩石中的CaCO3及酸不溶物的含量CaCO3含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学性质(xìngzhì)差物质组成对力学(lìxué)性质的影响第四页，共49页。碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系(guānxì)：强度上：硅质>铁质>钙质>泥质物质(wùzhì)组成对力学性质的影响第五页，共49页。泥页岩(yèyán)的粘土矿物组成蒙脱石伊利石绿泥石高岭石伊蒙混(ménghùn)层粘土矿物力学性质蒙脱石含量(hánliàng)高→软，易变形，易水化伊利石含量(hánliàng)高→硬脆，不易变形，不易水化第六页，共49页。2岩石(yánshí)的结构岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育(fāyù)情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与胶结连结二、岩石(yánshí)的组构特征颗粒形状强度：粒状、柱状>片状>鳞状颗粒大小强度：粗粒<细粒排列形式强度：等粒>不等粒第七页，共49页。2岩石(yánshí)的结构微结构面：指存在于矿物(kuàngwù)颗粒内部或矿物(kuàngwù)颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物(kuàngwù)解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等①降低岩石强度②导致(dǎozhì)岩石力学性质各向异性二、岩石的组构特征第八页，共49页。2岩石(yánshí)的结构结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用(ɡònɡyònɡ)原子或离子使不同晶粒紧密接触－岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩胶结连结(liánjié)：矿物颗粒通过胶结物连结(liánjié)在一起－碎屑岩二、岩石的组构特征第九页，共49页。二、岩石(yánshí)的组构特征基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大间隙型：矿物颗粒彼此直接(zhíjiē)接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。岩石的主要胶结(jiāojié)类型：第十页，共49页。A）基底型B）间隙(jiànxì)型C）接触型D）溶蚀型第十一页，共49页。3岩石(yánshí)的构造岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在空间上相互排列(páiliè)及所占的位置。岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造沉积岩的构造：层理构造变质岩的构造：片理构造二、岩石(yánshí)的组构特征第十二页，共49页。第十三页，共49页。三、岩石中的结构(jiégòu)面（软弱面）结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性较大、厚度较小的两维面状地质界面(jièmiàn)，包括物质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）结构面的成因类型结构面的规模与分级结构面特征及其对岩石性质的影响第十四页，共49页。一）结构面的成因(chéngyīn)类型地质成因(chéngyīn)类型原生结构面构造结构面次生结构面力学成因(chéngyīn)类型张性结构面剪性结构面第十五页，共49页。结构面的地质成因(chéngyīn)类型原生结构面：在岩石(yánshí)形成过程中形成的软弱面岩浆岩的流动构造面、冷缩形成的原生裂隙面、侵入体与围岩的接触面；沉积岩体内的层理面、不整合面；变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。在原生结构面中，除了原生裂隙，以及由于受构造运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多具有一定的连结力和较高的强度。第十六页，共49页。结构面的地质(dìzhì)成因类型构造结构面：岩石形成后的构造运动过程中产生的各种破裂面断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造裂隙面等这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分(bùfen)都是脱开的规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同的充填物，其中大部分(bùfen)已泥化，或者已变成了软弱夹层就一般情况而言，除了部分(bùfen)构造裂隙以外，大部分(bùfen)构造软弱面的特性都很坏，强度多接近于岩体的剩余强度，往往导致复杂。第十七页，共49页。结构面的地质(dìzhì)成因类型次生结构面：岩体在外力作用下产生的软弱面如风化裂隙面、卸荷裂隙面等。风化裂隙面发育深度不大，方向紊乱，连续性很低。但可降低岩体的强度和变形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起岩体在垂直于卸荷自由面方向发生伸长而形成。卸荷裂隙面基本上平行于岩体卸荷自由面。一般来说，次生结构面主要(zhǔyào)影响地面附近岩体的稳定性。第十八页，共49页。结构面的力学成因(chéngyīn)类型这里所说的结构面是指岩体中的破裂面而言所谓软弱面的力学成因类型，是指按照形成破裂面的破坏应力的不同，所划分的破裂面的类型。根据野外观察到的事实、大量岩体力学试验的结果以及莫尔库伦(kùlún)破坏理论的分析，认为岩体的破坏只有剪切破坏和拉断破坏两种类型。破裂面的力学成因，应划分为剪性和张性两大类别。第十九页，共49页。结构(jiégòu)面的力学成因类型张性破裂面：是由张力形成的，在破坏过程中，破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向发生分离位移。张性破裂面，一般张开度大，连续性差，形态多不规则，多呈折线或锯凿状。断面凹凸不平(āotūbùpínɡ)，粗糙度大，破碎带宽度变化大，且易被岩脉、矿脉充填，有时并有岩浆沿之入侵。张性破裂面常常具有含水丰富，导水性强以及剪切强度高等特征第二十页，共49页。第二十一页，共49页。结构面的力学成因(chéngyīn)类型剪性破裂面：是由剪应力而形成的，破裂面两侧岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位移(wèiyí)。具有擦痕、共轭性、规律的位移(wèiyí)方向以及断面比较光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鉴定剪性破裂面的主要依据。第二十二页，共49页。正断层——上盘相对下盘向下(xiànɡxià)滑动的断层上盘下降(xiàjiàng)下盘上升(shàngshēng)第二十三页，共49页。三）结构(jiégòu)面特征及其对岩体性质的影响产状连续性密度张开度形态充填胶结(jiāojié)情况组合关系第二十四页，共49页。软弱(ruǎnruò)面的影响岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、变形性、渗透性，力学上的连续性及岩体应力分布等都有显著影响。因此(yīncǐ)，在很多情况下，软弱面是岩体力学问题的一个主要控制因素。从本质上说，软弱面使岩体变得更加软弱，更易于变形而且 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为高度的各向异性。第二十五页，共49页。三、岩石的不连续性、非均匀(jūnyún)性、各向异性和渗透性第二十六页，共49页。岩石(yánshí)的不连续性岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还是物质不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石物理力学性质呈现不连续变化。对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为(zuòwéi)定量评价岩石被裂隙切割后破碎程度的指标。第二十七页，共49页。岩石(yánshí)的不连续性a、单向裂隙(或裂隙频率)单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度(m)内，法线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)表示。即单向裂隙率的倒数为成组结构面之间的平均(píngjūn)间距，以d表示：式中：Kd--单向裂隙（1/m）d--结构(jiégòu)面间平均间距(m)第二十八页，共49页。岩石(yánshí)的不连续性式中：li--第i条裂隙面长度(m)；ti--第i条裂隙面的宽度(m)；A--被测量(cèliáng)的岩石总面积（m）b、平面裂隙率平面裂隙率KA是指岩石单位面积上诸裂隙所占有(zhànyǒu)的面积总和，亦即第二十九页，共49页。岩石(yánshí)的不均匀性不均匀性是指天然岩体的物理、力学性质(xìngzhì)随空间位置不同而异的特性。分析现场岩体试验资料时可采用综合性的统计特征--偏差系数V(%)来估算岩体的不均匀性，即：式中：--各观测(guāncè)值xi的算术平均值。σ-- 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 差估计值。式中：N--试验观测点(次)数。第三十页，共49页。岩石(yánshí)的各向异性岩石各向异性是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形(biànxíng)特性等各方面。在天然岩体条件下，使岩体具有各向异性的基本原因是由于岩石内普遍存在着层理、片理、夹层和定向裂隙（断层）系统所致。目前在实际 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中对于成层岩体往往考虑其平行于层理和垂直于层理方向的差异性。然而对于不具有层理的岩体，则把它视为各自同性体。第三十一页，共49页。岩石(yánshí)的渗透性有压水可以透过岩石的孔隙(kǒngxì)、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。不同岩石或裂隙性不同的岩石的渗透性不同，渗透性的大小用渗透系数K表示。岩石的渗透系数不仅与水的物理性质有关，也与岩石的应力状态有关。第三十二页，共49页。岩石轴向渗透性试验(shìyàn)原理岩石渗透(shèntòu)仪(轴向渗透(shèntòu))1-注水管路；2-围压室；3-岩样；4-放水阀第三十三页，共49页。岩石轴向渗透性试验(shìyàn)原理假定岩体渗流符合达西定律，则渗透系数可计算如下式中K－岩石渗透系数(m/s)；Q－单位时间(shíjiān)里透过试样的水量(m^3)；L－试样长度(m)；A－试样截面积(m^2)；P－试样两端的水压力差(KPa)；γw－水的容重(KN/m^3）第三十四页，共49页。岩石(yánshí)径向渗透性试验原理径向渗透试验时，其渗透系数计算式中P－试样外壁上的水压力(KPa)；L－试验段(小孔)长度(chángdù)(m)；R1－试件内半径(m)；R2－试件外半径(m)；π－圆周率。第三十五页，共49页。四、岩石(yánshí)的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。物理性质是指岩石由于(yóuyú)三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。1、岩石的密度2、岩石的孔隙性第三十六页，共49页。（一）、岩石(yánshí)的密度1、颗粒密度(ρs)：岩石固体部分的质量(zhìliàng)与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：ρs=ms/Vsρs—为岩石的颗粒密度ms—为岩石固体部分的质量(zhìliàng)Vs—为岩石固体部分的体积第三十七页，共49页。（一）、岩石(yánshí)的密度2、块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积(tǐjī)内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。ρd=ms/Vρsat=msat/Vρ=m/V第三十八页，共49页。常见岩石(yánshí)的密度岩石名称密度(g／cm3)岩石名称密度(g／cm3)花岗岩2.52～2.81石灰岩2.37～2.75闪长岩2.67～2.96白云岩2.75～2.80辉长岩2.85～3.12片麻岩2.59～3.06辉绿岩2.80～3.11片岩2.70～2.90砂岩2.17～2.70大理岩2.75左右页岩2.06～2.66板岩2.72～2.84第三十九页，共49页。岩石(yánshí)的物理性质孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比(多用百分数表示)。裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。孔隙度与裂隙率含义相同(xiānɡtónɡ)，孔隙度多用于松散土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。一般岩石的孔隙度在0.1-0.35之间第四十页，共49页。岩石(yánshí)的物理性质孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩石的孔隙比(多以小数表示)孔隙比和孔隙度可以互相换算：式中：e－孔隙比;n－孔隙度密度(mìdù)是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而孔隙度和孔隙比是计算指标。第四十一页，共49页。五、岩石(yánshí)的水理性质岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为(chēnɡwéi)水理性质。主要有：1.吸水性2.软化性3.抗冻性4.透水性第四十二页，共49页。（一）、岩石(yánshí)的吸水性岩石在一定(yīdìng)的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示第四十三页，共49页。岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件(tiáojiàn)下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即3.饱水系数岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙(kòngxì)的相对比例关系。（2）饱和(bǎohé)吸水率第四十四页，共49页。（二）、岩石(yánshí)的软化性岩石(yánshí)浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性软化系数(KR)为岩石(yánshí)试件的饱和抗压强度(σcw)与干抗压强度(σc)的比值岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化(ruǎnhuà)性较强，软化(ruǎnhuà)系数较小。KR＞0.75，岩石的软化(ruǎnhuà)性弱，工程地质性质较好KR＜0.75，岩石软化(ruǎnhuà)性较强，工程地质性质较差第四十五页，共49页。（三）、岩石(yánshí)的抗冻性岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。抗冻系数(Rd)：岩石试件经反复(fǎnfù)冻融后的干抗压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示第四十六页，共49页。（三）、岩石(yánshí)的抗冻性质量(zhìliàng)损失率(Km)：冻融试验前后干质量(zhìliàng)之差(ms1－ms2)与试验前干质量(zhìliàng)(ms1)之比，以百分数表示Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高吸水率Wa＜5％、软化(ruǎnhuà)系数KR＞0.75，饱水系数小于0.8的岩石，抗冻性高。第四十七页，共49页。岩石(yánshí)的水理性质可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石的矿物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有关。膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能称膨胀性。一般含有粘土矿物的岩石具有—定的膨胀性，特别(tèbié)是含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。南昆铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑造成严重的危害。第四十八页，共49页。岩石(yánshí)的水理性质崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全(wánquán)破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解的岩石和土，短时间内即发生崩解。我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即崩解，西南某地风化钙泥质粉砂岩置于水中仅十多分钟就全部崩解了。第四十九页，共49页。