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1、工程地质-岩石及岩体的工程地质性质3.5.1 岩石的主要物理力学性质岩石的主要物理力学性质1、岩石的主要物理性质指标2、岩石的主要力学性质指标3、影响岩石工程性质的因素1、岩石的主要物理性质、岩石的主要物理性质(physicalproperties)指标指标（1）比比重重(相相对对密密度度)(specificgravity)：岩岩石石固固体体(不不包包括括孔孔隙隙)部部分分单单位位体体积积的的重重量量。在在数数值值上上，等等于于岩岩石石固固体体颗颗粒粒的的重重量量与与同同体体积积的的水水在在4时时重重量量的的比比。其其大大小小，决决定定于岩石中矿物的比重及其在岩石中的相对含量。于岩石中矿物的比
2、重及其在岩石中的相对含量。（2）重度重度(容重容重,unitweight）：）：指岩石单位体积的重指岩石单位体积的重量，在数值上等于岩石试件的总重量量，在数值上等于岩石试件的总重量(包括孔隙中的水重包括孔隙中的水重)与与其总体积其总体积(包括孔隙体积包括孔隙体积)之比。其大小，决定于岩石中矿物之比。其大小，决定于岩石中矿物的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。的比重，岩石的孔隙性及其含水情况。岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为岩石孔隙中完全没有水存在时的重度，称为干重度干重度。其大小。其大小决定于岩石的孔隙性及矿物的比重。决定于岩石的孔隙性及矿物的比重。岩石中的孔隙全被水充满时的重度，称为岩石
3、的岩石中的孔隙全被水充满时的重度，称为岩石的饱和重度。饱和重度。一般来讲，重度大，说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石一般来讲，重度大，说明岩石的结构致密、孔隙性小，岩石 的强度和稳定性也比较高。的强度和稳定性也比较高。（3）岩石的孔隙性岩石的孔隙性岩石的孔隙性，反映岩石中各种孔隙岩石的孔隙性，反映岩石中各种孔隙(包括细微的裂隙包括细微的裂隙)的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。的发育程度，对岩石的强度和稳定性产生重要的影响。用孔隙度表示。用孔隙度表示。孔隙度孔隙度在数值上等于岩石中各种孔隙的在数值上等于岩石中各种孔隙的总体积与岩石总体积的比。用百分数表示。总体积与岩石总体积的比。用
4、百分数表示。岩石孔隙度的大小，主要决定于岩石的结构和构造，同岩石孔隙度的大小，主要决定于岩石的结构和构造，同时也受外力因素的影响。时也受外力因素的影响。-砾岩、砂岩等沉积岩孔隙度砾岩、砂岩等沉积岩孔隙度大。大。（4 4）岩石的含水率岩石的含水率岩石的含水率岩石的含水率（w，%）是试件在105110下烘干至恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms，g）的比值，以百分数表示。（5 5）岩石的吸水性岩石的吸水性岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水吸水性。性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和吸水率、饱和吸水率和饱水系数饱水系数。岩石吸水率岩石吸水率（wa，%）是试
5、件在大气压力和室温条件下吸入水的质量（m0-ms,g）与试件固体质量（ms，g）的比值，以百分数表示；-与孔隙度大小、孔隙张开程度有关；吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水影响显著。岩石饱和吸水率岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比值，以百分数表示。岩石饱水系数岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以百分数表示。一般岩石的饱水系数kw介于0.50.8之间。饱水系数对于判别岩石的抗冻性抗冻性具有重要意义。（6）岩石的软化性岩石的软化性 岩石受水作用后，强度和稳定性发生变化的性质称为岩
6、石的软化性。软化学性主要决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。黏土矿物含量高、孔隙度大、吸水率高的岩石，与水作用容易软化而丧失其强度和稳定性。软化性指标是软化系数(softeningcoefficient)：在数值上，等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度和在风干状态下的极限抗压强度的比，用小数表示。其值越小，表示岩石在水作用下的强度和稳定性越差。软化系数小于0.75的岩石，认为是软化性强的岩石，工程性质比较差。（7）岩石的抗冻性岩石的抗冻性(frostresistance)岩石孔隙中有水存在时，水一结冰，体积膨胀，就产生巨大的压力，由于这种压力的作用，会促使岩石的强度降低和稳定性破坏，岩石抵抗这
7、种压力作用的能力，称为岩石的抗冻性。一般用岩石在抗冻试验前后抗压强度的降低率表示。抗压强度降低率小于20%25%的岩石，认为是抗冻的，大于25%的岩石，认为是非抗冻性的。（8）岩石的膨胀性岩石的膨胀性 膨胀性膨胀性是指某些由黏土矿物组成的岩石浸水后，因黏土矿物具有较强的亲水性，致使岩石中颗粒间的水膜增厚，或者水渗入矿物晶体内部，从而引起岩石的体积或长度膨胀。表征岩石膨胀性的指标有岩石自由膨胀率、岩石侧向岩石自由膨胀率、岩石侧向约束膨胀率和岩石膨胀压力约束膨胀率和岩石膨胀压力等。岩石自由膨胀率岩石自由膨胀率（VH）是岩石试件在浸水后产生的径向变形（D，mm）和轴向变形（H，mm）分别与岩石试件直
8、径（D，mm）和高度（H，mm）之比，以百分数表示。岩石侧向约束膨胀率岩石侧向约束膨胀率（VHP）是岩石试件在有侧限条件下，轴向受有限荷载时，浸水后产生的轴向变形（H1，mm）与试件原高度（H，mm）之比，以百分数表示。岩石膨胀压力岩石膨胀压力（Ps，MPa）是岩石试件浸水后保持原体积不变所需的压力。（9）岩石的耐崩解性岩石的耐崩解性 岩石的崩解性岩石的崩解性是指由于吸水膨胀作用，致使岩石内部出现非均匀分布的应力，加之有的胶结物被溶解掉，因而造成岩石中颗粒及其集合体分散。岩石耐崩解性指数岩石耐崩解性指数（Id2，%）是试件在经过干燥和浸水两个标准循环后，试件残留的质量（mr，g）与原质量（ms
9、，g）之比，以百分数表示。岩石耐崩解性试验主要适用于黏土类岩石和风化岩石。膨胀试验仪器膨胀试验仪器岩石的主要物理性质指标岩石的主要物理性质指标（1）岩石的变形性质）岩石的变形性质岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。1）弹性变形）弹性变形岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原有的形状及体积的变形称为弹性变形弹性变形。2）塑性变形）塑性变形岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤去后不能完全恢复其原有的形状及体积的变形称为塑塑性性变形变形。3）黏性变形）黏性变形岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率d/dt是应力的函数，即，应力随着应
10、变速率d/dt的增大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形黏性变形。2、岩石的主要力学性质指标、岩石的主要力学性质指标单轴压缩条件下岩石变形特征（曲线）单轴压缩条件下岩石变形特征（曲线）应应力力应变应变单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）1）第一变形阶段为图中OA段曲线，属于微裂隙压密阶段微裂隙压密阶段，岩石中微裂隙在压力作用下逐渐被压密，岩石的应力应变曲线呈上凹形。2）第二变形阶段为图中AB段曲线，属于弹性变形阶段弹性变形阶段，岩石中微裂隙进一步闭合及压密，孔隙被压缩，因而岩石的应力应变曲线为曲型的直线形式。曲线上B点所对应的应力e为弹性极限强度或比例极限。弹
11、性极限强度或比例极限。3）第三变形阶段为图中BC段曲线，属于初初级级膨膨胀胀阶阶段段，岩石的应力应变曲线为略向下凹的曲线，该曲线上C点所对应的应力y为屈服极限屈服极限。4）第四变形阶段为图中CD段曲线，属于破破坏坏阶阶段段，岩石的应力应变曲线为较平缓的向下凹的曲线。曲线上D点所对应的应力Rc为峰值强度或单轴极限抗压强度峰值强度或单轴极限抗压强度。5）第五变形阶段为图中DE段曲线，属于峰值后的变形与峰值后的变形与 破坏阶段破坏阶段。曲线上E点所对应的应力r为残余强度残余强度。岩石的变形指标在弹性变形范围内，岩石的变形性能一般用弹性模量和泊松比两个指标表示。弹性模量(modulusofelasti
12、city)是应力和应变之比。单位“帕斯卡 Pa”。其值越大，变形越小，说明岩石抵抗变形的能力越高。岩石横向应变与纵向应变的比，称为岩石的泊松比(poissonratio)，用小数表示。泊松比越大，表示岩石受力作用后的横向变形越大。岩石的泊松比一般在0.20.4之间。通常所提供的弹性模量和泊松比的数值，只是在一定条 件下的平均值。（2）岩石的强度）岩石的强度岩石的强度岩石的强度：岩石抵抗外力破坏的能力。1）岩石的抗压强度岩石的抗压强度(compressivestrength)抗压强度抗压强度是指岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。岩石抗压强度的大小，
13、直接和岩石的结构和构造有关，同时受矿物成分和岩石生成条件的影响，差别很大。岩石抗压强度一般是在压力机（材料试验机）上对岩石试件进行加压实验测定的。2）岩石的抗剪强度(shearstrength)抗剪强度抗剪强度（）指岩石抵抗剪切破坏的能力。在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。抗剪强度指标是黏聚力c和内摩擦角。法向压应力1）抗剪断强度抗剪断强度（s）：系指试样在一定的垂直压应力（）的作用下，被剪断时的最大剪应力，剪断前试样上剪断前试样上没有破裂面没有破裂面。2）抗剪强度：抗剪强度：是沿岩石裂隙面或软弱面等发生剪切滑动时的指标，其强度大大低于抗剪断强度。3）岩石的抗拉强度(tensilestr
14、ength)岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单单轴轴抗抗拉拉强强度度，简称为抗抗拉拉强强度度。岩石的抗拉强度远小于抗压强度。目前，常用劈裂法测定岩石抗拉强度。岩石抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。岩石越坚硬，其值相差越大，软弱的岩石差别较小。岩石的抗剪强度和抗压强度，是评价岩石(岩体)稳定性的指标，是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据。岩石的力学性质指标岩石的力学性质指标MTS815.03MTS815.03伺服伺服试验试验系系统图统图试试件及件及传传感器感器图图拉伸破坏后的拉伸破坏后的试试件件单轴压缩试验破坏后的部分岩石试件单轴压缩试验破坏后的部分
15、岩石试件 3、影响岩石工程性质的因素影响岩石工程性质的因素内部因素（岩石的地质特征）（1）矿物成分）矿物成分岩石矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接影响辉长岩的比重比花岗岩大（辉石和角闪石比石英和正长石大）；石英岩抗压强度比大理岩高（？）。不能简单认为：含有高强度矿物的岩石，其强度一定就高。当岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力的传递必然会受到中间低强度矿物的影响，岩石不一定显示出高的强度。3、影响岩石工程性质的因素影响岩石工程性质的因素u矿物分布均匀，高强度矿物在岩石的结构中形成牢固的骨架，岩石强度增高。u在对岩石的工程性质进行
16、分析和评价时，应注意那些可能降低岩石强度的矿物。如花岗岩中的黑云母含量是否过高，石灰岩、砂岩中粘土类矿物的含量是否过高等。XPertMPDProx射线衍射仪射线衍射仪扫描电镜仪器扫描电镜仪器（2）结构结构根据岩石的结构特征，可将岩石分为两类：一类是结晶联结的岩石（大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩）；另一类是由胶结物联结的岩石（沉积岩中的碎屑岩）。结晶联结结晶联结：由岩浆或溶液中结晶或重结晶形成的。矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢固地固结在一起，结合力强，孔隙度小，结构致密、容重大、吸水率变化范围小，比胶结联结的岩石具有较高的强度和稳定性。一般粗粒抗压强度小于细粒的。胶结联结胶结联结：是矿
17、物碎屑由胶结物联结在一起的。其强度和稳定性主要决定于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。硅质胶结的强度和稳定性高，泥质胶结的强度和稳定性低，钙质和铁质胶结介于两者之间。胶结的三种形式胶结的三种形式（a）基底胶结（b）空隙胶结（c）接触胶结胶结联结的形式，有基底胶结、孔隙胶结和接触胶结三种。基底胶结的碎屑物质散布于胶结物中，碎屑颗粒互不接触。岩石孔隙度小，强度和稳定性完全取决于胶结物的成分。孔隙胶结的碎屑颗粒互相间直接接触，胶结物充填于碎屑间的孔隙中，所以其强度与碎屑和胶结物的成分都有关系。接触胶结则仅在碎屑的相互接触处有胶结物联结，一般孔隙度都比较大、重度小、吸水率高、
18、强度低、易透水。（3）构造构造构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性，和岩石结构的不连续性所决定的。一些强度低、易风化的矿物，多沿一定方向富集，或成条带状分布，或者成为局部的聚集体，从而使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。由于存在着层理、裂隙和各种成因的孔隙，致使岩石结构的连续性与整体性受到一定程度的影响，从而使岩石的强度和透水性在不同的方向上发生明显的差异。一般来说，垂直层面的抗压强度大于平行层面的抗压强度，平行层面的透水性大于垂直层面的透水性。外部因素（4）水水岩石被水饱和后会使岩石的强度降低。当岩石受到水的作用时，水就沿着岩石中可见和不可见的孔隙、裂隙浸
19、入。浸湿岩石全部自由表面上的矿物颗粒，并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部浸入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度降低。-石灰岩、砂岩、花岗岩等。当其他条件相同时，孔隙度大的岩石，被水饱和后其强度降低的幅度也大。水对岩石强度的影响，在一定程度内是可逆的。（5）风化风化风化：指位于地壳表面或接近于地面的岩石经受着风、电、大气降水和温度等大气营力以及生物活动等因素的影响，岩石会发生破碎或成分变化的过程。风化作用促使岩石的原有裂隙进一步扩大，并产生新的风化裂隙，使岩石矿物颗粒间的联结松散并使矿物颗粒沿解理面崩解。风化作用的这种物理过程，能促使岩石的结构、构造和整体性遭到破坏，孔隙度增大，重度减小，吸水
20、性和透水性显著增高，强度和稳定性将大为降低。随着化学过程的加强，则会引起岩石中的某些矿物发生次生变化，从根本上改变岩石原有的工程性质。岩体岩体是由结构面和结构体两部分组成的。是由结构面和结构体两部分组成的。结构面也称结构面也称不连续面不连续面，切割岩体的各种地质界面切割岩体的各种地质界面统称为统称为结构面结构面。它们是一些具有一定方向、延展较广、厚度较薄的二它们是一些具有一定方向、延展较广、厚度较薄的二维地质界面，如层面、沉积间断面、节理、断层等，维地质界面，如层面、沉积间断面、节理、断层等，也包括厚度较薄的也包括厚度较薄的软弱夹层软弱夹层。结构面在空间按不同组结构面在空间按不同组合，可将岩体
21、切割成不同形状和大小的块体，这些被合，可将岩体切割成不同形状和大小的块体，这些被结构面所围限的岩块称为结构面所围限的岩块称为结构体结构体。岩体的结构特征，岩体的结构特征，就是指岩体中结构面和结构体的形状、规模、性质及就是指岩体中结构面和结构体的形状、规模、性质及其组合关系的特征其组合关系的特征。3.5.2岩体的结构特征岩体的结构特征岩体结构示意图岩体结构示意图1)原生结构面原生结构面(1)沉积结构面沉积结构面沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积岩的层理、层面、沉积间断面及沉积软弱夹层等都属于沉积结构面沉积结构面。(2)(2)火成结构面火成结构面岩岩浆浆侵侵入入、喷喷溢溢及及
22、冷冷凝凝过过程程中中形形成成的的结结构构面面，如如流流纹纹面面、冷冷凝凝节节理理、侵侵入入体体与与围围岩岩的的接接触触面面及及岩岩浆浆间间歇歇喷喷溢溢所所形形成成的的软软弱接触面等弱接触面等。(3)(3)变质结构面变质结构面变变质质结结构构面面可可分分为为残残留留的的变变余余结结构构面面和和变变成成的的重重结结晶晶结结构构面面两两种种。前前者者为为沉沉积积岩岩浅浅变变质质所所具具有有，层层面面仍仍保保留留，但但在在层层面面上上有有绢绢云云母母、绿绿泥泥石石等等鳞鳞片片状状矿矿物物密密集集并并呈呈定定向向排排列列。重重结结晶结构面主要有片理和片麻理等。晶结构面主要有片理和片麻理等。一、结构面的成
23、因类型一、结构面的成因类型玄武岩的玄武岩的原生柱状原生柱状裂隙裂隙沉积岩的层间裂隙2)构造结构面（内动力形成的结构面）构造结构面（内动力形成的结构面）构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面构造应力作用下，于岩体中形成的断裂面、错动面(带带)、破碎带的统称。破碎带的统称。包括包括节理、劈理、断层、层间剪切带等。节理、劈理、断层、层间剪切带等。3)次生结构面（次生结构面（外动力形成的结构面）外动力形成的结构面）主主要要是是由由风风化化作作用用、卸卸荷荷及及人人类类活活动动所所形形成成的的结结构构面面，其共同特点是分布在地表或地表以下数十米的范围内。其共同特点是分布在地表或地表以下数十米的范围
24、内。构造裂隙卸荷裂隙次生缝隙：地壳运动在岩体中形成的构造裂隙，风化和卸荷作用形成的裂隙。剪节理（剪切裂隙）剪节理（剪切裂隙）岩体结构面类型及其特征岩体结构面类型及其特征河谷地区的卸荷裂隙河谷地区的卸荷裂隙(1)规规模模：结构面的规模大小相差悬殊。大者可延展数十公里，宽度可达数十米。规模小者延展仅数十厘米或数十米，甚至可以是很微小的不连续裂隙。(2 2)形形态态：结构面的形态有平直的、波状的，锯齿状的、台阶状的和不规则状的几种。它们影响抗剪强度。(3)方位方位：即结构面的产状。(4 4)密集程度（间距）密集程度（间距）：系指相邻结构面间的垂直距离，通常是指一组结构面的平均间距。表3-5(5 5)
25、连通性连通性：指在一定空间范围内的岩体中，结构面在走向、倾向方向的连通程度。连通性越差，抗剪强度越强。图3-21 二、结构面的特征二、结构面的特征(6)结构面侧壁强度结构面侧壁强度：反映结构面经受风化的程度。(7)张张开开度度：指结构面两壁间的垂直距离。结构面的张开度通常不大，一般小于1mm。通常将张开度分成下述四级：闭合的小于0.2mm；微张的为0.21.0mm；张开的为1.05.0mm；宽张的大于5.0mm。(8)(8)充充填填物物：结构面内常见的充填物有砂、粘土、角砾、岩屑及硅质、钙质、石膏质沉淀物。(9)(9)节节理理组组数数：节理组数的多少，决定了岩石块体的大小及岩体的结构类型。(1
26、0)(10)块块体体大大小小：由数组结构面切割而成的岩石块体，一般称为结构体。结构面分级分级分级间距（间距（m）20.520.10.5 0.1描述描述不发育不发育较发育较发育发育发育极发育极发育完整性完整性完整完整块状块状碎裂碎裂破碎破碎节理间距与完整性的关系节理间距与完整性的关系结构面的贯通性结构面的贯通性三、结构体的形状三、结构体的形状块体描述块体描述巨型块体巨型块体大块体大块体中等块体中等块体小块体小块体碎块体碎块体体积节理数体积节理数(裂隙数裂隙数/m3)30 结结构构体体的的大大小小，采采用用体体积积裂裂隙隙数数Jv表表示示，其其定定义义是是单单位位体体积积通通过过的的总总节节理理数
27、数(裂裂隙隙数数/m3)。根根据据体体积积节节理数，对块体大小进行分类。理数，对块体大小进行分类。岩石块体大小分类岩石块体大小分类四、软弱夹层四、软弱夹层软弱夹层软弱夹层是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥是指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较薄的的软弱岩层软弱岩层。包括：包括：岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型及泥岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型及泥型型等。等。泥化夹层的形成条件泥化夹层的形成条件：物质基础、构造作用、地下：物质基础、构造作用、地下水的作用。水的作用。五、岩体结构类型五、岩体结构类型岩体
28、结构类型示意图岩体结构类型示意图港口工程地质勘察规范的岩体结构分类方港口工程地质勘察规范的岩体结构分类方案：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂案：整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体结构等。状结构、散体结构等。不同结构类型岩体的工程地质性质：不同结构类型岩体的工程地质性质：1)整体块状结构岩体整体块状结构岩体 整体块状结构岩体结构面稀疏、延展性差、结构体块度大且常为硬质岩石，故整体强度高、变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强，所以这类岩体具有良好的工程地质性质。2)层状结构岩体层状结构岩体 层状结构岩体中结构面以层面与不密集的节理为主，结构面多闭合微张状、一般
29、风化微弱、结合力一般不强，结构体块度较大且保持着母岩岩块性质，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高。但应注意层间错动面或软弱夹层的存在。3)碎裂结构岩体碎裂结构岩体 碎裂结构岩体中节理、裂隙发育、常有泥质充填物质，结合力不强，其中层状岩体常有平行层面的软弱结构面发育，结构体块度不大，岩体完整性破坏较大。4)散体结构岩体散体结构岩体 散体结构岩体节理、裂隙很发育，岩体十分破碎，岩石手捏即碎，属于碎石土类，可按碎石土类研究。一、岩体的变形特征一、岩体的变形特征单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）单轴压缩条件下岩石变形特征（变形阶段划分）1 1）第一变形阶段为图中）第一变形阶段为图中OA段曲
30、线，属于段曲线，属于微裂隙压微裂隙压密阶段密阶段;2;2）第二变形阶段为图中）第二变形阶段为图中ABAB段曲线，属于段曲线，属于弹性变形阶段弹性变形阶段;3）第三变形阶段为图中）第三变形阶段为图中BCBC段曲线，段曲线，属于属于初级膨胀阶段初级膨胀阶段;4）第四变形阶段为图中）第四变形阶段为图中CD段段曲线，属于曲线，属于破坏阶段破坏阶段;5）第五变形阶段为图中）第五变形阶段为图中DE段曲线，属于段曲线，属于峰值后的变形与破坏阶段峰值后的变形与破坏阶段。变形指标：变形模量变形指标：变形模量E0、静弹性模量静弹性模量Ee、动弹性模动弹性模量量Ed。3岩体的主要力学特性岩体的主要力学特性岩石、岩体
31、的应力应变曲线岩石、岩体的应力应变曲线岩体压力变形曲线的三种基本类型岩体压力变形曲线的三种基本类型二、岩体的流变特征二、岩体的流变特征蠕变蠕变：指在应力一定的条件下指在应力一定的条件下,变形随时间的持续而逐渐增变形随时间的持续而逐渐增长的现象长的现象；松弛松弛：变形保持一定时，应力随时间的增长而逐变形保持一定时，应力随时间的增长而逐渐减小的现象。渐减小的现象。长期强度长期强度：出现蠕变破坏的最低应力值。出现蠕变破坏的最低应力值。1.平直光滑无充填结构面的抗剪强度平直光滑无充填结构面的抗剪强度 =tan2.粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度粗糙起伏无充填结构面的抗剪强度(1)当当法法向向应应力力较较
32、小小时时,存存在在所所谓谓的的爬爬坡坡效效应应 =tan(b+i)式中式中:b为结构面的基本摩擦角为结构面的基本摩擦角,i为齿面的起伏角。为齿面的起伏角。(2)当法向应力较大时当法向应力较大时,将剪断锯齿将剪断锯齿 =tan+c由上两式相等由上两式相等,可求得剪断时的法向应力可求得剪断时的法向应力:T=c/tan(b+i)-tan三、岩体结构面的抗剪强度三、岩体结构面的抗剪强度对于不规则起伏的结构面对于不规则起伏的结构面,据据N.R.Barton:=tanJRClog(JCS/)+b式式中中:JRC为为结结构构面面的的粗粗糙糙度度系系数数,从从平平滑滑到到最最粗粗糙糙取取020,JCS为为结结
33、构构面面两两侧侧岩岩石石的抗剪强度。的抗剪强度。3.有充填无结构面的抗剪强度有充填无结构面的抗剪强度有有充充填填无无结结构构面面的的抗抗剪剪强强度度,主主演演取取决决于于充充填物的成分填物的成分 结构结构 厚度及充填程度等。厚度及充填程度等。4岩体的天然应力状态岩体的天然应力状态地应力，也叫初始应力地应力，也叫初始应力，指工程施工前存在于岩指工程施工前存在于岩体中的应力。体中的应力。一、天然应力的组成一、天然应力的组成.自重应力自重应力;.构造应力：由构造运动产生的地应力构造应力：由构造运动产生的地应力;3.剩余应力（风化剥蚀后）及变异应力等。剩余应力（风化剥蚀后）及变异应力等。二、天然应力的
34、分布规律二、天然应力的分布规律1.三向不等空间应力场；三向不等空间应力场；2.水平应力与垂直应力的关系；水平应力与垂直应力的关系；3.水平应力的方向性；水平应力的方向性；4.河谷地区应力场河谷地区应力场。水水平平应应力力与与垂垂直直应应力力的的平平均均关关系系三、地应力的测量方法三、地应力的测量方法1.应力解除法和应力恢复法测地应力布置图应力解除法和应力恢复法测地应力布置图(1)应力恢复法应力恢复法是在岩体表面或地下洞室围岩表面预先布置好测量元件，是在岩体表面或地下洞室围岩表面预先布置好测量元件，当其旁边开槽解除岩体中的应力时，测量元件读数便发当其旁边开槽解除岩体中的应力时，测量元件读数便发生
35、变化。再把平面扁千斤顶放人槽内加压，使测量元件生变化。再把平面扁千斤顶放人槽内加压，使测量元件恢复到原来状态，恢复到原来状态，此时千斤顶的应力就是垂直槽壁方向此时千斤顶的应力就是垂直槽壁方向的应力。的应力。(2)应力解除法应力解除法1)孔壁应变法。孔壁应变法。是借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片，测量套孔应力是借助粘贴在钻孔孔壁上的电阻应变片，测量套孔应力解除前后所得的孔壁表面应变变化，据弹性理论计算岩解除前后所得的孔壁表面应变变化，据弹性理论计算岩体中某一点的三向应力的方法。体中某一点的三向应力的方法。所谓所谓套孔套孔，是指同心而，是指同心而不同直径的两个钻孔。先钻较小直径的内孔，将岩心取不同
36、直径的两个钻孔。先钻较小直径的内孔，将岩心取出，后钻较大直径的外孔，环切一圈形成环形槽，从而出，后钻较大直径的外孔，环切一圈形成环形槽，从而使岩心使岩心(中间为内孔中间为内孔)与周围岩体分离。与周围岩体分离。2)孔径变形法孔径变形法是通过测试安装在钻孔内的孔径变形计，量测套钻是通过测试安装在钻孔内的孔径变形计，量测套钻解除前后所得的钻孔孔径变化，来计算岩体内某一解除前后所得的钻孔孔径变化，来计算岩体内某一点应力的方法。点应力的方法。测求岩体某一点的空间应力，应采测求岩体某一点的空间应力，应采用三个钻孔作交会测试。用三个钻孔作交会测试。3)孔底应变法孔底应变法是通过测试在铅直孔孔底粘贴应变片，量
37、测套钻解是通过测试在铅直孔孔底粘贴应变片，量测套钻解除前后所得的岩心应变，来计算岩体内某一点应力除前后所得的岩心应变，来计算岩体内某一点应力的方法。的方法。测求岩体某一点的空间应力，应采用三个测求岩体某一点的空间应力，应采用三个钻孔作交会测试。钻孔作交会测试。是在钻孔内用两个可膨胀的橡胶封隔器将钻孔的试是在钻孔内用两个可膨胀的橡胶封隔器将钻孔的试验段隔离开来，施加水压，通过测量验段隔离开来，施加水压，通过测量(在试验水平在试验水平面面)岩石的裂隙产生传播、保持和重新开裂所需的岩石的裂隙产生传播、保持和重新开裂所需的水压力，来确定垂直于钻孔平面最大、最小主应力水压力，来确定垂直于钻孔平面最大、最
38、小主应力的方法。的方法。它们的方向，一般通过观测和测量由水压它们的方向，一般通过观测和测量由水压力导致钻孔壁面的裂隙的方位获得。这种方法是目力导致钻孔壁面的裂隙的方位获得。这种方法是目前在深孔内能确定岩体应力的唯一的一种技术。前在深孔内能确定岩体应力的唯一的一种技术。(3)水压致裂法水压致裂法2水水压压致致裂裂法法测测量量地地应应力力水压致裂法地应力测量破裂过程曲线水压致裂法地应力测量破裂过程曲线1.基坑底部的隆起、剥离破坏；基坑底部的隆起、剥离破坏；2.基坑边坡的剪切滑移；基坑边坡的剪切滑移；3.地下洞室产生大的收敛变形；地下洞室产生大的收敛变形；4.地下洞室施工过程中产生岩爆；地下洞室施工
39、过程中产生岩爆；5.边坡的倾倒变形；边坡的倾倒变形；6.对坝型选择的影响对坝型选择的影响四、地应力研究的工程意义四、地应力研究的工程意义5岩体的工程分类岩体的工程分类一、岩石质量指标一、岩石质量指标RQD分类分类岩岩石石质质量量指指标标RQD（RockQualityDesignation）是是以以修修正正的的岩岩心心采采取取率率来来确确定定的的。岩岩心心采采取取率率就就是是采采取取岩岩心心长长度度与与钻钻孔孔长长度度之之比比。而而RQD即即修修正正的的岩岩心心采采取取率率是是选选用用坚坚固固完完整整的的、其其长长度度等等于于或或大大于于10cm的的岩岩心心长长度度与与钻钻孔孔长长度度之之比比，
40、并并用用百百分分数数表表示示。根根据据岩岩石石质质量量指指标标RQD，可可分分为为很很好好的的（RQD90）、好好的的（RQD7590）、一一般般的的（RQD5075）、差差的的（RQD2550）和和很很差的（差的（RQD6060fr3030fr1515fr5fr5岩体完整程度分类注：完整性指数为岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方，选定岩体和岩块测定波速时，应注意其代表性。完整程度 完 整较完整 较破碎破 碎极破碎完整性指数 0.750.750.550.550.350.350.15 90KV+30时时应应以以RC=90KV+30和和KV代代入入上上式式 计计 算算 BQ值值；又又 当当
41、KV0.04RC+0.4时时，应应 以以KV=0.04RC+0.4和和RC代代入入上上式式计计算算BQ值值。很很明明显显，前前一一限限制制条条件件是是对对强强度度大大而而完完整整性性较较差差的的岩岩体体的的调调整整；而而后后者者是是对对完完整整性性较较好好但但强强度度较较差差的的岩岩体体的的一一种种限限制制，使使分级更合理地反映这二类岩体对稳定性的影响。分级更合理地反映这二类岩体对稳定性的影响。在此基础上可按下表确定被划分岩体的基本质量级别。在此基础上可按下表确定被划分岩体的基本质量级别。五、工程岩体分级标准五、工程岩体分级标准此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢