（知识点）第十九章岩石和岩体第一节岩石的基本物理指标

第十九章岩体和岩石 #

第一节岩体一、岩石的基本化学性质

岩体的硬度规律：结晶连结＞胶结连结； #

结晶连结中：等粒结晶结构＞非等粒结晶结构；泥岩结晶结构＞粗粒结晶结构； #

胶结连结中：硅质、铁质胶结＞固醇胶结＞泥质胶结。

二、岩石的基本化学指标1、质量指标 #

天然密度

饱和密度

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干密度 #

相对密度（＝干品质/密实体积/水密度）

通常而言，密度（轻度）越大，电学功耗越好。

2、孔隙指标 #

孔隙比

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孔隙率

3、水理性质 #

含水率 #

吸水率 #

4、渗透指标 #

渗透系数K。渗透系数不但受渗透水压强大小的影响，还受挠度状态的影响。 #

5、抗风化指标 #

（1）软化系数 #

η＝饱和时单轴抗拉硬度/烘干时单轴抗拉硬度，此值必大于1。η＞0.75为抗风化强的岩体，η＜0.75为抗风化能力弱的岩体。

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（2）耐溃散系数 #

＝实验后残留岩体干燥品质/实验前岩体干燥品质。

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6、膨胀性指标

（1）自由膨胀率：无约束条件，原试件浸水后容积膨胀量与原试件容积的比值。

（2）侧限膨胀率：侧向约束下，原试件浸水后容积膨胀量与原试件容积的比值。 #

（3）膨胀压力：试件浸水后，使试件保持原有容积所需施加的压力。

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三、岩石的单轴压缩实验 #

实验机的挠度不影响单轴抗拉硬度峰值的大小，只影响峰后区试件是否爆裂。摆脱爆裂现象的主要途径有：增加实验机的挠度，改变峰值前后的读取模式，通过伺服控制方法控制试件位移等。 #

1、峰前区岩体的变型特性 #

岩体变型特征有：弹性、塑性、粘性。

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弹性：变型可恢复的部份。

塑性：变型不可恢复的部份。 #

黏度：受力后的变型不能顿时完成，应变速度随挠度变大而加强的性质。 #

峰值前挠度与应变曲线界定为6类：

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类别

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曲线特征

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岩体类别 #

类别Ⅰ #

弹延性

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近似直线关系的变型特性，直至发生突发性破坏，以弹性变型为主。 #

坚固、极锋利岩体，如花岗岩、石英岩、辉绿岩等。

类别Ⅱ #

弹塑性 #

开始为直线，至末端则出现非线性屈服段。

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较坚固而少节理的岩体强风化岩石密度会变吗，如石灰岩、砂砾岩和凝灰岩等。 #

类别Ⅲ

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塑弹性 #

开始为上凹型曲线，此后变为直线，直至破坏，没有显著的屈服段。

坚固而有节理发育的岩体如板岩、砂岩及垂直片理加荷的片岩等。 #

类别Ⅳ #

塑弹

塑性 #

中部很陡的S形曲线。 #

这些坚固地层（如大理岩和片麻岩）。 #

类别Ⅴ #

塑弹

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塑性 #

中部较缓的S形曲线。

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这些压缩性较高的岩体如平行片理施加载荷的片岩。 #

类别Ⅵ

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弹粘 #

塑性

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开始为一很小的直线段，此后就出现不断下降的塑性变型和应力变型。

盐岩等蒸发岩、极软岩。

2、岩石按峰值后稳定性分类 #

按照岩体的全挠度—应变关系曲线，把岩体的破坏界定为两种类别： #

第Ⅰ类岩体：稳定破裂传播型。峰后所存储的应变能不能使断裂继续发展，只有再提高剑法能够使试件逐步损坏，但是其承载能力相应增加，峰后岩体仍保持部份硬度，然而，岩体的破坏可以控制，属于稳定型破坏。 #

第Ⅱ类岩体：非稳定破裂传播型。在峰后段，但是外力不对试件做功，试件中所存储的能量也能使破裂继续发展，并最终致使整个试件的破坏，岩体的破坏难以控制，属于非稳定型破坏。

3、循环载荷作用条件下岩体的变型特性 #

弹性后效：多数岩体的大部份弹性变型在土体后能很快恢复，而小部份（10%～20%）须经一段时间才会恢复，这些现象称为弹性后效。 #

疲劳硬度：用一定的挠度反复读取、卸荷，岩体可发生破坏，此挠度称为疲劳硬度。它比岩体单轴抗拉硬度低，且与循环持续时间等诱因有关。 #

4、岩石的破坏过程

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按照岩体的变型，把全挠度－应变关系曲线分成6个阶段：

阶段 #

曲线特征

成因剖析 #

OA段

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挠度平缓减小，曲线朝上凹。

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岩体试件内部原有节理渐渐被压缩闭合而形成非线性变型，若换向至零，此变型可全部恢复，因而阶段属于弹性变型阶段。

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AB段

曲线近似直线。 #

挠度与应变呈线性关系，试件结构无显著变化，属于线弹性变型阶段。

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BC段 #

曲线开始从直线偏离，出现较小的非线性变型。换向后，此变型不能完全恢复。 #

试件开始出现不可逆变型（塑性变型）。从B点开始，试件内开始出现一些孤立的垂直于最大主挠度方向的微节理且人数日渐增多，说明岩体的破坏早已开始。 #

CD段 #

非线性变型继续减小，在D点挠度出现峰值。

岩体内部裂痕产生速率加速、密度加强，在D点达到岩体的最大承载能力。

DE段

变型继续减小，岩体的承载能力开始减少，表现出应变软化的特点。 #

岩体内部的微裂痕日益贯通，产生宏观裂痕强风化岩石密度会变吗，使岩体的硬度渐渐减少。 #

E后段 #

岩体沿宏观断裂面开始滑动，硬度不再增加，但变型不断减小。此刻岩体的硬度为残余硬度。 #

5、岩石破坏过程中的容积变型

岩体在压挠度作用下会形成容积变型，表现为先缩后胀。容积先缩小，在岩体开始出现塑性变型时容积开始减小。成因是岩体中开始出现大量新形成微裂缝。 #

6、非线性弹性岩体的挠度的三种定义方式 #

切线挠度：把挠度水平等于二分之一抗拉硬度时的切线斜率作为岩体的弹性泊松比。 #

割线挠度：把挠度水平等于二分之一抗拉硬度时的割线斜率作为岩体的弹性泊松比。 #

平均挠度：把挠度－应变曲线峰前段近似直线段的平均斜率作为岩体的弹性泊松比。

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四、岩石的三向压缩实验1、常规三轴抗拉实验（假三轴实验）

三向受压时岩体的变型特征 #

（1）双向挠度状态下，试件在变型不大的状况下就发生延性破坏。

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（2）随着围压的减小，岩体在破坏原先的总应变量也急剧减小，并且主要是塑性变型的变型量减小。当围压减小到一定范围之后，岩体变型就成为典型的塑性流动。这说明了岩体的变型和破坏的性质会随着挠度状态的变化而变化。 #

（3）当主挠度差较小时，岩体变型符合弹性阶段特点；主挠度差超过了某一范围时，岩体变型转为符合塑性变型的特点。 #

（4）在三向压缩状况下，剪胀现象将随着围压的减小而日渐减低，当围压超出了某个值之后，剪胀现象将要消失。这是因为围压限制了试件的纵向膨胀。 #

（5）随着围压的增加，岩体将由延性材料逐步变为脆性材料，表现出显著的塑性流动特性。为此，不能简略地说岩体属于延性材料。

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2、真三轴压缩实验

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略。

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五、岩石的流变性

岩体的流变性：岩体变型随时间的延长而表现下来的类似粘滞流体流动方面的特点。可通过溶胀实验、应力下垂实验两种方式测量。

应力：在恒定挠度或恒定挠度差的作用下，变型随时间而下降的现象。岩体的应力分为稳定土体（趋近一个极限值并稳定）与不稳定土体（持续下降直到破坏）两类。不稳定土体分三个阶段：过渡应力（先快后慢，趋向匀速）、匀速应力、加速应力（应力推进直到破坏）。因为缺相造成的磨蚀发展台造成破坏，所以在处理岩体安装工程问题时要非常重视时间性，尽或许地推动安装工程进度。 #

挠度下垂：应变保持恒定时，蠕变随时间延长而日渐增加的现象。

弹性后效：读取或卸载时，弹性变型滞后于蠕变的现象。

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六、岩石的硬度准则（破坏条件）1、莫尔准则 #

假定：材料内某一点的破坏主要决定于它的最大主挠度和最小主蠕变，与后边主挠度无关。 #

莫尔硬度包络线的主要特点：在正挠度较小的范围内，其曲线斜率较陡；在较大的正挠曲作用下，其斜率将加剧。

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2、库仑准则 #

该准则觉得岩体的破坏属于压剪破坏，发生在某一称为破坏面上的平面上，剪切破坏力的一部份拿来摆脱与正挠度无关的黏结力，使材料颗粒间脱离关系，另一部份拿来摆脱与正挠度成反比的磨擦力，使面间发生错动而最终破坏。

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3、Hoek-Brown准则

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除了属于非线性硬度准则，并且能够同时考虑岩体的剪切破坏和拉裂破坏，可适于任何挠度条件下的硬度估算。该准则才能精确地给出岩体的单轴抗压硬度、抗压硬度，与实验结果的吻合程度较高，是现今最符合岩体硬度特征的准则之一。 #

4、格里菲斯硬度准则 #

不论什么挠度状态，材料都是因开裂尖端附近达到极限拉蠕变而破裂，即材料的破坏成因与挠度状态无关，都是拉伸破坏。该准则不能作为岩体的硬度准则。 #

七、其他 #

点弯矩实验是一种适用于现场的迅速试验方式，可迅速荣获岩体的点弯矩硬度指标，间接表征岩体的锋利程度、抗压硬度、抗拉硬度、风化程度，应供广泛。

RQD只好反映岩石中的基岩节理发育程度，不能表征岩体的硬度大小等热学功耗。

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三轴抗拉硬度和模委比，也只好反应岩体的某项电学功耗，不能据此计算岩体的其他硬度大小。

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