岩石的物理性质课件

2024/6/12岩石力学2.2 2.2 岩石的物理性质岩石的物理性质岩岩石石和和土土一一样样，也也是是由由固固体体、液液体体和和气气体体三三相相组成组成的。的。物物理理性性质质是是指指岩岩石石由由于于三三相相组组成成的的相相对对比比例例关关系不同系不同所表现的所表现的物理状态物理状态。1 1、岩石的密度岩石的密度2 2、岩石的孔隙性、岩石的孔隙性2024/6/12岩石力学（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度 1 1、颗粒密度颗粒密度(s s)：岩石固体部分的质量与：岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其体积的比值。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其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：含量：s s=m=ms s/V/Vs ss s为岩石的颗粒密度为岩石的颗粒密度m ms s为岩石固体部分的质量为岩石固体部分的质量V Vs s为岩石固体部分的体积为岩石固体部分的体积2024/6/12岩石力学（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度2 2、块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体、块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（密度（d d）、饱和密度（）、饱和密度（satsat）和天然密）和天然密度（度（）之分，在未指明含水状态时一般）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。指岩石的天然密度。d d=m=ms s/V /V satsat=m=msatsat/V =m/V/V =m/V2024/6/12岩石力学注意：注意：（1 1）s s与与的区别的区别 (s s)（2 2）s s与与的单位的单位 （g/cmg/cm3 3 kN/m kN/m3 3）（3 3）测测试试方方法法（s s-比比重重瓶瓶法法；-量量积积法）法）（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度2024/6/12岩石力学常见岩石的密度常见岩石的密度 岩岩 石石 名名 称称密度密度(gcm3)岩岩 石石 名名 称称密度密度(gcm3)花花 岗岗 岩岩2.522.81石石 灰灰 岩岩2.372.75闪闪 长长 岩岩2.672.96白白 云云 岩岩2.752.80辉辉 长长 岩岩2.853.12片片 麻麻 岩岩2.593.06辉辉 绿绿 岩岩2.803.11片片 岩岩2.702.90砂砂 岩岩2.172.70大大 理理 岩岩2.75左右左右页页 岩岩2.062.66板板 岩岩2.722.842024/6/12岩石力学2024/6/12岩石力学岩石的物理性质o孔隙度：孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多用多用百分数表示百分数表示)。o裂隙率：裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。积之比称裂隙率。o孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于松散土、孔隙度与裂隙率含义相同，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。石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。o一般岩石的孔隙度在一般岩石的孔隙度在0.10.1-0.350.35之间之间2024/6/12岩石力学岩石的物理性质岩石的物理性质o孔孔隙隙比比：岩岩石石中中孔孔隙隙的的体体积积与与固固体体颗颗粒粒体体积积之之比比称称岩石的孔隙比岩石的孔隙比(多以小数表示多以小数表示)o孔隙比和孔隙度孔隙比和孔隙度可以互相换算：式中：式中：e e 孔隙比孔隙比;n;n孔隙度孔隙度 密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值密度是试验指标，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。而孔隙度和孔隙比是计算指标。2024/6/12岩石力学例题：例题：o岩石的饱和密度为岩石的饱和密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3，干密度为，干密度为2.49g/cm2.49g/cm3 3，请计算岩石的孔隙比和颗粒，请计算岩石的孔隙比和颗粒密度密度2024/6/12岩石力学2024/6/12岩石力学五、岩石的水理性质五、岩石的水理性质岩石在岩石在水溶液水溶液作用下表现出来的性质，称为作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有：水理性质。主要有：1.1.吸水性吸水性 2.2.软化性软化性 3.3.抗冻性抗冻性 4.4.透水性透水性2024/6/12岩石力学（一）、岩石的吸水性（一）、岩石的吸水性岩石在一定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2024/6/12岩石力学岩岩石石的的饱饱和和吸吸水水率率(W Wp p)是是指指岩岩石石试试件件在在高高压压(一一般般压压力力为为15MPa)15MPa)或或真真空空条条件件下下吸吸入入水水的的质质量量(m(mw2w2)与与岩岩样样干干质质量量(m(ms s)之比，用百分数表示，即之比，用百分数表示，即3.3.饱水系数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、小开空隙的相对比例关系。（2 2）饱和吸水率）饱和吸水率2024/6/12岩石力学（二）、岩石的软化性（二）、岩石的软化性o岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性o软软化化系系数数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值o岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。oK KR R0.750.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好oK KR R0.750.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差2024/6/12岩石力学岩岩 石石 名名 称称软化系数软化系数岩岩 石石 名名 称称软化系数软化系数花花 岗岗 岩岩0.720.97泥泥 岩岩0.400.60闪闪 长长 岩岩0.600.80泥泥 灰灰 岩岩0.440.54辉辉 绿绿 岩岩0.330.90石石 灰灰 岩岩0.700.94流流 纹纹 岩岩0.750.95片片 麻麻 岩岩0.750.97安安 山山 岩岩0.810.91石英片岩、角闪石英片岩、角闪片岩片岩0.440.84玄玄 武武 岩岩0.300.95云母片岩、云母片岩、绿泥石片岩绿泥石片岩0.530.69凝凝 灰灰 岩岩0.520.86千千 枚枚 岩岩0.670.96砾砾 岩岩0.500.96硅硅 质质 板板 岩岩0.750.79砂砂 岩岩0.210.75泥泥 质质 板板 岩岩0.390.52页页 岩岩0.240.74石石 英英 岩岩0.940.96常常见见岩岩石石的的软软化化系系数数2024/6/12岩石力学2024/6/12岩石力学2024/6/12岩石力学常见岩石的物理性质指标值2024/6/12岩石力学（三）、岩石的抗冻性（三）、岩石的抗冻性o岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。o抗冻系数抗冻系数(R(Rd d)：岩石试件经反复冻融后的干：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度抗压强度(c2c2)与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度(c1c1)之比，用百分数表示之比，用百分数表示2024/6/12岩石力学（三）、岩石的抗冻性（三）、岩石的抗冻性o质质量量损损失失率率(K(Km m)：冻冻融融试试验验前前后后干干质质量量之之差差(m(ms1s1m ms2s2)与试验前干质量与试验前干质量(m(ms1s1)之比，以百分数表示之比，以百分数表示oR Rd d7575，K Km m2 2，抗冻性高抗冻性高o吸吸水水率率W Wa a5 5、软软化化系系数数K KR R0.750.75，饱饱水水系系数数小小于于0.80.8的岩石，抗冻性高。的岩石，抗冻性高。2024/6/12岩石力学（四）、岩石的透水性（四）、岩石的透水性o在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。性质，称为透水性。o服从线性渗流规律服从线性渗流规律达西定律，即达西定律，即 UKJ 渗透系数取决于岩石中空隙的数量、规模及连通情况等，渗透系数取决于岩石中空隙的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。并可在室内根据达西定律测定。同一种岩石，有裂隙发育时，渗流系数急剧增大，说明同一种岩石，有裂隙发育时，渗流系数急剧增大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的。空隙性对岩石透水性的影响是很大的。2024/6/12岩石力学岩石的水理性质岩石的水理性质o可可溶溶性性：是是指指岩岩石石被被水水溶溶解解的的性性能能。它它与与岩岩石石的的矿矿物成分、水中物成分、水中COCO2 2含量及水的温度等因素有关。含量及水的温度等因素有关。o膨膨胀胀性性：岩岩石石吸吸水水后后体体积积增增大大引引起起岩岩石石结结构构破破坏坏的的性能称膨胀性。性能称膨胀性。一一般般含含有有粘粘土土矿矿物物的的岩岩石石具具有有定定的的膨膨胀胀性性，特特别别是是含含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。南南昆昆铁铁路路建建设设中中，膨膨胀胀岩岩地地段段路路堑堑边边坡坡坍坍滑滑造造成成严严重重的的危害。危害。2024/6/12岩石力学岩石的水理性质岩石的水理性质o崩解性：崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解的岩石和土，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。短时间内即发生崩解。o我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即崩解，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。全部崩解了。2024/6/12岩石力学泡水前岩石：完整坚硬泡水前岩石：完整坚硬泡水后岩石：水化分散泡水后岩石：水化分散2024/6/12岩石力学第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质1.什么是岩石的热学性质？什么是岩石的热学性质？2.为什么要研究岩石的热学性质？为什么要研究岩石的热学性质？3.在岩体力学中，常用的热学性质指标有在岩体力学中，常用的热学性质指标有 哪些？如何定量描述？哪些？如何定量描述？2024/6/12岩石力学第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质研究表明，研究表明，岩石内或岩石与外界的热交换方式主岩石内或岩石与外界的热交换方式主要有要有传导热、对流传热传导热、对流传热及及辐射传热辐射传热等几种。其交换等几种。其交换过程中的能量转换与守恒服从热力学原理。在以上过程中的能量转换与守恒服从热力学原理。在以上几种热交换方式中，以几种热交换方式中，以热传导热传导传热最为普遍控制着传热最为普遍控制着几乎整个地壳岩石的传热状态，对流传热主要在地几乎整个地壳岩石的传热状态，对流传热主要在地下水渗流带内进行。辐射传热仅发生在地表面。下水渗流带内进行。辐射传热仅发生在地表面。2024/6/12岩石力学第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质研究岩石的力学性质，在深埋隧洞、高寒地区及研究岩石的力学性质，在深埋隧洞、高寒地区及低温异常地区的工程建设、地热开发以及核肥料低温异常地区的工程建设、地热开发以及核肥料处理和石质文物保护中都具有重要的实际意义。处理和石质文物保护中都具有重要的实际意义。在岩体力学中，常用的热学性质指标有：在岩体力学中，常用的热学性质指标有：比热容、比热容、导热系数、热扩散率导热系数、热扩散率和和热膨胀系数热膨胀系数。2024/6/12岩石力学第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质一、岩石的比热容一、岩石的比热容岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性如果设岩石温度由如果设岩石温度由T1升高至升高至T2所需要的热量为：所需要的热量为：C（J/kgK）即为比热容，是表征岩石热容性的指标即为比热容，是表征岩石热容性的指标 2024/6/12岩石力学影响岩石比热容的因素：影响岩石比热容的因素：矿物组成、有机质含量矿物组成、有机质含量、含水状态。、含水状态。常见矿物的比热容多为常见矿物的比热容多为常见矿物的比热容多为常见矿物的比热容多为（0.70.71.21.2）10103 3J/kgJ/kg K K第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质多孔含水岩石比热容计算：多孔含水岩石比热容计算：式中：式中：C Cd d 和和C Cw w 分别为干燥岩石和水的比热容，分别为干燥岩石和水的比热容，x x1 1和和x x2 2分别为岩石干重和水重。分别为岩石干重和水重。2024/6/12岩石力学第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质二、岩石的导热系数二、岩石的导热系数岩石传导热量的能力，称为热传导性，常用导热系岩石传导热量的能力，称为热传导性，常用导热系数来表示。数来表示。研究表明，岩石的比热容（研究表明，岩石的比热容（C）与导热系数（）与导热系数（k）间存在如下关系：间存在如下关系：2024/6/12岩石力学三、岩石的热膨胀系数三、岩石的热膨胀系数岩石在温度升高时体积膨胀，温度降低时体积收岩石在温度升高时体积膨胀，温度降低时体积收缩的性质，成为岩石的膨胀性，用缩的性质，成为岩石的膨胀性，用线膨胀（收缩）线膨胀（收缩）系数系数或或体膨胀（收缩）系数体膨胀（收缩）系数来表示。来表示。第三节第三节 岩石的热学性质岩石的热学性质