岩石的物理性质与变形性质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、岩石的物理性质,天然容重,干容重,W-岩石试件的重量,V-岩石试件的体积,1、容重,饱和容重,研究意义,1-岩石致密程度分析,2-岩体开挖方式选择定性分析,一、岩石的物理性质,是指岩石中孔隙体积与岩石总体积之比，以百分率表示。,2、孔隙性,含 义,孔隙率度,瓦斯灾害和瓦斯资源开采,表达指标,孔隙比,研究意义,矿井水害防治研究,一、岩石的物理性质,是指岩石被流体介质通过的能力。表达孔隙和裂隙之间的贯穿程度。,孔隙性,含 义,瓦斯灾害和瓦斯资源开采,研究领域,矿井水害防治研究,渗透性,渗透率,国内外及现场,研究与应用现状,一、岩石的物理性质,是指岩石的吸水性能。,3、吸水性,含 义,岩石的吸水性对岩石的物理力学性质均有较大影响,研究原因,吸水率是指岩石试件在一个大气压和室温条件下自由吸入水的质量与试件干质量之比。,饱和吸水率是指岩石试件在高压一般为15MPa或真空条件下吸入水的质量与岩石试样干质量之比。,饱水系数是指其吸水率与饱和吸水率之比。它是评价岩石抗冻性的指标。,常用指标,一、岩石的物理性质,是指岩石被水透过的性质。,4、透水性,含 义,边坡稳定,研究意义,围岩稳定,坝体稳定,地下污染,水害防治,一、岩石的物理性质,是指岩石遇水之后强度降低的性质。,5、软化性,含 义,软化系数是指岩石饱水抗压强度与干抗压强度之比。,研究意义,大面积来压防治,硬质煤开采,冲击地压防治,表征指标,一、岩石的物理性质,是指岩石抵抗冻融破坏的性质 。,6、抗冻性,含 义,抗冻系数,是指岩石冻融实验后干抗压强度与冻融前干抗压强度之比。,研究意义,地表建筑根底选材,护坡石材选择,井筒防冻技术措施,表征指标,一、岩石的物理性质,前者是指软岩浸水后体积增大和相应地引起压力增大的性能，后者是指软岩浸水后，由于其内部亲水性物质分布不均匀，导致吸水后内部局部体积膨胀不均匀，从而形成内部膨胀裂隙，在裂隙发生相互贯穿时便导致岩石解体的现象。,7、膨胀性和崩解性,含 义,研究意义,软岩控制技术研究,一、岩石的物理性质,岩石的碎胀性是指破碎后的岩石较破碎前的岩石其体积增大的性质，而岩石的压实性是指岩石破碎后在外力作用下，随着时间的推移能够逐步被重新压实的性质。,8、碎胀性和压实性,含 义,研究意义,采场围岩控制技术,三带高度确定,高位钻场参数确定,采空区上方煤层开采,三下开采研究,二、岩石的力学性质,变形性质,所含内容,强度性质,含 义,岩石在外力作用下的力学响应。,三、岩石的单向压缩变形,变形阶段, 微裂隙及孔隙闭合阶段。, 可恢复弹性变形阶段。, 局部弹性变形至微裂隙扩展阶段。, 非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段。, 微裂隙聚结与扩展阶段。, 沿破断面滑移阶段。,几种典型变形曲线,- 弹性 - 弹-塑性,类型弹性表现为近似于直线的特点，直到发生突发性破坏。这是玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云岩及坚硬石灰岩等的特征变形曲线。,类型弹-塑性，开始为直线，末端出现非弹性屈服段。较软而少裂隙的岩石，如石灰岩、粉砂岩和凝灰岩等常呈这种变形曲线。,几种典型变形曲线,- 塑-弹性,类型塑-弹性，开始为上凹型曲线，然后转变为直线。坚硬而裂隙较发育的岩石，如砂岩、花岗岩等，在垂直微裂隙方向加载时常具有这种变形曲线。,几种典型变形曲线,- 塑-弹-塑性 - 塑-弹-塑性,类型和类型塑-弹-塑性为S型曲线。曲线中段的斜率大小与岩性软硬程度有关。岩性较软且含有微裂隙者，如片麻岩、大理岩和片岩等常具有这种变形特性。,几种典型变形曲线,- 弹-塑-蠕变性,类型弹-塑-蠕变性，开始为直线，很快变为非线性变形和连续缓慢的蠕变变形，是岩盐和其它蒸发岩的特征变形曲线。,四、循环载荷条件下的岩石变形特征,1、弹性段卸载,当在同一载荷条件下对试件加载、卸载时，如果卸载点的应力低于岩石的弹性极限，那么卸载曲线将根本上沿加载曲线回到原点，表现为弹性恢复，没有剩余应变。但不同的岩石，又分为三种情况,a 线弹性 b 完全弹性非线性弹性 c 滞弹性,2、塑性段加卸载,、恒载条件下加卸载,【说明】,岩石经过屡次加载、卸载后，越易呈现弹性性质。,、变量重复加、卸载,前一级卸载与后一级加载之间，出现回滞环，说明了卸载时弹性变形恢复的滞后现象。,如果每级卸载后的下一级加载量有规律地递增，那么各级峰值应力连线根本呈现一有规律的直线或曲线，并且其形态与前述逐级加载下的应力-应变曲线相似；与恒量重复加载、卸载一样，最初应力-应变曲线很弯曲，越后越近似直线；各级相邻两加载、卸载的应力-应变曲线，分别近似平行。,五、,岩石的变形参数,岩石的变形特征可用变形模量和泊松比两个根本参数表示,1变形模量 ：指岩石在单向受压时，轴向应力与轴向应变之比。又称为弹性模量。,直线关系,切线模量：是指曲线中段直线的斜率。,曲线关系,初始模量：是指曲线原点处的切线斜率。,割线模量：是指曲线上某特定点与原点连线的斜率。通常取相当于抗压强度50%的应变点与原点连线的斜率。,变形模量：,卸载点在弹性极限点以外的应力-应变曲线,对于卸载点的应力高于弹性极限时，那么卸载曲线从原来的加载曲线偏离出来。,假设能恢复的弹性变形为：,不能恢复的塑性变形为：,那么岩石的：,弹性模量：,2泊松比,是指岩石在单向受压时，横向应变 与轴向应变 之比，即：,在实际工作中，常采用抗压强度的50%的应变点的横向应变与轴向应变来计算泊松比,六、三轴压缩条件下岩石的变形性质,不等压或真三轴实验：,不同围压下大理岩的应力-应变曲线,假三轴或常规三轴实验：,岩石在三轴压缩条件下，随着围压的增加其变形特征如下：,1弹性段的斜率变化不大，其相应的变形参数与单轴压缩条件下根本相等；,2某些岩石在一定侧压下，出现屈服平台或塑性流动现象；,3屈服极限、强化程度、韧性峰值时的极限应变量及强度峰值，都与侧压大小成正变。,研究意义,弹性模量实验确定,提高围岩抗破坏能力措施,