01岩石性质与工程分级-hao

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,*,1,岩石性质与工程分级,引子,:,井巷施工最基本的工程,破岩与井巷维护,为什么要了解岩石与岩体的物理力学性质？,为什么要对岩石进行工程分级？,1.1,概述,（,1,）岩石：由一种或多种矿物组成，每种矿物都有一定的内部结构和比较固定的化学成分 （,2,）岩石的性质：与它的矿物组成有关,（,3,）岩石的结构与构造,a,、,岩石的结构：岩石微观的组织特征,是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状之间的联结方式；,b,、,岩石的构造：岩石宏观的组织特征。,（,4,）岩体：地下工程周围较大范围内的自然地质体,（,5,）弱面：层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩抉比较,具有强度低、易变形的特点,称为弱面,（,6,）岩体与岩块的强度差异,：各向同性与各向异性,（,7,）表土：覆盖在地壳上部的第四纪沉积物,如黄土、粘土、流砂、淤泥、砾石的统称,（,8,）基岩：,表土以下的固结性岩石统称为基岩,1.2,岩石的物理性质,*岩石的组成：,由固体、水、空气三相组成,具有比重、密度、重度等指标,（,1,）比重：岩石固体实体积的质量与同体积水的质量之比（不包含空隙）,（,2,）密度：岩石单位体积,包括岩石内孔隙体积在,内,的质量，又称质量密度：,a,、,干密度：是单位体积岩石绝对干燥后的质量,b,、,湿密度：是天然含水或饱和水状态下的密度，（,3,）重度：指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度,1.2.2,岩石的空隙性,（,1,）岩石的空隙性：指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度,n,和孔隙比,e,来表示：,a,、,孔隙度,n,：,岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积之比；,b,、,孔隙比,e,：,岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体矿物体积之比。,*为什么要研究岩石的空隙性？,1.2.3,岩石的吸水率,（,1,）,吸水率,w,：,岩石试件在大气压力下吸入水的质量,g,与试件烘干质量,G,之比。,*,表,1,1,列出一些岩石的比重、密度等指标,1.2.4,岩石的碎胀性,（,1,）碎胀性：岩石破碎后因孔隙增多而总体积增大；,（,2,）碎胀系数：岩石破碎后的总体积,V,1,与原岩破 碎前体积,V,之比,*,为什么要研究岩石的碎胀性？,1.3,岩石的变形特征,*荷载（力）与应力：,*变形与应变：,*应力与应变：,1.3.1.1,静荷载下岩石变形特征,岩石在室温和大气压条件下单向压缩试验 曲线（,图,11,）,OA,段：,曲线斜率逐渐增大，称为裂隙压密闭合阶度,AB,段：,曲线近似直线；称为“线弹性阶段”，,BC,段：,曲线的斜率逐渐缩小；称为“裂隙发展阶段“，达到极限,C,CD,段,：（刚性试验机），应力随应变而下降，直至,D,。,说明什么情况？,CD,曲线的存在说明岩石在达到极限强度以后，仍然具有相当的承载能力。,1.3.1.2,动载荷下岩石变形特征,*动荷载,外荷载不是常数，而是时间的函数，如冲击凿岩和爆破落岩等，如,图,1,2,所示为凿岩机活塞冲击钎尾时，作用力随时间变化的实测曲线。从图可见，作用力在几十微秒内零骤增到数万牛顿，再经数百微秒重新下降到零。,*动荷载下岩石变形特征：,a,、,在动荷载作用下，岩石变形不是整体的均匀变形,;b,、,质点的运动速度也不是整体一致的。“变形和速度”都有一个传播的过程。,*,表,1,3,列出了几种材料的密度、纵波波速及波阻抗值。,1.3.2,岩石的强度特征,*岩石强度,在外荷载作用下岩石抵抗破坏的能力，在静、动荷载作用下的强度是不同的。,1.3.2.1,静荷载下岩石的强度性质（特征）,（,1,）静荷载下岩石大多表现为脆性破坏；,（,2,）同一种岩石的强度并非常数；,（,3,）不同受力状态下岩石的各种强度极限相差悬殊：,a,、从,荷载性质来看：,单向抗压强度,单向抗剪强度,单向抗弯强度,单向抗拉强度；,b,、,从应力状态来看：三向抗压强度,双向抗压强度,单向抗压强度；,*瞬时强度,岩石在动荷载作用下的强度，又叫动荷载强度；,*长时强度,岩石在静荷载作用下的强度的强度，又叫做静荷载强度；,表,1,5,列出了几种岩石的动静荷载强度值。,1.3.2.2,动荷载下岩石的强度特征,（,1,）外动荷载解除，质点由运动恢复到静止状态需要一个持续过程，而非立即恢复到位；,（,2,）岩石的动荷载强度（瞬时强度）大于静荷载强度（长时强度）。,1.3.3,岩石的硬度,*硬度,抵抗他物侵入的能力,根据试验方式分：,1.3.4,岩石的可钻性与可爆性,岩石的可钻性,表示岩石钻眼难易程度，是岩石的物理力学性质在钻眼条件下的总和反映；,岩石的可爆性,表示岩石爆破难易程度，是岩石的物理力学性质在爆破条件下的总和反映。,岩石的可钻性和可爆性度量,常用工艺性指标来表示,1.4,岩石的工程分级 （,p12,）,工程分级的目的,以便能正确地进行工程设计，合理地选用施工方法、施工设备、机具与器材，准确的制定生产定额和材料消耗定额等。,工程分级方法,1,）普氏分级法,苏联,M.M.,普罗托奇雅克诺夫于,1926,年提出用“坚固性”作为岩石工程分级的依据，即用一个综合性指标“坚固性系数,f”,来表示岩石破坏的相对难易程度，,f,值是用岩石的单行抗压强度,Ra,（,Mpa,）,除以,10,（,Mpa,）,求得：,根据,f,值（普氏岩石坚固性系数）的大小，将岩石分为十级共十五种（如,表,1,6,所示）,p13,*,级岩石,（最坚固，如石英、玄武岩）,普氏系数,f,20,*,级岩石,（中等坚固，如页岩）,普氏系数,f,3,4,*,级岩石,（如无烟煤）,普氏系数,f,2,*a,级岩石,（如坚固烟煤）,普氏系数,f,1.5,*,级岩石,（如软的烟煤）,普氏系数,f,1.0,*,级岩石,（如采下的煤）,普氏系数,f,0.5,2,）中国煤炭部门围岩分类法：,根据井巷锚喷支护设计与施工需要，按照煤矿岩层的特点，分为五类。如,表,1,7,所示，,P1314,类 稳定岩层：完整、坚硬，层间胶结好，,Rb,60Mpa,；,类 较稳定：完整、比较坚硬，层间胶结较好，,Rb,40,60Mpa,；,类 中等稳定：完整、中硬，夹有软弱夹层,Rb,2040Mpa,；,类 较不稳定：较软的完整岩层,Rb,20Mpa,；,类 不稳定：易风化潮解剥落的软岩和各类破碎岩层。,3,）,岩石质量指标（,R.Q.D,）,分类：,钻探时将钻孔中直接获取的长度大于,10cm,的坚硬完整岩芯的累计长度，与钻孔总进尺之比，即，,具体分类指标如下：,优质的,R.Q.D,90100,良好的,R.Q.D,7590,好的,R.Q.D,50,75,差的,R.Q.D,25,50,很差的,R.Q.D,0,25,复习思考题,（,1,）岩石与岩块的特点及其力学性质差异？,（,2,）岩石的碎胀性？在井巷工程实践中有何意义？,（,3,）静荷载下岩石的变形特征？,（,4,）动荷载下岩石的变形特征？,（,5,）岩石在动荷载下的强度特征？,（,6,）岩石的可钻性与可爆性？如何表示？,（,7,）岩石工程分级的目的与意义？,（,8,）常用岩石工程分级方法？,返回首页,