第4章 岩石的变形与强度特性(1)
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岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一,也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度:天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准:《工程岩体试验方法标准》(GB/T 50266-99)。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体,是天然地质作用的产物,一般而言,大部分新鲜岩石质地均坚硬致密,空隙小而少,抗水性强,透水性弱,力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言,岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成:由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有:正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响,各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物(及岩屑)颗粒相互之间的关系,包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面(即内部缺陷)。
其中,以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结:岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起,如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触,故岩石强度一般较大,但随结构的不同而有一定的差异。
第四章岩石的强度岩石强度是岩石的一种重要的力学特性。
是指岩石抵抗载荷(外力)而不受屈服或破裂的能力,是岩石承受外力的极限应力值。
岩石受力后会发生变形,一旦应力达到岩石的极限应力值,岩石就会发生破坏。
在岩石强度应力值之前,存在屈服点(应变明显增大,而应力不再需要明显增大时的应力),超过屈服点和达到极限强度(岩石破裂要达到的最大应力值)前,一般仍有一些抵抗应变而恢复原形的能力,但达到极限强度后岩石破裂,就完全失去恢复能力。
通常所讲的岩石强度,一般是指岩石样件的测量强度,它仅代表岩体内岩块的强度,不能代表整个岩体的强度。
但在涉及岩石强度的工程问题中,一般是针对岩体的强度,而岩体往往包含一些软弱的结构面。
几组软弱结构面可以将岩体分割成各种形状和大小不同的岩块。
因此,岩体的强度取决于这些岩块强度和结构面的强度,岩块内微结构面的作用将直接反映到岩石的力学性质上。
岩石受力方式的不同,表现出的强度特性不尽相同。
如在张力、压力和剪切力的作用下,同种岩石会呈现出不同的强度特性。
因此岩石具有抗张、抗压和抗剪切强度等之分。
岩石受力条件的不同,可表现出变形、破裂、蠕变等现象,这些现象有着一定的规律性。
岩石的强度是衡量岩石基本力学性质的重要指标,是建立岩石破坏判据的重要指标,还可估计其他力学参数。
岩石的这些力学特性广泛用于建筑行业、水利水电工程、地质灾害研究与预防、断裂构造研究等方面。
4.1影响岩石强度的主要因素1)岩石成分和结构组成岩石的矿物种类及含量、矿物颗粒大小、固结程度、胶结物种类、矿物形态与分布等均影响到岩石的各种强度。
固结程度高、硅质胶结、细粒、交错结构的强度大。
2)岩石中不连续面和间断面岩石中微裂缝、微小断裂、节理层理等的发育程度和分布情况直接影响到岩石的强度,这些不连续或间断面会降低岩石在不同方向上的强度。
3)岩石孔隙度及流体性状岩石的孔隙度以及其中所含流体种类、饱和度、渗透率等因素以较复杂的关系影响着岩石强度。
岩石的变形与强度特征
岩石的变形特征指的是岩石在外力作用下发生形变的能力和方式。
岩石的变形特征可以分为弹性变形、塑性变形和破裂变形。
弹性变形是指岩石受到外力作用后,在力消失后能够恢复原状的能力。
在弹性变形过程中,岩石的分子或晶粒发生微小的变形,但岩石体整体保持无残余变形。
弹性变形是岩石的初始变形阶段,也是岩石的应力-应变关系呈线性的阶段。
塑性变形是指岩石在受到外力作用时,发生可见的变形,并且在力消失后不能完全回复原状的能力。
岩石发生塑性变形时,其分子或晶粒会发生较大的变形,导致岩石内部产生残余变形。
塑性变形是岩石的中等和后期变形阶段,其应力-应变关系呈
非线性。
破裂变形是指岩石在受到较大外力作用或超过岩石强度极限时发生的变形。
在破裂变形过程中,岩石会发生明显的断裂和破碎,并且通常伴随着能量的释放。
岩石的破裂变形是岩石的破坏阶段,岩石在此阶段往往失去了承载能力。
岩石的强度特征指的是岩石承受外力时的力学性能。
岩石的强度特征包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、硬度和韧性等。
不同类型的岩石具有不同的强度特征,例如,花岗岩具有高抗压强度和硬度,而粘土具有较低的抗压强度和硬度。
岩石的强度特征是评价岩石工程性质的重要指标,在岩石工程设计和施工中具有重要的意义。