1、岩石力学全册配套最完整岩石力学全册配套最完整 精品课件精品课件1 岩体力学岩体力学 高等学校土木工程专业 先修课程：先修课程：材料力学、理论力学、工程地质学等材料力学、理论力学、工程地质学等 后续课程：后续课程：隧道工程、地铁工程、道路边坡工程等隧道工程、地铁工程、道路边坡工程等 适用专业：适用专业：土木工程土木工程 课程设置：课程设置：课内总学时课内总学时:36:36 课程考核：课程考核：平时作业、上课纪律：平时作业、上课纪律：2020分；课程论文：分；课程论文：8080分。分。 隧隧 道道地地 铁铁道路边坡道路边坡 绪绪 论论 课程性质和任务课程性质和任务 性质：性质：土木工程专业技术基础
2、必修课程。土木工程专业技术基础必修课程。 任务：任务：学习岩石的基本力学性质、实验研究方法、岩体的质量评价方法学习岩石的基本力学性质、实验研究方法、岩体的质量评价方法 及其分类理论、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和及其分类理论、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和 强度理论。在此基础上学习岩石地下工程和边坡工程中岩体稳定强度理论。在此基础上学习岩石地下工程和边坡工程中岩体稳定 性的分析评价及加固处理理论和方法。性的分析评价及加固处理理论和方法。 绪绪 论论 课程教学基本要求课程教学基本要求 课程重点：课程重点：岩石的基本力学性质及其实验研究方法、岩体的质量评价及岩石的基本力学性
3、质及其实验研究方法、岩体的质量评价及 其分类理论方法、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和强度其分类理论方法、地应力及其测量理论和方法、岩石的流变理论和强度 理论、岩石地下工程、岩石边坡工程。理论、岩石地下工程、岩石边坡工程。 课程难点：课程难点：岩石的流变理论和强度理论、节理面的力学性质，岩体工程岩石的流变理论和强度理论、节理面的力学性质，岩体工程 分析评价理论和方法。分析评价理论和方法。 能力培养要求：能力培养要求：岩石力学的实验技能，岩石力学的研究方法，地下工程岩石力学的实验技能，岩石力学的研究方法，地下工程 和边坡工程中岩体稳定性的分析评价及加固处理理论和方法。和边坡工程中岩体稳
4、定性的分析评价及加固处理理论和方法。 绪绪 论论 绪绪 论论 岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性 和实践性很强的应用基础学科。和实践性很强的应用基础学科。 岩石力学岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的 一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。（一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。（19661966年，美国年，美国 科学院岩石力学委员会定义）科学院岩石力学委员会定义） 经验与理论相结合经验与理论相结合才是学习岩石
5、力学的科学做法。才是学习岩石力学的科学做法。 （）初始阶段（）初始阶段（1919世纪末世纪末2020世纪初）世纪初） 19121912，瑞典，海姆，提出了静水压力的理论。，瑞典，海姆，提出了静水压力的理论。 19261926，苏联，金尼克，苏联，金尼克，基于弹性力学理论提出了只有垂直压力等基于弹性力学理论提出了只有垂直压力等 于于 H H，而水平压力应为，而水平压力应为 H H乘一个侧压系数，即乘一个侧压系数，即 H H 一、岩石力学的发展历史和概貌一、岩石力学的发展历史和概貌 （）经验理论阶段（）经验理论阶段（2020世纪初世纪初3030年代年代） 最有代表性的理论，苏联，普罗托吉雅柯诺夫，
6、自然平衡拱学说，最有代表性的理论，苏联，普罗托吉雅柯诺夫，自然平衡拱学说， 即即普氏理论普氏理论。 太沙基，提出相同的理论，只是认为塌落拱的形状是矩形，而不太沙基，提出相同的理论，只是认为塌落拱的形状是矩形，而不 是抛物线型。是抛物线型。 （）经典理论阶段（）经典理论阶段（2020世纪世纪3030年代年代6060年代）年代） 弹性力学和塑性力学被引入岩石力学，标志岩石力学已经形成了弹性力学和塑性力学被引入岩石力学，标志岩石力学已经形成了 一门独立的学科。形成了一门独立的学科。形成了“连续介质理论连续介质理论”和和“地质力学理论地质力学理论”两大两大 学派。学派。 连续介质理论是以固体力学作为基
7、础，从材料的基本力学性质出连续介质理论是以固体力学作为基础，从材料的基本力学性质出 发来认识岩石工程的稳定问题。发来认识岩石工程的稳定问题。 连续介质理论连续介质理论存在的问题存在的问题：1 1）边界加载远处的位移大，而开挖）边界加载远处的位移大，而开挖 体内边缘位移小。体内边缘位移小。2 2）传统连续介质理论过分注重对岩石）传统连续介质理论过分注重对岩石“材料材料”的研的研 究，追求准而又准的究，追求准而又准的“本构关系本构关系”。3 3）连续介质理论的计算方法只适）连续介质理论的计算方法只适 用于圆形巷道。用于圆形巷道。 一、岩石力学的发展历史和概貌一、岩石力学的发展历史和概貌 （）经典理
8、论阶段（）经典理论阶段（2020世纪世纪3030年代年代6060年代）年代） 地质力学理论注重研究地层结构与力学和岩石工程稳定性的关系。地质力学理论注重研究地层结构与力学和岩石工程稳定性的关系。 19511951年年6 6月在奥地利成立了以斯梯尼（月在奥地利成立了以斯梯尼（J.StiniJ.Stini）和米勒）和米勒(L.M(L.Mller)ller) 为首的为首的“地质力学研究组地质力学研究组”，在萨尔茨堡举行了第一届地质力学讨论会，在萨尔茨堡举行了第一届地质力学讨论会， 形成了形成了“奥地利学派奥地利学派”，提出了著名的，提出了著名的“新奥法新奥法”。 地质力学地质力学理论的缺陷理论的缺陷
9、：1 1）是过分强调节理、裂隙的作用，过分依）是过分强调节理、裂隙的作用，过分依 赖经验，而忽视理论的指导作用。赖经验，而忽视理论的指导作用。2 2）该理论完全反对把岩体作为连续）该理论完全反对把岩体作为连续 介质看待，也是不正确的和有害的，这种认识阻碍现代数学力学理论在介质看待，也是不正确的和有害的，这种认识阻碍现代数学力学理论在 岩石工程中的应用。岩石工程中的应用。 一、岩石力学的发展历史和概貌一、岩石力学的发展历史和概貌 （）现代发展阶段（）现代发展阶段（2020世纪世纪6060年代年代现在）现在） 多手段、多方法、多学科应用到岩石力学的研究中来。多手段、多方法、多学科应用到岩石力学的研
10、究中来。 认为：岩石工程是一个认为：岩石工程是一个“人人地地”系统，用系统论的方法来进行岩系统，用系统论的方法来进行岩 石力学与工程的研究。石力学与工程的研究。 一、岩石力学的发展历史和概貌一、岩石力学的发展历史和概貌 从从“材料材料”概念到概念到“不连续介质概念不连续介质概念”是现代岩石力学的第一步飞是现代岩石力学的第一步飞 跃；跃； 引入电子计算机（快速计算），进入计算力学阶段是第二步飞跃；引入电子计算机（快速计算），进入计算力学阶段是第二步飞跃； 而非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用阶段，则是而非线性理论、不确定性理论和系统科学理论进入实用阶段，则是 岩石力学理论研究及工程应
11、用的第三步意义更为重大的飞跃。岩石力学理论研究及工程应用的第三步意义更为重大的飞跃。 二、岩石力学的基本研究内容和研究方法二、岩石力学的基本研究内容和研究方法 1.1.研究内容研究内容 (1)(1)岩石、岩体的地质特征岩石、岩体的地质特征 (2)(2)岩石的物理、水理与热力学性质岩石的物理、水理与热力学性质 (3)(3)岩石的基本力学性质岩石的基本力学性质 (4)(4)结构面力学性质结构面力学性质 (5)(5)岩体力学性质岩体力学性质 (6)(6)原岩应力原岩应力( (地应力地应力) )分布规律及其测量理论与方法分布规律及其测量理论与方法 (7)(7)工程岩体的稳定性工程岩体的稳定性 (8)(
12、8)岩石工程稳定性维护技术岩石工程稳定性维护技术 (9)(9)各种新技术、新方法与新理论在岩石力学中的应用各种新技术、新方法与新理论在岩石力学中的应用 (10)(10)工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术工程岩体的模型、模拟试验及原位监测技术 二、岩石力学的基本研究内容和研究方法二、岩石力学的基本研究内容和研究方法 2.2.研究方法研究方法 (1)(1)工程地质研究方法工程地质研究方法 (2)(2)科学实验方法科学实验方法 (3)(3)数学力学分析方法数学力学分析方法 (4)(4)整体综合分析方法整体综合分析方法 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （1 1）水利水电工程）
13、水利水电工程 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （2 2）采矿工程）采矿工程 （3 3）铁道和公路建设工程）铁道和公路建设工程 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （4 4）土木建筑工程）土木建筑工程 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （5 5）石油工程）石油工程 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （6 6）海洋勘探与开发工程）海洋勘探与开发工程 Yucca Mountain, Nevada, USA 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （7 7）核电站建设中核废料处理技术）核电站建设中核废料处理技
14、术 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （8 8）地层热能资源开发技术问题）地层热能资源开发技术问题 Wairakei geothermal power station, New Zealand 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （9 9）地震预报中的岩石力学问题）地震预报中的岩石力学问题 三、岩石力学研究的主要问题三、岩石力学研究的主要问题 （9 9）地震预报中的岩石力学问题）地震预报中的岩石力学问题 随着岩石工程建设的发展，还会有新问题不断提出。随着岩石工程建设的发展，还会有新问题不断提出。 2008.06.14，Japan，7.2级级2008.05.
15、12，中国，中国，8级级 四、岩石力学与工程发展前景展望四、岩石力学与工程发展前景展望 1 1）我国大规模的基本建设）我国大规模的基本建设 高层建筑、隧道桥梁、城市地铁、其他基本设施等。高层建筑、隧道桥梁、城市地铁、其他基本设施等。 2 2）四大工程建设）四大工程建设 三峡水电工程、南水北调工程、青藏铁路工程、西气东输工程。三峡水电工程、南水北调工程、青藏铁路工程、西气东输工程。 3 3）矿业开采）矿业开采 固体资源开采、液体资源开采、气体资源开采。固体资源开采、液体资源开采、气体资源开采。 4 4）海底隧道建设）海底隧道建设 渤海海底隧道、台湾海峡海底隧道。渤海海底隧道、台湾海峡海底隧道。
16、本章结束本章结束 1.1 1.1 概概 述述 1.2 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.3 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.4 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.5 1.5 影响岩石力学性质的主要因素影响岩石力学性质的主要因素 本章将从岩石的基本构成及岩石的成因分类入手，然后介本章将从岩石的基本构成及岩石的成因分类入手，然后介 绍岩石的物理、力学性质，最后介绍影响岩石物理、力学性质绍岩石的物理、力学性质，最后介绍影响岩石物理、力学性质 的主要因素。本章所涉及的只是对岩石，即通常所称的岩块的的主要因素。本章所涉及的只是对岩石，即通常所称的岩块的 基本
17、认识。基本认识。 1.1 概述概述 1.2 概述概述 岩石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。是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 岩石是构成岩体的基本单元。相对于岩体而言，岩石可看作是岩石是构成岩体的基本单元。相对于岩体而言，岩石可看作是 连续的连续的、均质的均质的、各向同性各向同性的介质。的介质。 岩石中存在的矿物解理、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷、晶格岩石中存在的矿物解理、微裂隙、粒间空隙、晶格缺陷、晶格 边界等内部缺陷，统称边界等内部缺陷，统称微结构面微结构面。 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.1 基本构成基本构成 岩石的
18、基本构成是由组成岩石的岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分物质成分和和结构结构两大方面两大方面 来决定的。来决定的。 岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云 母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭 石、赤铁矿等。他们的含量，因不同成因的岩石而异。石、赤铁矿等。他们的含量，因不同成因的岩石而异。 岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和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。强度特性。 1.2 概述概述 1.2.1 基本构成基本构成
19、主要造岩矿物抗风化相对稳定性主要造岩矿物抗风化相对稳定性 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.1 基本构成基本构成 新鲜岩石的新鲜岩石的力学性质力学性质主要取决于岩石的主要取决于岩石的矿物成分矿物成分和和颗粒间颗粒间 的连结的连结。对于具有结晶连结的岩石，其矿物成分的影响要大一。对于具有结晶连结的岩石，其矿物成分的影响要大一 些。岩石中矿物的硬度和岩石的强度是两个既有联系而又不同些。岩石中矿物的硬度和岩石的强度是两个既有联系而又不同 的概念。的概念。 岩石的结构岩石的结构是指岩石中矿物是指岩石中矿物( (及岩屑及岩屑) )颗粒相互之间的关系，颗粒相互之间的关系，
20、包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结 构面构面( (即内部缺陷即内部缺陷) )。其中，以。其中，以结构连结结构连结和岩石中的和岩石中的微结构面微结构面对对 岩石工程性质影响最大。岩石工程性质影响最大。 岩石中结构连结的类型主要有两种，分别为岩石中结构连结的类型主要有两种，分别为结晶连结结晶连结和和胶胶 结连结结连结。 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.1 基本构成基本构成 1.1.结晶连结结晶连结 岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，这种连结使晶体岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，这种
21、连结使晶体 颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同 而有一定的差异。而有一定的差异。 花岗岩花岗岩 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.1 基本构成基本构成 2.2.胶结连结胶结连结 指颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的连接。其强度主要取指颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的连接。其强度主要取 决于胶结物及胶结类型。决于胶结物及胶结类型。 碎屑岩胶结类型碎屑岩胶结类型 1 1 为胶结物质为胶结物质 2 2 为颗粒为颗粒 3 3 为未充填之孔隙为未充填之孔隙 基质胶结类型基质胶结类型接触胶结类型接触胶结类型
22、孔隙胶结类型孔隙胶结类型 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.1 基本构成基本构成 3.3.岩石中的微结构面岩石中的微结构面 是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小 的弱面及空隙。的弱面及空隙。 解理面：解理面：指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的 光滑平面。光滑平面。 晶粒边界晶粒边界：矿物晶粒的表面。：矿物晶粒的表面。 微裂隙微裂隙：指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态：指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态 的破裂迹线。的破裂迹
23、线。 粒间空隙粒间空隙：多在成岩过程中形成的晶粒之间的空隙。：多在成岩过程中形成的晶粒之间的空隙。 晶格缺陷晶格缺陷：由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷。：由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷。 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.2 岩石的地质成因分类岩石的地质成因分类 自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力 学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学 的岩石成因分类可把岩石分为的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩岩浆岩、
24、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩三大类。三大类。 岩浆岩岩浆岩 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2.2 岩石的地质成因分类岩石的地质成因分类 自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力 学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学 的岩石成因分类可把岩石分为的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩三大类。三大类。 粉砂岩粉砂岩砾岩砾岩 沉积岩沉积岩 1.2 岩石的基本构成和地质分类岩石的基本构成和地质分类 1.2
25、.2 岩石的地质成因分类岩石的地质成因分类 自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力 学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学 的岩石成因分类可把岩石分为的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩三大类。三大类。 片麻岩片麻岩片岩片岩 变质岩变质岩 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.2.2 岩石的地质成因分类岩石的地质成因分类 自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同的力自然界中有各种各样的岩石，不同成因的岩石具有不同
26、的力 学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学学特性，因此有必要根据不同成因对岩石进行分类。根据地质学 的岩石成因分类可把岩石分为的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩三大类。三大类。 片麻岩片麻岩片岩片岩 变质岩变质岩 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.1 岩石的容重岩石的容重 岩石的物理性质岩石的物理性质是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定 的比重、容重、孔隙率等基本属性。的比重、容重、孔隙率等基本属性。 岩石单位体积岩石单位体积( (包括岩石内孔隙体积包括岩石内孔隙体积) )的重量称为的
27、重量称为岩石的容重岩石的容重。 V W 根据岩石的含水状况，将容重分为根据岩石的含水状况，将容重分为天然容重天然容重、干容重干容重和和饱和容饱和容 重重。 测定岩石的容重可采用测定岩石的容重可采用量积法量积法( (又叫直接法又叫直接法) )、水中法水中法或或蜡封法蜡封法。 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.2 岩石的比重岩石的比重 岩石的比重岩石的比重是岩石固体部分的重量和是岩石固体部分的重量和44时同体积纯水重量的时同体积纯水重量的 比值。比值。 ws s s V W G 岩石的比重，可采用岩石的比重，可采用比重瓶法比重瓶法进行测定。岩石的比重一般为进行测定。岩石的比重一般为 2
28、.502.503.303.30。 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.3 岩石的孔隙性岩石的孔隙性 天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙，在工天然岩石中包含着数量不等、成因各异的孔隙和裂隙，在工 程实践中很难将二者分开，因此通称为岩石的程实践中很难将二者分开，因此通称为岩石的孔隙性孔隙性。岩石的孔。岩石的孔 隙性常用隙性常用孔隙率孔隙率n表示。表示。 岩石的孔隙率岩石的孔隙率n是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值，以 百分数表示。百分数表示。 岩石的孔隙性指标，应根据孔隙、裂隙的类型加以区分，分岩石的孔隙性指标，应根据孔隙、裂隙的类型
29、加以区分，分 为：为：总孔隙率总孔隙率、总开孔隙率总开孔隙率、大开孔隙率大开孔隙率、小开孔隙率小开孔隙率和和闭孔隙闭孔隙 率率。五种孔隙率可按公式分别计算。五种孔隙率可按公式分别计算。 孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。孔隙率是衡量岩石工程质量的重要物理性质指标之一。 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （1 1）岩石的天然含水率）岩石的天然含水率w 天然状态下岩石
30、中水的质量天然状态下岩石中水的质量 与岩石的烘干质量与岩石的烘干质量 的比值，的比值， 称为岩石的天然含水率，以百分率表示，即称为岩石的天然含水率，以百分率表示，即 %100 rd w m m w 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （2 2）岩石的吸水性）岩石的吸水性 a w 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表
31、征岩石吸水性的指标有征岩石吸水性的指标有吸水率吸水率、饱和吸水率饱和吸水率和和饱水系数饱水系数。 %100 dr dro a m mm w 吸水率吸水率 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （2 2）岩石的吸水性）岩石的吸水性 a w 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表 征岩石吸水性的指标有征岩石吸水性的指标有吸水
32、率吸水率、饱和吸水率饱和吸水率和和饱水系数饱水系数。 %100 dr drsa sa m mm w 饱和吸水饱和吸水 率率 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （2 2）岩石的吸水性）岩石的吸水性 a w 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。表 征岩石吸水性的指标有征岩石吸水性的指标有吸水率吸水率、饱和吸水率饱和吸水率
33、和和饱水系数饱水系数。 %100 sa a w k 饱水系数饱水系数 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （3 3）岩石的透水性）岩石的透水性 岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性。水只能沿连通水只能沿连通 孔隙渗透孔隙渗透。岩石透水性大小可用渗透系数衡量，它主要决岩石透水性大小可用渗透系数衡量，它主要决 定于岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情
34、况定于岩石孔隙的大小、方向及其相互连通情况。 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （4 4）岩石的软化性）岩石的软化性 岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性软化性。岩石的软岩石的软 化性常用软化系数化性常用软化系数。 %100 c cw c 1.3 岩石的物理性质岩石的物理性质 1.3.4 岩石的水理性岩石的水理性 岩石与水相互作用时所表现的
35、性质称为岩石的岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性水理性。包括。包括 岩石的岩石的吸水性吸水性、透水性透水性、软化性软化性和和抗冻性抗冻性。 （5 5）岩石的抗冻性）岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性抗冻性。岩石的抗冻岩石的抗冻 性，通常用抗冻系数表示性，通常用抗冻系数表示。 %100 c cfc f c 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.1 岩石强度试验的基本要求岩石强度试验的基本要求 岩体试件取样示意图岩体试件取样示意图 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度
36、岩石的强度 岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石在各种荷载作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为 岩石的强度岩石的强度。如单轴抗压强度、单轴抗拉强度和抗剪强度。如单轴抗压强度、单轴抗拉强度和抗剪强度。 进行岩石强度试验所选用的试件必须是进行岩石强度试验所选用的试件必须是完整岩块完整岩块，而不应包，而不应包 含节理裂隙。含节理裂隙。 通过试验所确定的各种岩石强度指标值却要受下列因素的影通过试验所确定的各种岩石强度指标值却要受下列因素的影 响：响： 1 1、试件尺寸；、试件尺寸；2 2、试件形状；、试件形状；3 3、试件三维尺寸比例；、试件三维尺寸比例；4 4、加、加 载速率；
37、载速率；5 5、湿度。、湿度。 国际岩石力学学会国际岩石力学学会(ISRM)(ISRM)对岩石强度试验所使用的试件的形对岩石强度试验所使用的试件的形 状、尺寸、加载速率和湿度等先后制定了标准。状、尺寸、加载速率和湿度等先后制定了标准。 1.4.1.1 岩石强度试验的基本要求岩石强度试验的基本要求 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应 力称为岩石的力称为岩石的单轴抗压强度单轴抗压强度。 1.4.1.2 单轴抗压强度单轴抗压强度 A P c 试件在单轴压缩荷载
38、作用下破坏时，在测件中可产生三种破坏形试件在单轴压缩荷载作用下破坏时，在测件中可产生三种破坏形 式：式： 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.2 单轴抗压强度单轴抗压强度 (1)X(1)X状共扼斜面剪切破坏状共扼斜面剪切破坏 24 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.2 单轴抗压强度单轴抗压强度 (2)(2)单斜面剪切破坏单斜面剪切破坏 24 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.2 单轴抗压强度单轴抗压强度 (3)(3)拉伸破坏拉伸破坏 这种类型的破坏
39、就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所这种类型的破坏就是横向拉应力超过岩石抗拉极限所 引起的。引起的。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.2 单轴抗压强度单轴抗压强度 试验测得的单轴抗压强度值与试件试验测得的单轴抗压强度值与试件L/DL/D比比 之间的关系示意图之间的关系示意图 ISRM(ISRM(国际岩石力学学会国际岩石力学学会) ) 建议进行岩石单轴抗压建议进行岩石单轴抗压 强度试验时所使用的试强度试验时所使用的试 件长度件长度(L)(L)与直径与直径(D)(D)之之 比为比为2.52.53 3。 进行压缩试验时，试件进行压缩试验时，试件 的端部
40、效应也必须予以的端部效应也必须予以 注意。注意。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压 应力称为岩石的应力称为岩石的三轴抗压强度三轴抗压强度。 真三轴试真三轴试 验验 伪三轴试伪三轴试 验验 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压 应力称
41、为岩石的应力称为岩石的三轴抗压强度三轴抗压强度。 常规三轴试验装置图常规三轴试验装置图伪三轴试伪三轴试 验验 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 第一个经典性的三轴压缩试验是由意大利人冯第一个经典性的三轴压缩试验是由意大利人冯卡门于卡门于19111911年年 完成的，试验使用的是白色圆柱体大理石试件。完成的，试验使用的是白色圆柱体大理石试件。 试验发现：试验发现： 在围压为零或较低时，大理石试件以脆性方式破坏，沿一组在围压为零或较低时，大理石试件以脆性方式破坏，沿一组 倾斜的裂隙破坏。倾斜的裂隙破坏。 随着围压的增加
42、，试件的延性变形和强度都不断增加，直至随着围压的增加，试件的延性变形和强度都不断增加，直至 出现完全延性或塑性流动变形，并伴随工作硬化，试件也变出现完全延性或塑性流动变形，并伴随工作硬化，试件也变 成粗腰桶形的。成粗腰桶形的。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 第一个经典性的三轴压缩试验是由意大利人冯第一个经典性的三轴压缩试验是由意大利人冯卡门于卡门于19111911年年 完成的，试验使用的是白色圆柱体大理石试件。完成的，试验使用的是白色圆柱体大理石试件。 试验发现：试验发现： 在试验开始阶段，试件体积减小，当达到
43、抗压强度一半时，在试验开始阶段，试件体积减小，当达到抗压强度一半时， 出现扩容，泊松比迅速增大。出现扩容，泊松比迅速增大。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 莫尔强度包络线莫尔强度包络线 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.3 三轴抗压强度三轴抗压强度 三轴试验岩石强度参数的确定三轴试验岩石强度参数的确定： 1 1、直线形、直线形 轴的截距称为岩石的粘结力（或称轴的截距称为岩石的粘结力（或称内聚力内聚力），记为），记为C C（MPaMPa），）， 与与轴的夹角称为岩石
44、的轴的夹角称为岩石的内摩擦角内摩擦角，记为，记为（度）。（度）。 2 2、曲线形：、曲线形： 一种方法是将包络线和一种方法是将包络线和轴的截距定为轴的截距定为C C，将包络线与，将包络线与轴相交点轴相交点 的包络线外切线与的包络线外切线与轴夹角定为内摩擦角。轴夹角定为内摩擦角。 另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络线上找到相应点，另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络线上找到相应点， 在该点作包络线外切线，外切线与在该点作包络线外切线，外切线与轴夹角为内摩擦角，外切线轴夹角为内摩擦角，外切线 及其延长线与及其延长线与轴相交之截距即为轴相交之截距即为C C。 实践中采用第一种方法的人数多。
45、实践中采用第一种方法的人数多。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.4 点荷载强度指标点荷载强度指标 点荷载强度指标试验点荷载强度指标试验是布鲁克和弗兰克林是布鲁克和弗兰克林19721972年发明的，这是年发明的，这是 一种最简单的岩石强度试验，其试验所获得的强度指标值可用一种最简单的岩石强度试验，其试验所获得的强度指标值可用 做做岩石分级的一个指标岩石分级的一个指标，有时可代替单轴抗压强度。，有时可代替单轴抗压强度。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.4 点荷载强度指标点荷载强度指标 点荷载试验
46、对试件形状和尺寸的要求点荷载试验对试件形状和尺寸的要求 点荷载试验所获得的强度指标用点荷载试验所获得的强度指标用I IS S 表示，其值等于：表示，其值等于： 2 y p Is 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.5 抗拉强度抗拉强度 岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破 坏时所能承受的最大拉应力称为坏时所能承受的最大拉应力称为岩岩 石的单轴抗拉强度石的单轴抗拉强度，或简称为，或简称为抗拉抗拉 强度。强度。 直接拉伸试验加载和试件直接拉伸试验加载和试件 示意图示意图 A P t t 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1
47、.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.5 抗拉强度抗拉强度 间接拉伸试验加载和试件间接拉伸试验加载和试件 示意图示意图 巴西试验法（巴西试验法（Brazilian testBrazilian test），俗称劈），俗称劈 裂试验法。裂试验法。 试件：试件：为一岩石圆盘，加载方式如图所示。为一岩石圆盘，加载方式如图所示。 实际上荷载是沿着一条弧线加上去的，但实际上荷载是沿着一条弧线加上去的，但 孤高不能超过圆盘直径的孤高不能超过圆盘直径的1/201/20。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.5 抗拉强度抗拉强度 间接拉伸试验加载和试件间接拉
48、伸试验加载和试件 示意图示意图 巴西试验法（巴西试验法（Brazilian testBrazilian test），俗称劈），俗称劈 裂试验法。裂试验法。 DL P t 2 式中：式中：RL 岩石单向抗拉强度，岩石单向抗拉强度，MPa P 试件破坏载荷，试件破坏载荷，N D 试件直径，试件直径，mm L 试件厚度，试件厚度，mm 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.5 抗拉强度抗拉强度 三点加载弯曲试验示意图三点加载弯曲试验示意图 3 8 D PL t 2 2 3 ba PL t （圆柱梁试件）（圆柱梁试件）（长方形截面棱柱梁）（长方形截面棱柱梁
49、） 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度 1.4.1.6 抗剪切强度抗剪切强度 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的 抗剪切强度抗剪切强度。 四种典型的非限制性剪切四种典型的非限制性剪切 强度试验：强度试验： （a a）单面剪切试验；）单面剪切试验； （ b b ）冲击剪切试验；）冲击剪切试验； （c c ）双面剪切试验；）双面剪切试验； （ d d ）扭转剪切试验。）扭转剪切试验。 分别见图。分别见图。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度
50、1.4.1.6 抗剪切强度抗剪切强度 岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的岩石在剪切荷载作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的 抗剪切强度抗剪切强度。 四种典型的限制性剪切强度试验。四种典型的限制性剪切强度试验。 （a a）直剪仪（剪切盒）压剪试验）直剪仪（剪切盒）压剪试验 （单面剪）；（单面剪）； （b b）立方体试件单面剪试验；）立方体试件单面剪试验； （c c）试件端部受压双面剪试验；）试件端部受压双面剪试验； （d d）角模压剪试验（变角剪切试）角模压剪试验（变角剪切试 验）。验）。 1.4 岩石的力学性质岩石的力学性质 1.4.1 岩石的强度岩石的强度
