岩石力学基本物理性质选编课件.ppt

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1、2023/3/30,岩石力学,岩石力学基本物理性质,2023/3/30,岩石力学,课程回顾,一个意义：为什么学习岩石力学？两个定义岩石力学的定义岩石的定义一个特点：岩石力学研究对象的特点一个方法：研究岩石力学的方法,2023/3/30,岩石力学,本次课的课程提纲,一、岩石的组构特征二、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石的四个性质四、岩石的物理五、岩石的水理性能,2023/3/30,岩石力学,1 岩石的物质组成,粘土矿物,硅酸盐类矿物,碳酸盐类矿物,氧化物类矿物,组成岩石的矿物,组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质,二、岩石的组构特征,2023/3/30,岩石力学,物质组

2、成对力学性质的影响,一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石（粒状）及云母和粘土矿物（片状）等含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高花岗岩、闪长岩、玄武岩含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低粘土岩、泥岩,2023/3/30,岩石力学,碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类，岩石的物理力学性质取决于岩石中的CaCO3及酸不溶物的含量CaCO3含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学性质差,物质组成对力学性质的影响,2023/3/30,岩石力学,碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系：强度上：硅质铁质钙质泥质,物质组成对力学性质的影响,2023/3/30,岩石力学,20

3、23/3/30,岩石力学,泥页岩的粘土矿物组成,蒙脱石伊利石绿泥石高岭石伊蒙混层,粘土矿物,蒙脱石含量高软，易变形，易水化 伊利石含量高硬脆，不易变形，不易水化,2023/3/30,岩石力学,2 岩石的结构,岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与胶结连结,二、岩石的组构特征,颗粒形状 强度：粒状、柱状片状鳞状,颗粒大小 强度：粗粒细粒,排列形式 强度：等粒不等粒,2023/3/30,岩石力学,2 岩石的结构,微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微

4、裂隙、微层理及片理面、片麻理面等,降低岩石强度 导致岩石力学性质各向异性,二、岩石的组构特征,2023/3/30,岩石力学,2 岩石的结构,结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩,胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起碎屑岩,二、岩石的组构特征,2023/3/30,岩石力学,二、岩石的组构特征,基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填溶蚀型：胶结物不

5、仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。,岩石的主要胶结类型：,2023/3/30,岩石力学,A）基底型 B）间隙型 C）接触型 D）溶蚀型,2023/3/30,岩石力学,3 岩石的构造,岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在空间上相互排列及所占的位置。岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造沉积岩的构造：层理构造变质岩的构造：片理构造,二、岩石的组构特征,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,三、岩石中的结构面（软弱面）,结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性较大、厚度较小的两维面状地质界面，包括物

6、质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）结构面的成因类型结构面的规模与分级结构面特征及其对岩石性质的影响,2023/3/30,岩石力学,一）结构面的成因类型,地质成因类型原生结构面构造结构面次生结构面力学成因类型张性结构面剪性结构面,2023/3/30,岩石力学,结构面的地质成因类型,原生结构面：在岩石形成过程中形成的软弱面岩浆岩的流动构造面、冷缩形成的原生裂隙面、侵入体与围岩的接触面；沉积岩体内的层理面、不整合面；变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。在原生结构面中，除了原生裂隙，以及由于受构造运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多具有一定的连结力和较高的强度。,2023/3/30,岩石

7、力学,结构面的地质成因类型,构造结构面：岩石形成后的构造运动过程中产生的各种破裂面断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造裂隙面等这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同的充填物，其中大部分已泥化，或者已变成了软弱夹层就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，大部分构造软弱面的特性都很坏，强度多接近于岩体的剩余强度，往往导致复杂。,2023/3/30,岩石力学,结构面的地质成因类型,次生结构面：岩体在外力作用下产生的软弱面如风化裂隙面、卸荷裂隙面等。风化裂隙面发育深度不大，方向紊乱，连续性很低。但可降低岩体的强度和变形模量。卸荷裂隙

8、是由于卸荷作用引起岩体在垂直于卸荷自由面方向发生伸长而形成。卸荷裂隙面基本上平行于岩体卸荷自由面。一般来说，次生结构面主要影响地面附近岩体的稳定性。,2023/3/30,岩石力学,结构面的力学成因类型,这里所说的结构面是指岩体中的破裂面而言所谓软弱面的力学成因类型，是指按照形成破裂面的破坏应力的不同，所划分的破裂面的类型。根据野外观察到的事实、大量岩体力学试验的结果以及莫尔库伦破坏理论的分析，认为岩体的破坏只有剪切破坏和拉断破坏两种类型。破裂面的力学成因，应划分为剪性和张性两大类别。,2023/3/30,岩石力学,结构面的力学成因类型,张性破裂面：是由张力形成的，在破坏过程中，破坏面两侧岩体仅

9、沿破裂面法向发生分离位移。张性破裂面，一般张开度大，连续性差，形态多不规则，多呈折线或锯凿状。断面凹凸不平，粗糙度大，破碎带宽度变化大，且易被岩脉、矿脉充填，有时并有岩浆沿之入侵。张性破裂面常常具有含水丰富，导水性强以及剪切强度高等特征,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,结构面的力学成因类型,剪性破裂面：是由剪应力而形成的，破裂面两侧岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位移。具有擦痕、共轭性、规律的位移方向以及断面比较光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鉴定剪性破裂面的主要依据。,2023/3/30,岩石力学,正断层上盘相对下盘向下滑动的断层,上盘下降,下盘上升,2

10、023/3/30,岩石力学,三）结构面特征及其对岩体性质的影响,产状连续性密度张开度形态充填胶结情况组合关系,2023/3/30,岩石力学,软弱面的影响,岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、变形性、渗透性，力学上的连续性及岩体应力分布等都有显著影响。因此，在很多情况下，软弱面是岩体力学问题的一个主要控制因素。从本质上说，软弱面使岩体变得更加软弱，更易于变形而且表现为高度的各向异性。,2023/3/30,岩石力学,裂缝性地层套管损坏,Elf公司的岩石力学专家Maury 和Sauzy在研究裂缝性地层套管损坏时首先提出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析,裂缝性地层,裂缝性地层

11、扰动产生剪切位移造成套管变形,2023/3/30,岩石力学,裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象,剪切位移引起的井眼形状变化,X方向井径降低,Y方向井径增加,剪切错动方向,不同剪切位移方向的井眼形状,2023/3/30,岩石力学,井下电视测井观测到：裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象,井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移的情况,剪切位移造成井眼缩径的实例（现场实测结果）,2023/3/30,岩石力学,2002年，BP 美国公司在墨西哥湾遇到钻井中井壁稳定问题。井眼与地层层理面夹角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌岩石大小、形状不同。,2023/3/30,岩石力学,Dussea

12、ult 研究破碎性地层井壁稳定性时发现井壁是否稳定与井眼尺寸有关，井眼尺寸越大井壁越不稳定。在研究层理发育的各向异性地层井壁稳定性时发现井壁稳定性与井眼轴线和地层层理面的夹角有关，认为应尽可能以垂直与层理面的方式进入地层，才能保持井壁稳定性。,裂缝发育的破碎性地层,层理发育的各向异性地层,各向异性地层,加拿大科学家的研究结果,2023/3/30,岩石力学,三、岩石的不连续性、非均匀性、各向异性和渗透性,2023/3/30,岩石力学,岩石的不连续性,岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还是物质不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石物理力学性质呈现不连续变化。对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定

13、量评价岩石被裂隙切割后破碎程度的指标。,2023/3/30,岩石力学,岩石的不连续性,岩石中的裂隙,2023/3/30,岩石力学,岩石的不连续性,a、单向裂隙(或裂隙频率)单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度(m)内，法线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)表示。即单向裂隙率的倒数为成组结构面之间的平均间距，以d表示：,式中：Kd-单向裂隙（1/m）d-结构面间平均间距(m),2023/3/30,岩石力学,岩石的不连续性,式中：li-第i条裂隙面长度(m)；ti-第i条裂隙面的宽度(m)；A-被测量的岩石总面积（m）,b、平面裂隙率 平面裂隙率KA是指岩石单位面积上诸裂隙所占有的面积总和

14、，亦即,2023/3/30,岩石力学,岩石的不均匀性,不均匀性是指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。分析现场岩体试验资料时可采用综合性的统计特征-偏差系数V(%)来估算岩体的不均匀性，即：,式中：-各观测值xi的算术平均值。-标准差估计值。,式中：N-试验观测点(次)数。,2023/3/30,岩石力学,岩石的各向异性,岩石各向异性是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形特性等各方面。在天然岩体条件下，使岩体具有各向异性的基本原因是由于岩石内普遍存在着层理、片理、夹层和定向裂隙（断层）系统所致。目前在实际工程中对于成层岩体往往考虑其平行于层理和

15、垂直于层理方向的差异性。然而对于不具有层理的岩体，则把它视为各自同性体。,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,岩石的渗透性,有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。不同岩石或裂隙性不同的岩石的渗透性不同，渗透性的大小用渗透系数K表示。岩石的渗透系数不仅与水的物理性质有关，也与岩石的应力状态有关。,2023/3/30,岩石力学,岩石轴向渗透性试验原理,岩石渗透仪(轴向渗透)1-注水管路；2-围压室；3-岩样；4-放水阀,2023/3/30,岩石力学,岩石轴向渗透性试验原理,假定岩体渗流符合达西定律，则渗透系数

16、可计算如下式中 K岩石渗透系数(m/s)；Q单位时间里透过试样的水量(m3)；L试样长度(m)；A试样截面积(m2)；P试样两端的水压力差(KPa)；w水的容重(KN/m3）,2023/3/30,岩石力学,岩石径向渗透性试验原理,径向渗透试验时，其渗透系数计算式中 P试样外壁上的水压力(KPa)；L试验段(小孔)长度(m)；R1试件内半径(m)；R2试件外半径(m)；圆周率。,2023/3/30,岩石力学,岩石的渗透系数数值,2023/3/30,岩石力学,四、岩石的物理性质,岩石和土一样，也是由固体、液体和 气体三相组成的。物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。1、岩

17、石的密度2、岩石的孔隙性,2023/3/30,岩石力学,（一）、岩石的密度,1、颗粒密度(s)：岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：s=ms/Vss为岩石的颗粒密度ms为岩石固体部分的质量Vs为岩石固体部分的体积,2023/3/30,岩石力学,（一）、岩石的密度,2、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，又有干密度（d）、饱和密度（sat）和天然密度（）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。d=ms/V sat=msat/V=m/V,2023/3/30,岩石力学,注意：（1）s与的区别(s)（2）

18、s与的单位（g/cm3 kN/m3）（3）测试方法（s-比重瓶法；-量积法）,（一）、岩石的密度,2023/3/30,岩石力学,常见岩石的密度,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,岩石的物理性质,孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比(多用百分数表示)。裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。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。一般岩石的孔隙度在0.1-0.35之间,2023/3/30,岩石力学,岩石的物理性质,孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩石的孔隙比(多以小数表示)孔隙比和孔隙度可以互相换

19、算：式中：e 孔隙比;n孔隙度 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。,2023/3/30,岩石力学,例题：,岩石的饱和密度为2.65g/cm3，干密度为2.49g/cm3，请计算岩石的孔隙比和颗粒密度,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,五、岩石的水理性质,岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有：1.吸水性 2.软化性 3.抗冻性 4.透水性,2023/3/30,岩石力学,（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(

20、mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示,2023/3/30,岩石力学,岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即,3.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）饱和吸水率,2023/3/30,岩石力学,（二）、岩石的软化性,岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性软化系数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值,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

21、小。KR0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好KR0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差,2023/3/30,岩石力学,常见岩石的软化系数,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,常见岩石的物理性质指标值,2023/3/30,岩石力学,（三）、岩石的抗冻性,岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。抗冻系数(Rd)：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(c2)与冻融前干抗压强度(c1)之比，用百分数表示,2023/3/30,岩石力学,（三）、岩石的抗冻性,质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百

22、分数表示,Rd75，Km2，抗冻性高吸水率Wa5、软化系数KR0.75，饱水系数小于0.8的岩石，抗冻性高。,2023/3/30,岩石力学,岩石的水理性质,可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石的矿物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有关。膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能称膨胀性。一般含有粘土矿物的岩石具有定的膨胀性，特别是含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。南昆铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑造成严重的危害。,2023/3/30,岩石力学,岩石的水理性质,崩解性：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，短时间内即发生崩解。我国西北

23、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全部崩解了。,2023/3/30,岩石力学,泡水前岩石：完整坚硬,泡水后岩石：水化分散,2023/3/30,岩石力学,课 程 回 顾,2023/3/30,岩石力学,下一节课的基本内容,弹性力学基础应力分析应变分析,2023/3/30,岩石力学,1 产状,定 义：岩层在空间的位置，称为岩层产状三要素：岩层层面的走向、倾向和倾角,2023/3/30,岩石力学,结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。,1 产状,据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：,2023/3/

24、30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,2 连续性,结构面的连续性反映结构面的贯通程度。常用线连续性系数、迹长、面连续性表示线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和(a)与测线长度的比值。,2023/3/30,岩石力学,2 连续性,K1变化在01之间，K1值愈大说明结构面的连续性愈好，当K11时，结构面完全贯通面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值结构面的连续性对岩体的变形、变形破坏机理、强度及渗透性有很大的影响,2023/3/30,岩石力学,结构面连续性分级表,2 连续性,2023/3/30,岩石力学,3 密度,结构面的密度反映结构面发育的密集程度。

25、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数(条m)。间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。Kd与d互为倒数关系如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为，结构面的倾角为时:,2023/3/30,岩石力学,岩石中的裂隙,2023/3/30,岩石力学,3 密度,用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心长度之和与钻孔总进尺的百分比,2023/3/30,岩石力学,2023/3/30,岩石力学,3 密度,结构面间距分级表,2023/3/30,岩石力学,4 张开度,结构面的张开度

26、是指结构面两壁面间的垂直距离结构面两壁面一般不是紧密接触，使结构面实际接触面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗透系数(Kf)可表达为：,2023/3/30,岩石力学,结构面张开度分级表,4 张开度,2023/3/30,岩石力学,级及部分级结构面的产状、迹长、间距及张开度等几何特征参数，服从一定的随机分布规律。,2023/3/30,岩石力学,5 形态,结构面的形态对岩体的力学性质及水力学性质有明显的影响，结构面的形态可以用侧壁的起伏形态及粗糙度来反映结构面侧壁的起伏形态分为：平直的、波状的、锯齿状的、台阶状的和不规则状的,2023/3/30,岩

27、石力学,5 形态,侧壁的起伏程度可用起伏角(i)表示。,2023/3/30,岩石力学,结构面的粗糙度用粗糙度系JRC(joint roughness coefficient)表示。随粗糙度的增大，结构面的摩擦角也增大。根据标准粗糙度剖面将结构面的粗糙度系数划分为10级。,5 形态,2023/3/30,岩石力学,6 充填胶结特征,结构面胶结后力学性质有所增强，Fe质胶结的强度最高，泥质与易溶盐类胶结的结构面强度最低，且抗水性差未胶结的结构面，力学性质取决于其充填情况，可分为：薄膜充填、断续充填、连续充填及厚层充填4类,2023/3/30,岩石力学,6 充填胶结特征,薄膜充填是结构面两壁附着一层极

28、薄的矿物膜，厚度多小于1mm，多明显降低结构面的强度断续充填结构面的力学性质与充填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关连续充填结构面的力学性质主要取决于充填物性质厚层充填结构面的力学性质很差，主要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳,充填情况类,2023/3/30,岩石力学,7 软弱结构面,软弱结构面是岩体中具有一定厚度的软弱带（层）与两盘岩体相比具有高压缩和低强度等特征，在产状上多属缓倾角结构面主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其它夹泥层等特性：由原岩的超固结胶结式结构变成了泥质散状结构 或泥质定向结构；粘粒含量很高；含水量接近或超过塑限；密度比原岩小；常具有一

29、定的胀缩性；力学性质比原岩差；强度低；压缩性高；易产生渗透变形。,2023/3/30,岩石力学,8 结构面的组合关系,结构面的组合关系控制着可能滑移岩体的几何边界条件、形态、规模、滑动方向及滑移破坏类型，它是工程岩体稳定性预测与评价的基础。任何坚硬岩体的块体滑移破坏，都必须具备一定的几何边界条件。因此，在研究岩体稳定性时，必须研究结构面之间及其与临空面之间的组合关系，确定可能失稳块体的形态、规模和可能滑移方向等。结构面组合关系的分析可用赤平投影、立体投影和三角几何计算法等进行。,2023/3/30,岩石力学,岩石中的软弱面,岩石中的软弱面是指把岩体切割成块体，具有强度低和易变形特性的各种地质界

30、面。如裂隙、层面、断裂等的统称。不同类型的软弱面，具有不同的工程地质特征。这些不同特性的形成，主要与其他地质成因以及力学成因的不同有关。,2023/3/30,岩石力学,软弱面的地质成因类型,原生软弱面：在岩石形成过程中形成的软弱面，如岩浆岩的流动构造面、冷缩形成的原生裂隙面、侵入体与围岩的接触面；沉积岩体内的层理面、不整合面；变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。在原生软弱面中，除了原生裂隙，以及由于受构造运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多具有一定的连结力和较高的强度。,2023/3/30,岩石力学,软弱面的地质成因类型,构造软弱面：是在岩石形成后的构造运动过程中，产生的各种破裂面，

31、如断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造裂隙面等。这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的。规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同的充填物，其中大部分已经泥化，或者已经变成了软弱夹层。因此，就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，大部分构造软弱面的特性都很坏，强度多接近于岩体的剩余强度，往往导致复杂。,2023/3/30,岩石力学,软弱面的地质成因类型,次生软弱面：是岩体在外力作用下产生的软弱面，如风化裂隙面、卸荷裂隙面等。风化裂隙面发育深度不大，方向紊乱，连续性很低。但可降低岩体的强度和变形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起岩体在垂直于卸荷自由面方向发生伸长而形成。

32、卸荷裂隙面基本上平行于岩体卸荷自由面。一般来说，次生软弱面主要影响地面附近岩体的稳定性。,2023/3/30,岩石力学,软弱面的力学成因类型,这里所说的软弱面是指岩体中的破裂面而言所谓软弱面的力学成因类型，是指按照形成破裂面的破坏应力的不同，所划分的破裂面的类型。根据野外观察到的事实、大量岩体力学试验的结果以及莫尔库伦破坏理论的分析，认为岩体的破坏只有剪切破坏和拉断破坏两种类型。破裂面的力学成因，应划分为剪性和张性两大类别。,2023/3/30,岩石力学,软弱面的力学成因类型,张性破裂面:是由张力形成的，在破坏过程中，破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向发生分离位移。张性破裂面，一般张开度大，连续性差

33、，形态多不规则，多呈折线或锯凿状。断面凹凸不平，粗糙度大，破碎带宽度变化大，且易被岩脉、矿脉充填，有时并有岩浆沿之入侵。张性破裂面常常具有含水丰富，导水性强以及剪切强度高等特征。剪性破裂面:是由剪应力而形成的，破裂面两侧岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位移。具有擦痕、共轭性、规律的位移方向以及断面比较光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鉴定剪性破裂面的主要依据。,2023/3/30,岩石力学,第三节 岩石的热学性质,1.什么是岩石的热学性质？2.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 哪些？如何定量描述？,2023/3/30,岩石力学,第三节 岩石的热学性质,

34、研究表明，岩石内或岩石与外界的热交换方式主要有传导热、对流传热及辐射传热等几种。其交换过程中的能量转换与守恒服从热力学原理。在以上几种热交换方式中，以热传导传热最为普遍控制着几乎整个地壳岩石的传热状态，对流传热主要在地下水渗流带内进行。辐射传热仅发生在地表面。,2023/3/30,岩石力学,第三节 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。在岩体力学中，常用的热学性质指标有：比热容、导热系数、热扩散率和热膨胀系数。,2023/3/30,岩石力学,第三节 岩石的热学性质,一、岩石的比热容岩石的热容

35、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,如果设岩石温度由T1升高至T2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,2023/3/30,岩石力学,影响岩石比热容的因素：矿物组成、有机质含量、含水状态。,常见矿物的比热容多为（0.71.2）103J/kgK,第三节 岩石的热学性质,多孔含水岩石比热容计算：,式中：Cd 和Cw 分别为干燥岩石和水的比热容，x1和x2分别为岩石干重和水重。,2023/3/30,岩石力学,第三节 岩石的热学性质,二、岩石的导热系数岩石传导热量的能力，称为热传导性，常用导热系数来表示。,研究表明，岩石的比热容（C）与导热系数（k）间存在如下关系：,2023/3/30,岩石力学,三、岩石的热膨胀系数岩石在温度升高时体积膨胀，温度降低时体积收缩的性质，成为岩石的膨胀性，用线膨胀（收缩）系数或体膨胀（收缩）系数来表示。,第三节 岩石的热学性质,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,