2.第二章矿山岩石和岩体的力学属性.ppt.ppt

《2.第二章矿山岩石和岩体的力学属性.ppt.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2.第二章矿山岩石和岩体的力学属性.ppt.ppt（42页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第二章 矿山岩石和岩体的力学属性,兵结窝胡惮门敷载绘清窘卉獭娱哗者癸仑定铂析砰恍淤瘩颗粤炬梳昼上摔2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.1岩石的基本概念及物理性质,一、岩石的一般概念岩石是矿物的集合体，具有一定的结构与构造二、岩石的基本分类按成因：岩浆岩，沉积岩，变质岩按结构：按矿物颗粒联系方式：固结性，粘结性，散粒状；流动状按矿物颗粒大小：砾岩；砂岩；页岩，粉砂岩，泥岩，粘土按构造：整体状；多孔状，层状按坚实性：坚硬岩石（Rc=50MPa）；松软岩石(Rc50MPa）注：由结构特性（颗粒大小，胶结性质）决定了岩石的非均质性由构造

2、特性（多孔，层理）决定了岩石非连续性与各向异性,奉德谰链仕质涡镜椿嗜嗽熙娩胀唇霉瓜翘居缝敛趟亏之芥陕迅捷卜俞菌趁2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,物理性质是岩石重力性与结构性质统一1、重力性密度 kg/m3=Ms/Vs视密度/kg/m3依含水、孔隙状态不同：天然/=M/V；干/d=Ms/V，岩石100110下干燥24h后的密度；饱和/sat=(Ms+Mv)/V 岩石吸水饱和状态下的密度；注：一般情况下，岩石的密度岩石的视密度/可根据视密度/换算出岩石的容重(kN/m3)岩石密度测定一般用研磨法；岩石视密度/测定一般用蜡封法,三、岩

3、石的基本概念及物理性质,帚负蒸易仇孜呀恼坞的虱傈而楷市镣戳眠题甘鹰湖猴需叹兆秀祟环逮面兆2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2、结构特性孔隙率 n n=(Va+Vw)/V=(V-Vs)/V=(1-/d/)100%一般n增加，/下降，下降，塑变增加，透水性增加 孔隙比 ee=(Va+Vw)/Vs=(V-Vs)/V=(Va+Vw)/(V-(Va+Vw)=n/(1-n)吸水率按吸入水份能力自然：=Mw/Ms100%（大气压作用下）强制：sat=Mvs/Ms100%真空或加压（15MPa）饱和系数Ks=/sat工程上，一般用来评价岩石抗冻性

4、能，0.5%时，认为耐冻,酪牢旭姚轻蜜胰炭窜坷丘善蛇咎堑织碘其揽烛麦碍辅烛撵玉截子英循闷寐2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,渗透系数K cm/sK=Q/AIQ为单位时间渗透水量A为渗透面积I为水力坡度K一般是通过钻孔中进行抽水试验或压水试验测定。抗冻系数Cf=(c-cf)/c100%c岩样冻融前 cf 岩样冻融后,蔡伦进篱弗镇再茵邦藕冗你姻膛泽曲植章及凡赎抿顿沿顽经薪饲昼躺耿依2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,3、软化特性软化系数c=RcW/Rcd1Kp与岩石紧硬度，

5、破碎块度及排列状态有关残余碎胀系数：Kp/=V/V1V/与岩石本身性质，外加荷载大小及经历时间长短有关研究Kp,Kp/对于采场顶板管理具有重要意义,屠冒瑶与艘逾蜒分绦贞僵杏恕亚妙咖枯矿庆把萤讽碳堂押笼菱稗批吗段捡2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,俄即唇遵蒙痈轧哑惶堑科肉如据奖厩峡术孜阂灰芒虚鸵揣柒渊络焚敲掷凭2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.2 岩石的破坏机理和强度理论2.2.1 岩石的破坏机理（1）岩石的应力应变全过程曲线 l0试件原长度；l变形后长度；p压力；

6、A0试件原断面积。,冲秧介嘴枝糙船婉澡检烬挤哪筏泼煤棠剃兄唾旷浴交讼坠纹混斧镭贱躯回2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,OA段：原始岩石内的空隙压密阶段；AB段：线弹性变形阶段，B点为弹性极限；BC段：裂隙产生和扩展阶段，呈现弹塑性变形，C点为强度极限，用Rc表示；CD段：残余承载阶段，即岩石受载虽然已过强度极限，但仍具有部分承载能力，到达D点岩石才完全破坏。,她谚永彦恰背团钠萍虐莫淖晋兔炕率浆匀曰嘎乖荐珠腿谋辜瑚拓鹿厉峭浇2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,一般实验机很

7、难获得上述全过程曲线，而只有C段以前的曲线。见右图。原因：普通实验机的刚性较小。对试件加载过程中，自身变形较大，积蓄了大量的变形能，当试件达到强度极限后，承载能力下降，压力机内的变性能突然释放，施加于试件上，导致试件突然破裂，常伴有炸裂的响声和碎块飞出。,齐藻利绷扁浪簿拥肃被醛遵顿糠宏吧染琳葵长骨矩块暴拴忽寓姿小旗庆掣2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,（2）岩石强度特征 三向抗压双向抗压单向抗压抗剪抗拉（3）岩石破坏机理 岩石在外力作用下，首先产生不同形式的变形，继而产生微裂隙和破裂，裂隙扩展到一定阶段，岩石破坏。岩石破坏的基本形

8、式如下：,瀑亿茅煤巢喳馅日缚业卑非烤洲壹伍涪久援涨它抚伴旭蜀坦痊号捞贡殿离2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,1）压裂破坏：加压板与试件端面间摩擦阻力小时，试件横向变形，变形量达到变形极限时，试件拉裂，形成平行于加压方向的拉裂缝，试件破坏原因为拉裂破坏。2）剪破坏：加压板与试件端面有摩擦力较大时，产生剪切破坏（一组或几组剪切面）。3）塑性流动破坏：加压板与试件端面有很大摩擦力时，试件二端面变形受到强阻碍时，出现了多组剪切面，试件会逐渐缓慢地膨胀成桶形。最后因塑性流动而导致破坏。该破坏形式是岩石颗粒产生微小剪切滑移的结果，仍是一种剪应

9、力造成的剪切错动。,喇伍悍失克魔肢磊末阿葡订望帐早惑迫神挨惹忿野瘸辆槽圣信给总敖坏遁2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.2.2 岩石的强度理论 岩石的强度理论：研究岩石在复杂应力作用下破坏的原因、规律及建立破坏的判据。目前已提出了很多种强度理论，但在目前岩石工程中常用的有两种：莫尔库仑强度理论和格里菲斯强度理论。（1）莫尔库仑强度理论 莫尔（Mohr）强度理论认为（1900）：固体材料发生破坏的主要原因是由于破坏面上的剪力达到一定限度。这个剪力除了与材料本身的性质有关外，还与破坏面上的正应力造成的摩擦阻力有关。例如，某一点材料发

10、生破坏，不仅取决于该点的剪应力，同时也取决于该点的正应力。因此，岩石沿某一个面剪断时所需要的剪应力与该面上的正应力存在某种函数关系：,遁囊掠峭秘绪绳迷能考扯脖镐伊敖袋亩柞琐蜒贝贫羌箕吠限疡迄抢兼史虏2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,该式为莫尔提出的一般形式，也称为莫尔强度理论的普遍形式。具体应用中，要通过试验确定其具体形式。一般的试验方法就是做大量的单向拉、单向压，不同围压下的三轴压试验，得到不同的莫尔圆，然后给出莫尔应力圆的包络线。,吗榔坝屹像候祟泅荔对奶递圣玖谦译蚊捂吁宗缺隐氢洪颓茧馋省涕望费班2.(第二章)-矿山岩石和岩体的

11、力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,强度曲线的作用：（1）判断岩石试件是否发生剪切破坏，由某一面上的 做出应力圆可判断试件发生破坏否。（2）判断破坏面方向：通常（3）（抗拉强度小于抗压强度）在岩石力学和工程设计中，为了计算岩石强度，必须给出相应的关系式，莫尔没有给出 的具体关系式，有人提出二次曲线或摆线等。但为了便于计算，当正压力加大时（）通常采用斜直线作为强度曲线，即：、分别为破坏面上的剪应力和正应力、岩石的内聚力和内摩擦角,疤淳柴币右樟钱柄县炔惜田随矮担漏恫赚曲梭侩釉挚乐屉坟皂御突壤痒框2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和

12、岩体的力学属性.ppt,这一公式是由库仑（Coulomb）1773年提出的，后由莫尔用新的理论加以解释，故上式称为莫尔库仑强度理论。由上式可得出如下关系：,瓜而犹严睫挺循整蹲洱费断格羚诈套抢泵箩问肚顶躺椭副雇勋啼竭蹋暴品2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,寨孪池耐袖须精想打喷叶臀染彪足困仰凑指纶疏诗击镜喻辕彭夸傈谊沏忙2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,兼账暗序励唱栖封猪鸳压牛拍二酷阐黑性遵高偿乌秃堕习焰腥攻各哲诧娩2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第

13、二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,莫尔库仑强度理论目前在岩石力学领域中应用最广 它能较全面地反映岩石的强度特性，如抗拉强度远小于抗压强度，能很好地解释岩石在三轴受拉时会破坏（因强度包络线在受拉区闭合）和三轴等压压缩时不会破坏（包络线在受压区不闭合）的现象。它不仅适用于塑性材料，还适用于脆性材料的破坏，所以广泛用来解释岩石的破坏现象。其中不足之处在于：只适用于剪切和塑性流动两种破坏形式，不适用于拉断破坏；其次莫尔库仑强度理论只考虑了最大主应力 和最小主应力，与中间主应力 无关，而一些试验已经证明了 对岩石破坏有影响。,椰漾演苔确株镊桓改复铱娥跨溅肿枪疲哇链窄凌抵率偶揉泪群以铸譬歼常2.(

14、第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,（2）格里菲斯强度理论（Griffith，1921）格里菲斯强度理论认为：任何固体内部都存在窄狭的微裂隙。无论材料的受力状态如何（压或拉），最终都会在裂隙尖端产生拉应力集中。当拉应力大于材料的抗拉强度时，裂隙扩展，直至材料破坏。由此可见，Griffiht理论认为材料破坏是由于拉应力造成的这一理论适用于玻璃、陶瓷、岩石等脆性材料。Griffith在进行理论准则推导时，认为材料内的裂隙可用椭圆代替。如，Griffith椭圆裂隙。然后将模型简化为半无限介质中单个椭圆孔洞的平面应力问题处理。引用弹性力学关于半无

15、限大介质椭圆孔周边受力分析结果，得出双向应力状态下裂隙开始扩展的条件：,射竿粪孝哩惟坟岿弗两饿杉冻仕绅嘘双枣恭殆移乖拈灸芹庸戈益橱箭奥举2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,糊困蔬汰障陵施吓鸦遥终契罕式苇韵避灰窘跳澡藉涧楚调垫美舍佬邢扒倦2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,弃停瞎坝气创割瞥侈讹妆邹字绸玫招吭杜讥阁于吨甘沦遮苛挂信咋辈栋甭2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.3 岩体及其质量评价 2.3.1 岩体

16、的基本类型和特性（1）岩体的基本特性 岩石和岩体是两个不同的概念，岩石是指小的岩石试件（试块），而岩体是指岩石集合体，或指大范围内的工程地质体。一般说来，岩体内可能含有不同种类的岩石，含有各种天然弱面，受到天然环境及力场作用等，没有特定的自然边界，我们工程中实际所遇到的都是岩体，与岩石相比，岩体具有如下力学属性。,拆肚恩匡渝小侗夷剿柯音仿讥考铰碧坤矛二漓懒吮绑沃婪酌牛鞍薯椽农糜2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,1）非均质性 对于由多种岩石组成的岩体，由于在自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合状况经常变化，所以一般认为岩体

17、是非均质的。例如，对于层壮岩体，无论在层面上还是在垂直面上都具有明显的非均质性。岩体除了因物质成分不同造成的非均质性外，由于各种非均质结构面切割的结果也呈现出明显得结构非均质性。2）各向异性 各向异性是指岩体的全部或部分物理力学特性随方向不同而表现出一定差异的性质。岩体的学多物理力学性质，如弹模、抗压、抗拉强度，声波的传播速度等，就随加载或测试方向不同而有显著差别。见图，x，y，z 三个方向的力学指标明显有差异。,摆嗅什谣录彰吧抡敌贼凶厚烷梁埃体穷瀑汝砧土御巧垦峭边函派钧蒸唾鄙2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,岩体的各向异性也和非

18、均质类似，不仅由于物质成分、结构致密程度不同而造成，而且也受到各种结构面的影响。由于结构面的方位不同，数量不等，规模不一，性质各异，会造成岩体各向异性。当结果面组数少且各自发育程度不同的岩体，其各向异性会表现得明显；反之，结构面组数多，各自都很发育，方向十分复杂的岩体，其各向异性表现的不明显。组数多，各向异性弱，认为各向同性。组数少，各向异性大。,谴喜因章漂低丝航亏擞抓律画恨绚爱继灸沙抒赔倡唉停溯妙晕掠吐藻然挠2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,3）非连续性 由于岩体被各种结构面所切割，因此从原则上说，岩体属于非连续体。但随着被切割

19、的岩块大小、形态和性质不同，岩块的排列和互相接触状态的差异，及其不连续程度都会有所不同。因此，在研究工程问题时，尤其是进行岩体稳定分析时，往往根据岩体的不同结构类型把岩体分别看作是非连续体，似连续体或连续体。A、非连续体：受结构面影响明显的层状、块状结构岩体和碎裂结构岩体；B、似连续体：结构面发育密集、杂乱无章的散体结构岩体；C、连续体：整体结构岩体，部分原层状岩体。,怠兜拄食糊缀置炼慷殖挪癸绊杉击彻氛筑匝岔谆气冒悄锗狡季柞慰府姑粤2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.3.2 岩体强度特征（1）岩体强度的基本概念 对于岩石而言，其

20、抗拉强度与其它强度相比最小，通常只有抗压强度的几分之一到几十分之一。对于岩体而言，这个特征就更加突出。因为岩体中含有各种结构弱面，而结构面的粘结力都是十分微弱的，甚至不存在，由于岩体强度主要取决于结构弱面的强度，因此岩体是一种不能承受拉应力的材料。工程分析中，一旦某处岩体出现了拉应力，即认为该处已破坏，这就是通常所说的岩体无拉力准则。,寺拳随估必招贰旧豁要巨漳翱吕涌嚎询棉很俞稗均承诌锣袖钙叮蓝戳霍零2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,节胜你掇圆炽箕谎倦拥挠词资工脑阔皋任养剁陌希继蜕召滋岸戈玫播矛的2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学

21、属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,（2）结构面对岩体强度的影响 结构面是区别岩体与岩石的重要特征之一。它的种类很多，如层理、节理、断层、软弱夹层等。许多的岩体工程失稳都是由结构面所控制。在研究矿山岩石力学问题时，有代表性的结构面就是层理和节理。层理面是沉积岩的主要弱面之一，有些情况下它对沉积岩岩体的变形和破坏起主导作用。如煤矿中顶板离层，分层冒落和底板沿层面滑动等。而节理对所有岩体来说都更具普遍性。它主要是由构造力而形成的有规则的小的裂隙总称。,宵幂快嗜涩塘桐狄碗橱碰待溜踪耀号比沽蜘伯罩音鸟鼻秤坚暗羊已吩肖埔2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二

22、章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,结构面对岩体强度的影响主要表现为使岩体强度降低和各向异性。见下图所示。半径方向的长度表示单轴抗压强度大小。为结构面与水平面的夹角。现有三种主要情况：,渔雌可俭懂父山斤构沮轻阵疲关荐期看辩膊淄咎贡虫纪茁札凹未隙崖稿聘2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,芽伎殃栖望作泊仑现爬县卷悄盟有减翱辈配平纵咋柜修辟胃玫凸窒屯极头2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2.3.3 岩体质量评价 由于岩体特征的复杂性，借助于一、二个参数很难反映出岩体的工程

23、特性，因此人们试图通过各种影响岩体工程性的因素来对岩体质量进行分类和综合评价。其中比尼奥斯基（Z.T.Bieniawski）1973提出的RMR分类法（Rock Mass Rating）受到重视（CSIR分类南非科学和工业研究委员会分类法）。其一般原理时，某种岩体的RMR值由下式计算：,嫂宙痘抱岸精山擎祁兰艇快顷功砖膀浙拉缨描漆构役绒印晕淌弥睡蹬昌出2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,瀑胰贺违厚涵妈巷惕萨白泉嘛诛拒卉育认吁概锐坍避停窿适摧过族稚渗塑2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属

24、性.ppt,期固都猪贫籍姨差厨棵醉鸥哇墨臻梧定侨炕野憋郁吉匆坍锯爬抒除陀橡雨2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,1）与岩石强度相关的岩体评分值Rs可以用标准试件进行单轴压缩来确定，也可由点荷载试验确定。,椰夫购暖祭豺令婿遏就贾务汀尔总毋荐卖今戈企锚毕邹绞讶书兰纠刀凑遁2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,2）岩石质量指标RQD评分RRQD,3）对应于节理组间距的岩石评分值RSD,节理间距评分值R3,锹蒲绝羌手陨厕蟹疤烧牙币冒宁听漱恬泥仗计矣惟隐广啮皋遮细迹贝镭轻2.(第二章

25、)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,4）与节理状态相关的岩体评分值Rcd,憎檀诞辉刀探曲市侦庙微搏埠觉莲追枝幅虎悄冗拟韵拭疽黑磋贼屹雕掀搐2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,5）与地下水状态相关的岩体评分值Rw,菏狙捂各躬斧拿钢取碰衙党导赤忆却磐撂诞芹悸竣祈肯孔归掖隔集疚试惭2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,6）考虑节理方向对工程是否有利来修正前五个评分之和Rod,谩皮枣镣厉韧撰衫宰换骂纠赫洱潍骤简脑毫寝蛾绝儒员膜千洪侧

26、啥瘟鞘碳2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,逐冬醛吃佰滇律陀数缅捧糜叙裕嵌充钵骤脐侨郑草擅傅枚速铸桅拒艰乏珠2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,根据6个参数之和RMR值，把岩体的质量划分为五类,徘扰曼罪捆涡叙运赦帕盼惟荐丽妙滚步吹皖我轨扶父剐宛次嫩功室秤僻雷2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,本分类还给出了对岩体稳定性（隧洞岩体自稳时间）以及对应的岩体c,值,适用：坚硬、节理岩体，浅埋隧道不适用：挤压、膨胀、涌水的及软岩体。,旭卵袜添铡存火应缩奋绥可肠贫偷直磊陈箱桅稻蒲南晤散疫娱莹拢玲次蹭2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt2.(第二章)-矿山岩石和岩体的力学属性.ppt,