岩石性质与分级

第一章岩石的性质与分级•第一节岩石的物理性质•一、概述•（一）岩体的组成•从煤矿采掘角度来看，岩体包括以下三部分：•1．岩石•2．地下水•3．瓦斯（二）岩石的生成及结构、构造•1．岩石的生成•岩石按其生成原因不同，可分为岩浆岩，沉积岩和变质岩等三大类。•2．岩石的结构和构造•1）岩石的结构•（1）砾状结构：指粒径大于2mm的岩石碎屑胶结而成的碎屑结构类型，如砾岩；•（2）砂质结构：指粒径变化在2～0.05mm之间的碎屑结构类型，如砂岩；•（3）粉砂质结构：指粒径变化在0.05～0.005mm之间的碎屑结构类型，如粉砂岩、页岩等；•（4）泥质结构:指粒径小于0.005mm的碎屑结构类型，如泥岩、粘土岩等。2）岩石的构造•（1）整体构造：岩石的颗粒互相严密地紧贴在一起，没有固定的排列方向；•（2）多孔状构造：岩石颗粒彼此相接并不严密，颗粒之间有许多小空隙(微孔)；•（3）层状构造：岩石颗粒互相交替，表现出层次叠置现象(层理)。二、岩石的密度和表观密度••ρ=m/V•ρ——岩石的密度（g／cm3）；•m——岩石在干燥状态下的质量（g）；•V——岩石在绝对密实状态下的体积（cm3），是指不包含岩石内部孔隙的实体积。三、岩石的空隙比%100)1(%100)1(%1000000VVVVV四、岩石的碎胀性和压实性0VV五、岩石与水有关的性质•（一）岩石的水胀性和水解性•水胀性和水解性主要是松软岩石所表现的特征。•（二）岩石的软化性•岩石的软化性是指岩石浸水后的强度明显降低的特征，用软化系数来表示gbRffK第二节岩石的力学变形和强度特性•一、岩石的变形特性•岩石受到外部载荷时首先发生变形，当载荷增加超过极限强度时，就会导致岩石破坏。所以岩石的变形和破坏是岩石在载荷作用下力学性质变化过程中的两个阶段。•（一）岩石的弹性和塑性E（二）岩石的流变性质•1）蠕变：是指在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增长的现象称蠕变。•2）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有一部分变形立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经过一定时间仍能完全恢复。•3）松弛：是指在应变保持一定的条件下，应力将随时间而逐渐减小的现象称为松弛。二、岩石的强度特性•（一）岩石的抗压强度•岩石试件在压缩时所能承受的最大压应力值，称为岩石的抗压强度。•（二）岩石的抗拉强度•岩石试件在拉伸时能承受的最大拉应力值称为岩石的抗拉强度。（四）岩石各种强度之间的关系•三向等压抗压强度三向不等压抗压强度双向抗压强度单向抗压强度抗剪强度抗拉强度•此外，根据实验资料，各种强度值有以下数量关系：•抗拉强度/单向抗压强度=1/5～1/38•抗剪强度/单向抗压强度=1/2～1/15•针对岩石强度的特点，在破岩时应使岩石单向或双向受力井处于拉伸或剪切的状态。在井巷维护时使岩石处于受压状态。第三节岩石分级和围岩分类•一、普氏岩石分级法•f=R/10•f-普氏系数；•R-岩石的单向抗压强度，MPa；•10-标准岩石的单向抗压强度，MPa二、围岩分类法•（一）煤矿锚喷支护巷道围岩分类•我国煤炭、冶金和铁路等部门的地下工程，都提出了岩体稳定性的分类方法。其中煤矿锚喷支护巷道的围岩分类，根据锚喷支护设计需要，结合煤矿岩体的特点，将围岩划分为五类。（二）按围岩松动圈的分类方法•经过大量的现场松动圈测试及其与巷道支护难易程度相关关系的调研之后，结合锚喷支护机理，依据围岩松动圈的大小将围岩分成小松动圈(0～40cm)，中松动圈(40～150cm),大松动圈(＞150cm)三大类，六小类。三、按围岩变形量判断巷道的稳定状态（P24）•按围岩变形特征和围岩变形量大小而进行围岩分类，判断巷道的稳定状态时，支护载荷即岩体地应力，其目的就是阻止围岩变形。围岩变形理论是围岩分类的理论基础和重要依据，也是巷道支护理论的主要组成部分。在这个基础上制定的围岩分类可以使锚喷支护结构、参数合理化，把设计、施工与监控量测紧密结合起来，真正做到“三位一体”。它具有技术理论先进，经济合理，安全可靠的特点，可极大地促进锚喷支护技术的完善与提高。