岩石的物理性质

2020/4/24岩石力学2.2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、岩石的密度2、岩石的孔隙性2020/4/24岩石力学（一）、岩石的密度1、颗粒密度(ρs)：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：ρs=ms/Vsρs—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2020/4/24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（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。ρd=ms/Vρsat=msat/Vρ=m/V2020/4/24岩石力学注意：（1）ρs与ρ的区别(ρsρ)（2）ρs与ρ的单位（g/cm3kN/m3）（3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）（一）、岩石的密度2020/4/24岩石力学常见岩石的密度岩石名称密度(g／cm3)岩石名称密度(g／cm3)花岗岩2.52～2.81石灰岩2.37～2.75闪长岩2.67～2.96白云岩2.75～2.80辉长岩2.85～3.12片麻岩2.59～3.06辉绿岩2.80～3.11片岩2.70～2.90砂岩2.17～2.70大理岩2.75左右页岩2.06～2.66板岩2.72～2.842020/4/24岩石力学2020/4/24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2020/4/24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。een1nne12020/4/24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2020/4/24岩石力学2020/4/24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2020/4/24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(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示%10021wwammW%100ddawaVbbWWVVn2020/4/24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%1002swpmmW3.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。%100dd00WpWVVnwpV（2）饱和吸水率2020/4/24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(σcw)与干抗压强度(σc)的比值ccwRK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，软化系数较小。KR＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差2020/4/24岩石力学岩石名称软化系数岩石名称软化系数花岗岩0.72～0.97泥岩0.40～0.60闪长岩0.60～0.80泥灰岩0.44～0.54辉绿岩0.33～0.90石灰岩0.70～0.94流纹岩0.75～0.95片麻岩0.75～0.97安山岩0.81～0.91石英片岩、角闪片岩0.44～0.84玄武岩0.30～0.95云母片岩、绿泥石片岩0.53～0.69凝灰岩0.52～0.86千枚岩0.67～0.96砾岩0.50～0.96硅质板岩0.75～0.79砂岩0.21～0.75泥质板岩0.39～0.52页岩0.24～0.74石英岩0.94～0.96常见岩石的软化系数2020/4/24岩石力学2020/4/24岩石力学2020/4/24岩石力学常见岩石的物理性质指标值2020/4/24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(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示%10012ccdR2020/4/24岩石力学（三）、岩石的抗冻性%100121sssmmmmK质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1－ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高吸水率Wa＜5％、软化系数KR＞0.75，饱水系数小于0.8的岩石，抗冻性高。2020/4/24岩石力学（四）、岩石的透水性在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质，称为透水性。服从线性渗流规律——达西定律，即U＝KJ渗透系数取决于岩石中空隙的数量、规模及连通情况等，并可在室内根据达西定律测定。同一种岩石，有裂隙发育时，渗流系数急剧增大，说明空隙性对岩石透水性的影响是很大的。2020/4/24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。2020/4/24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。2020/4/24岩石力学泡水前岩石：完整坚硬泡水后岩石：水化分散2020/4/24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？2020/4/24岩石力学第三节岩石的热学性质研究表明，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。2020/4/24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。2020/4/24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：12()QCmTTC（J/kg·K）即为比热容，是表征岩石热容性的指标2020/4/24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（0.7～1.2）×103J/kg·K第三节岩石的热学性质多孔含水岩石比热容计算：1212dwCxCxCxx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。2020/4/24岩石力学dTQkAdtdx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：kC2020/4/24岩石力学21llTT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