1矿山岩石和岩体的基本性质

第一章矿山岩石和岩体的基本性质岩石：是由一种或多种矿物组成的。每种矿物都有一定的内部结构和固定的化学成份，因而各具有一定的物理性质和形态。岩体＝岩块（岩石材料）＋弱面（层理、节理、断层）岩块：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料。岩体：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体。1、岩石的密度和体积力密度（容重）：kg/m3。分为天然密度、饱和密度和干密度。体积力：（kN/m3）。说明：岩石由固体、空气和水组成；干湿密度的区分对粘土类矿物意义重大。取决于矿物成分、孔隙度和含水量。与埋深也有关。一、岩石的质量指标第一节岩石的物理性质2、岩石的相对密度相对密度（比重）：取决于组成岩石的矿物的相对密度。wccVGV水的密度岩石固体实体积的岩石重量绝对干燥时体积为比重＝指岩石裂隙和孔隙发育的程度，用孔隙度n和孔隙比e来表示。随着岩石孔隙度增大，一方面消弱了岩石的整体稳定性，使其密度和强度降低，透水性增大；另一方面会增加风化速度。进一步降低力学强度和增大透水性。%1001wccdVVVn1cwccdVVVe1、岩石的孔隙性二、岩石的体积指标2、岩石的碎胀性和压实性岩石名称砂、砾岩砂质粘土中硬岩石坚硬岩石煤碎胀系数k1.05~1.21.2~1.251.3~1.51.5~2.51.2VVK体积岩石处于完整状态时的岩石破碎膨胀后的体积系数1＝岩石的碎胀意义：采场管理、提升运输、充填效果、围岩压力等。1、吸水性和抗冻性Gg试件烘干质量吸入水的质量岩石试件在大气压力下＝吸水率吸水性通常用自然吸水率、饱和吸水率和饱水系数表示。饱水系数：自然吸水率与饱和吸水率之比。抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力。常用抗冻系数和质量损失率表示。三、岩石的水理性质吸水性通常用自然吸水率、饱和吸水率和饱水系数表示。2、透水性：岩石能被水透过的性能。与地下水水头、岩体应力、孔隙度、孔隙大小及其连通程度有关。渗透系数（m/s）：通过在钻孔中进行抽水实验或压水实验测定。岩石样品渗透性的确定对实际问题的意义，例如：将水、油或气泵入多孔的岩层中，或从其中抽出来；在多孔岩层中处理卤水废物；为了能量转换而在地下洞穴中贮存液体；评价水库的不透水性；排除深处洞室的海水，或预估流入隧洞的水量等。3、膨胀性和崩解性：前者是指岩石浸水后体积增大和压力增大的性能；后者是指浸水后发生解体的现象。4、软化性1ccwcRR压强度干燥岩石试件的单向抗抗压强度水饱和岩石试件的单向软化系数1、岩石的容热性和热膨胀性热膨胀性：岩石受热后其长度和体积发生膨胀的性质。用线膨胀系数和体膨胀系数来表征。四、岩石的热性和电磁性容热性：岩石进行热交换时所吸收热量的能力。用比热容和比定容热容表示。2、岩石的电磁特性1、弹性变形一、变形性质的类别和指标第二节岩石的强度和变形特性线弹性完全弹性（非线性）滞弹性2、塑性变形理想的塑性变形应变硬化现象一般岩石的变形曲线塑性变形后效弹性变形瞬时弹性变形岩石的黏性是指岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，且应变的速率随应力的变化而改变，当外力撤去后，不能恢复其原始状态的性质。理想的黏性岩石材料，其应力应变速率曲线呈直线关系，并且通过原点。这种应变速率随应力而改变的变形称之为流变变形或流动变形。2、岩石变形指标密度（容重）：kg/m3。分为天然密度、饱和密度和干密度。体积力：（kN/m3）。1、弹性变形密度（容重）：kg/m3。分为天然密度、饱和密度和干密度。体积力：（kN/m3）。一、变形性质的类别和指标第二节岩石的强度和变形特性第三节岩石力学性质岩石力学性质：分为变形和强度性质。变形性质体现尺寸效应；强度性质表现抵抗外力破坏的能力。研究岩石的力学性质主要研究岩石的变形、破坏和强度等性质。1.岩石的单轴压缩全应力—应变曲线裂隙闭合阶段、线弹性阶段、塑性阶段、软化阶段、扩容。2.岩石在三轴压缩条件下的力学性质3.岩石的强度：岩石抵抗外力破坏的能力。单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩4.岩石的硬度：岩石抵抗其它较硬物体侵入的能力。5.岩石的可钻性与可爆性第四节岩体工程分类为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额提供必要的基本依据。便于施工方法的总结、交流、推广。便于行业内技术改革和管理。岩石强度：单轴抗压强度为岩体稳定性评价的重要指标。结构面：结构面的研究应包括组数、密度、产状、延展性、结构面内物质成分等。水对岩体的影响：水对岩体稳定性有着重要的影响。岩体遇水后可以发生泥化、崩解、碎裂，致使岩体膨胀并大大降低强度。原岩应力状态：对岩体稳定性影响最大的是最大主应力。在缺乏地应力资料时，可选用γH值。分类指标：普罗托奇亚可夫于1926年提出：共划分为10级15种1.普氏系数分类法10cf我国煤炭系统按岩石坚固性将煤岩分类为：软煤：f＝1～1.5硬煤：f＝2～3软岩：f＝2～3中硬岩：f＝4～6硬岩：f＝8～10坚硬岩石：f＝12～14最坚硬岩石：f＝15～202.岩芯质量指标美国伊利诺斯大学狄勒（Deere）在1964年形成该标准，但直到1967年才以出版的形式首次提出该概念。RQD是一修正的岩芯取出率，仅考虑长度大于100mm的完整岩芯。RQD（%）﹤2525～5050～7575～9090～100岩石质量很差差一般好优秀掘巷后：（1）巷道周边应力集中；（2）围岩强度降低(三向应力状态→两向应力状态）（3）开挖扰动等。围岩应力与围岩强度的关系发生变化（超过则破坏，等于为极限平衡，小于则稳定）；3.围岩松动圈分类法围岩类别分类名称围岩松动圈/cm支护机理及方法备注小松动圈I稳定围岩0～40喷混凝土支护围岩整体性好，不易风化的可不支护中松动圈Ⅱ较稳定围岩40～100锚杆悬吊理论，喷层局部支护局部锚杆支护Ⅲ一般围岩100～150锚杆悬吊理论，喷层局部支护刚性支护有局部破坏，采用可缩性支护大松动圈Ⅳ一般不稳定围岩(软岩)150～200锚杆组合拱理论，喷层、金属网局部支护刚性支护大面积破坏，采用可缩性支护Ⅴ不稳定围岩(较软围岩)200～300锚杆组合拱理论，喷层、金属网局部支护围岩变形有稳定期Ⅵ极不稳定围岩(极软围岩)300组合拱理论联合支护围岩变形在一般支护下无稳定期围岩松动圈分类有三个突出优点：（1）绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又着重抓住了它们的影响结果，即松动圈是一个综合指标；（2）松动圈系实测所得，未在重要方面作任何假设；（3）松动圈大小很容易用声测法获得，确定支护参数时直观简单，现场应用十分方便。煤巷围岩塑性区分布4.按围岩变形量分类陆士良教授根据围岩变形量的大小和维护的难易程度，将回采巷道围岩分为五类：巷道维护状况围岩平均变形速度，mm/d围岩变形量，mm容易中等困难极难＜11~22~4＞4＜200200~500500~1000＞1000中国煤炭科学研究院建井所段振西教授提出以围岩的变形量大小分类围岩的理论及方法5.按施工需要分类1988年，煤炭工业部根据全国58条试验巷道的地质特征、井巷开拓后围岩的稳定状态，共为五类：本章思考题岩石、岩块、岩体的区别与联系。表示岩石物理性质的主要指标有哪些？各对岩体力学性质的有什么影响？什么是岩石的全应力－应变曲线？简述岩石在单轴压缩条件下的变形特征？如何得到岩石的坚固性系数f？什么是RQD分级法？根据围岩松动圈的大小，围岩可划分为几类？这种分级法有何优点？