岩石力学讲义(岩石的物理性质)[共49页].ppt

本次课的课程提纲本次课的课程提纲一、岩石的组构特征一、岩石的组构特征二、岩石中的结构面（软弱面）二、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石的四个性质三、岩石的四个性质四、岩石的物理四、岩石的物理五、岩石的水理性能五、岩石的水理性能11 1 岩石的物质组成岩石的物质组成粘土矿物粘土矿物硅酸盐类矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物氧化物类矿物组成岩石的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决定着岩石的石的力学性质力学性质二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征2物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响o一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉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（片石、橄榄石（粒状）及云母和粘土矿物（片状）等状）等o含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高花含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高花岗岩、闪长岩、玄武岩岗岩、闪长岩、玄武岩o含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低粘土岩、泥岩粘土岩、泥岩3o碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类，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岩石的物理力学性质取决于岩石中的CaCOCaCO3 3及酸不溶物的含量及酸不溶物的含量oCaCOCaCO3 3含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高o泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学性质差性质差物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响4o碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系：碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系：o强度上：硅质强度上：硅质 铁质铁质 钙质钙质 泥质泥质物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响5泥页岩的粘土矿物组成泥页岩的粘土矿物组成o蒙脱石蒙脱石o伊利石伊利石o绿泥石绿泥石o高岭石高岭石o伊蒙混层伊蒙混层粘土矿物粘土矿物力学性质力学性质 蒙脱石含量高蒙脱石含量高软，易变形，易水化软，易变形，易水化 伊利石含量高伊利石含量高硬脆，不易变形，不易水化硬脆，不易变形，不易水化62 2 岩石的结构岩石的结构岩岩石石的的结结构构：岩岩石石内内矿矿物物颗颗粒粒的的大大小小、形形状状、排排列列方方式式及及微微结结构构面面发发育育情情况况与与粒粒间间连连结结方方式式等等反反映映在在岩岩块块构构成成上上的的特特征征。

其其中中，粒粒间间连连结结分分结结晶晶连连结结与胶结连结与胶结连结二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征颗粒形状颗粒形状 强度：强度： 粒状、柱状粒状、柱状片状片状鳞状鳞状颗粒大小颗粒大小 强度：强度： 粗粒粗粒 不等粒不等粒72 2 岩石的结构岩石的结构微微结结构构面面：指指存存在在于于矿矿物物颗颗粒粒内内部部或或矿矿物物颗颗粒粒间间的的软软弱弱面面或或缺缺陷陷，包包括括矿矿物物解解理理、晶晶格格缺缺陷陷、粒粒间间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等 降低岩石强度降低岩石强度 导致岩石力学性质各向异性导致岩石力学性质各向异性二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征82 2 岩石的结构岩石的结构结结晶晶连连结结：矿矿物物颗颗粒粒通通过过结结晶晶相相互互嵌嵌合合在在一一起起，它它是是通通过过共共用用原原子子或或离离子子使使不不同同晶晶粒粒紧紧密密接接触触岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩胶胶结结连连结结：矿矿物物颗颗粒粒通通过过胶胶结结物物连连结结在在一一起起碎屑岩碎屑岩二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征9二、二、岩石的组构特征岩石的组构特征o基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这基底型：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种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关o接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大度低，岩石强度也不大o间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填物充填o溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到溶蚀型：胶结物不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。

矿物颗粒本身中，胶结强度很高岩石的主要胶结类型：岩石的主要胶结类型：10A）基底型）基底型 B）间隙型）间隙型 C）接触型接触型 D）溶蚀型）溶蚀型113 3 岩石的构造岩石的构造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间上相互排列及所占的位置岩浆岩的构造岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造构造、杏仁状构造沉积岩的构造沉积岩的构造：层理构造层理构造变质岩的构造变质岩的构造：片理构造片理构造二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征1213三、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石中的结构面（软弱面）o结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性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，包括较大、厚度较小的两维面状地质界面，包括物质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）物质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）n结构面的成因类型结构面的成因类型n结构面的规模与分级结构面的规模与分级1.结构面特征及其对岩石性质的影响结构面特征及其对岩石性质的影响14一）结构面的成因类型一）结构面的成因类型o地质成因类型地质成因类型n原生结构面原生结构面n构造结构面构造结构面n次生结构面次生结构面o力学成因类型力学成因类型n张性结构面张性结构面n剪性结构面剪性结构面15结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型o原生结构面：原生结构面：在岩石形成过程中形成的在岩石形成过程中形成的软弱面软弱面n岩浆岩的流动构造面、冷缩形成的原生裂隙面、侵入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；体与围岩的接触面；n沉积岩体内的层理面、不整合面；沉积岩体内的层理面、不整合面；n变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。

变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等o在原生结构面中，除了原生裂隙，以及由于受构在原生结构面中，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，造运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多多具有一定的连结力和较高的强度具有一定的连结力和较高的强度16结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型o构造结构面：构造结构面：岩石形成后的构造运动过程中产生的各种岩石形成后的构造运动过程中产生的各种破裂面破裂面o断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造裂隙面等造裂隙面等o这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的o规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同规模较大的，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的充填物，其中大部分已泥化，或者已变成了软弱夹层o就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，大部分构造大部分构造软弱面的特性都很坏软弱面的特性都很坏，强度多接近于岩体的剩余强度，强度多接近于岩体的剩余强度，往往导致复杂往往导致复杂。

17结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型o次生结构面：次生结构面：岩体在外力作用下产生的软弱面岩体在外力作用下产生的软弱面o如风化裂隙面、卸荷裂隙面等风化裂隙面发育深如风化裂隙面、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卸荷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裂隙面基本上平行于岩体卸荷自由面一般来说，一般来说，次生结构面主要影响地面附近岩体的稳定性次生结构面主要影响地面附近岩体的稳定性18结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o这里所说的这里所说的结构面是指岩体中的破裂面结构面是指岩体中的破裂面而言而言o所谓软弱面的力学成因类型，是所谓软弱面的力学成因类型，是指按照形成破裂面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，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应划分为剪性和张性两大类别19结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o张性破裂面张性破裂面：是由张力形成的，在破坏过程中，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，形态多张性破裂面，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具有含水丰富，导水性强以及剪切强度高等特征2021结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o剪性破裂面剪性破裂面：是由剪应力而形成的，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。

征，也是鉴定剪性破裂面的主要依据22正断层正断层上盘相对下盘向下滑动的断层上盘相对下盘向下滑动的断层上盘下降上盘下降下盘上升下盘上升23三）结构面特征及其对岩体性质的影响三）结构面特征及其对岩体性质的影响o产状产状o连续性连续性o密度密度o张开度张开度o形态形态o充填胶结情况充填胶结情况o组合关系组合关系 24软弱面的影响软弱面的影响o岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、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软弱，更易于变形而且表现为高度的各向异性 25三、岩石的不连续性、非均匀性、各三、岩石的不连续性、非均匀性、各向异性和渗透性向异性和渗透性26岩石的不连续性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量评价岩石对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定量评价岩石被裂隙切割后破碎程度的指标被裂隙切割后破碎程度的指标 27岩石的不连续性岩石的不连续性a a、单向裂隙、单向裂隙( (或裂隙频率或裂隙频率) )单向裂隙指一组结构面的法线方向。