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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
一、单轴压缩条件下的岩石变形
（一） 连续加载
1、变形阶段 •空隙压密阶段(OA)：曲线呈上凹型 •弹性变形阶段(AB) B点:弹性极限 •微裂隙稳定发展阶段(BC) C点:屈服强度 •非稳定发展阶段(CD) D点:峰值强度 (-) d B A V
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 岩石与土之间的差别，主要表现在： （1）岩石矿物颗粒间具有牢固的连结。（岩石区别于土并赋予岩石 以优良工程地质性质的主要原因） 岩石——结晶连结、胶结连结 土 ——水胶连结、水 连 结 （2）岩石具有强度高、不易变形以及整体性和抗水性好，其中存在 着结构面（带）。如断层、节理等，使岩体受到不同程度切割。 土体中一般没有这种结构面切割。 岩体——结构面切割——岩块力学性质各向异性 土体——很少有结构面——土体可以看作各向同性 （3）岩体中具有较高的地应力。（岩体在长期地质历史过程中，遭 受地质构造作用的结果） 岩体——自重应力、构造应力——物理力学性质复杂 土体——自重应力 2015-4-22 4 中国地质大学工程学院
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• 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
Km
m s1 m s 2 100% m s1
•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。

i
E
i i
o i
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L
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• 当应力-应变曲线为“S”型 ， 常用的有初始模量、切线模量 和割线模量。 • 初始模量(Ｅi)指曲线原点处切 线斜率： Ei i
i
2 50
Ei
Et
2 1 2 1
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• 总空隙率(n)
n
岩 石 空 隙 率
隙比
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Vv 100% (1 d ) 100% V s
• 总开空隙率(no) • 大开空隙率(nb) • 小开空隙率(na) • 闭空隙率(nc)
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率 (Wsat) 是指岩石试件在高压 ( 一般为 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:
Wsat
mw 2 100 % ms
组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态 和地下水等地质环境中的地质体。
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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•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：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。 •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
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一、岩石的密度
• 是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3 ，岩石密度可分为岩石 颗粒密度和岩石块体密度。 1、岩石颗粒密度(ρs)： 是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。 ρs= ms/Vs 它不包括空隙，故其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。岩 石颗粒密度属实测指标，常用比重瓶进行测定。 2、岩石块体密度(ρ)：指岩块质量与其体积之比值，即岩块单位体积 的质量。 ρ=m/V 岩石块体密度除与矿物成分有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密 切有关。致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度接近； 随空隙、裂隙的增加，块体密度相应减少。 注意：（1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ)（2）ρs与ρ的单位 （g/cm3, kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
第三节 岩石的力学性质
• 岩石的力学性质是岩石在外力作用下所表现出来的性质。 • 在外力作用下，岩石首先产生变形，这种变形可分为弹性变形和 塑性变形。弹性变形是物体受力发生的全部变形，在外力解除的 同时立即消失。因而是可逆变形；塑性变形是物体受力后，在外 力解除后，变形不再恢复，是不可逆变形，又称为永久变形或残 余变形。 • 随着力的不断增加，当达到或超过某一极限值时，岩石便产生破 坏。岩石抵抗外力破坏的能力称为强度。根据破坏的应力类型， 岩石破坏有拉破坏、剪破坏和流动破坏。由于受力状态和破坏形 式的不同，岩石强度又可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、抗 剪强度等。 • 研究岩石的力学性质，一般是通过室内岩石力学试验进行研究， 主要研究岩石的变形破坏与强度性质。
岩石的饱和吸水率也是表示岩石物理性质的一个重要指 标。
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3.饱水系数
• 岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wsat)之比，称为饱水 系数。
Ks Wa / Wsat
• 它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。
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第一节
岩石与土工程地质性质的差别
• 岩石和土都是矿物的集合体，是自然地质作用的产物，并在地质 作用下相互转化。 • 土在一定温度和压力下，经过压密、脱水、胶结、重结晶等成岩 作用形成岩石。 • 岩石经风化作用，形成土。 • 坚硬岩石——软弱岩石——半成岩石——坚硬土层——软弱土层 • 岩石——风化作用——土 —— 成岩作用——岩石 • 岩石与土之间，即存在多方面的共性和联系，又有明显不同:岩石 在力学性能、抗水性、完整性等都比土好的多。但也有些岩石与 土很难区别，如粘土岩、泥灰岩、凝灰岩等。总的来说，岩石的 建筑条件比土体要优越的多，土体中出现的问题，对岩体就显得 十分微弱或不存在了。
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（二） 循环加载
1. 卸荷点（P）的应力低于岩石的 弹性极限 (A) ，则卸荷曲线将基本 上沿加荷回到原点，表现为弹性恢 复（图）。 2. 卸荷点（P）的应力高于岩石 的弹性极限 (A) ，则卸荷曲线从 原来的加荷曲线偏离出来。
• 切线模量(Ｅt)指曲线上任一点 处切线的斜率，在此特指中部 直线段的斜率： 2 1
Et
2 1
1 i o
50 50
Ei
i i
• 割线模量(Ｅs)指曲线上某特定 点与原点连线的斜率，通常取 σc／２处的点与原点连线的斜 率： Ei 50
50
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
第二节 岩石的物理性质
岩石:矿物、岩屑的集合体。 结构面:指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有
一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。
岩块:指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最
小岩石单元体。
岩体:指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络
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弹性-蠕变型
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
3、岩石的变形参数
1)变形模量（modulus of deformation)是指单轴压缩条 件下，轴向压应力与轴向应变之比。 • 当应力-应变为直线关系时，变形模量为常量，数值 上等于直线的斜率。该模量又称为弹性模量)
工程地质学Engneering Geology
第五章 岩石的工程地质性质
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
第五章 岩石的工程地质性质
第一节 岩石与土工程地质性质的差别 第二节 岩石的物理、水理性质 第三节 岩石的力学性质
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
三、岩石的抗冻性
• 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性和质量损失率来 表示。 • 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
Rd
c2 100% c1
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工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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。用软 化系数表示。 • 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。 cw KR c • 显然KR 愈小，岩石软化性愈强，岩石的软化性取决于 岩石的矿物组成与空隙性，当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。
岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。 主要有岩石的吸水性、软化性、抗冻性及透水性等。
一、岩石的吸水性