岩石性质与工程分级共39页
第一章 岩石的性质及其工程分级
岩石岩体岩块的特性，物理性质的概念，力学性质的几个指标，3个工程分级一、基本概念1. 岩块是指从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体。
2. 岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体。
由固、液、气三相物质组成。
3. 岩石是指不分岩块和岩体的泛称。
但多数岩石力学文献中把岩石等同于岩块。
4. 弱面又称为结构面或不连续面，是指由于各种地质作用，岩体中呈现的明显地质界面，如层理、节理、断层和裂隙面等，它们往往具有强度低、易变形等特点。
5. 层理（或层面）指岩石沉积过程中的原生成层构造。
6. 节理指由于地质构造而产生的将岩体切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统。
也是岩体中未发生位移的（包括实际的或潜在的）破裂面。
7. 断层指岩体在构造应力作用下发生破裂，沿破裂面两侧的岩体发生显著的位移或失去连续性和完整性而形成的一种断裂构造。
8. 表土指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流沙、淤泥、砾石等的统称。
9. 基岩指表土以下的固结性岩石，或者在土壤及其他疏松物不存在处出现于地表的岩石。
•二、岩块与岩体的关系岩体＝岩块＋结构面•不连续的，非均质的，各向异性的，非线弹性的，–四、岩体的尺寸效应–对于工程岩体而言，岩体结构类型随工程尺寸的变化而不同。
因此，岩体结构是相对的，只有在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。
–工程岩体结构不同，岩体的力学机制和工程的稳定性分析方法也就不同。
•五、影响岩石性质的因素1. 岩石的矿物组成•岩石是由一种或多种矿物组成的。
每种矿物都各有其一定的内部结构和比较固定的化学成分，因而也各具有一定的物理性质和形态。
一般来说，岩块中含硬度大的粒状和柱状矿物如石英、长石、角闪石、辉石和橄榄石等愈多，岩块的强度就愈高；含硬度小的片状矿物如云母、绿泥石、滑石、蒙脱石及高岭石等愈多，岩块的强度就愈低。
2. 岩石的结构——岩石的微观组织特征•当矿物成分一定，呈现细晶、隐晶结构时，岩块强度往往比较高。
岩石性质与工程分级
1.4 岩石分级和围岩分类
岩体的结构和力学性都很复杂，为便于研究、 类比，有必要对岩体进行分类。
1.4.1 普氏岩石分级法（坚固性系数） 我国矿山长期使用的普氏岩石分类，是以普 氏岩石坚固性系数f（其值等于固结性岩石单 轴抗压强度 kg/cm2 数值的百分之一 { 十分之 一 } ）为准，按 f 值的变动范围将岩石划分为 10级。 表
d— 试件直径；cm；
t—试件厚度，cm； a，h—方形试件边长和厚度，cm。
1.3.2.3 岩石的剪切强度τf
1、剪切面上无压应力的剪切试验
2、剪切面上有压应力的剪切试验
试件尺寸：直径或边长不小于50mm，高度应等 于直径或边长。
P A
T A
3、斜剪试验
忽略端部摩擦力，根据力的 平衡原理，作用于剪切面上的 法向力N和切向力Q可按下式计 算：
井巷工程
采矿就是为了将地下的矿藏开采出来，要
达到这样的目的，就必须从地面到各煤层 开掘各种通道。 直立的通道称为竖井； 倾斜的通道称为斜井（上山、下山）； 水平或近似水平的通道称为平巷； 这些通道统称为井巷。
平硐开拓
斜井开拓
竖井开拓
在煤矿建设、生产中，常常说到的开拓开采，
1.4.2 围岩分类法
岩体的工程分类应当能反映出岩石的强度、 岩石破坏前后的变形特征和岩体结构等。这种分类在矿山ຫໍສະໝຸດ 采用。 表 表
1.4.3 岩石质量指标 10厘米以上岩芯累计长度与钻孔长度之比。
这种分类在石油系统采用。
表
思考题：
1. 岩石和岩体的概念？
就是开掘一系列井巷，并将煤炭从地层上采 下来的一系列工作。 而井巷工程就是其中开拓工作，它是煤矿建 设、生产中先行，没有开拓就没有开采。 井巷工程的对象：岩石。
井巷工程PPT课件-岩石的性质及其工程分级
根据结构面的类型、产 状、连续性等进行划分。
如地下水条件、地应力 状态等也会对岩石工程
分级产生影响。
应用实例分析
实例一
某矿山井巷工程，通过岩石工程 分级，选择了合适的支护方式和 掘进工艺，确保了工程的顺利进
行。
实例二
某隧道工程，在穿越不同级别的岩 石时，根据岩石工程分级结果，及 时调整了施工方法和支护参数，保 证了隧道的安全贯通。
抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力，抗压强度则是指岩石在单向压 缩条件下破坏前所能承受的最大压应力。它们是评价岩石稳定性和承载 能力的关键指标。
化学性质与风化作用
化学性质
岩石的化学性质主要包括其矿物成分在水、酸、碱等溶液中的溶解性、氧化-还原性以 及与其他物质的化学反应等。这些性质对于评价岩石的耐久性、抗风化能力和工程地质
了解地下水类型、水位、水质等信息，评估其对岩石性质的影
响。
取样和试验室测试流程
取样方法
根据勘察目的和岩石性质，选择合适的取样方法，如刻槽取样、 钻芯取样等。
样品制备
将取得的岩石样品进行加工处理，制备成符合试验要求的试样。
试验室测试
对试样进行物理性质测试（如密度、吸水率等）和力学性质测试 （如抗压强度、抗拉强度等）。
在施工过程中积累了丰富的经 验，为今后类似工程提供了有
益的借鉴和参考。
提高了井巷工程的技术水平和 施工能力，为当地基础设施建
设做出了积极贡献。
强调了地质勘探和监测在井巷 工程中的重要性，为今后类似 工程提供了宝贵的经验教训。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
03 岩石工程分级体系介绍
分级目的和意义阐述
目的
为井巷工程设计、施工提供基础依据 ，确保工程安全、经济、高效。
岩石性质与工程分级
3、溶蚀性：由于水化学作用而把岩石中某些物质带走的现象。
4、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。 5、软化性
水饱和岩石试件的单向 抗压强度Rcw 软化系数 c 1 干燥岩石试件的单向抗 压强度Rc
性、结构面内物质成分等。
（3）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。
（4）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。
20
1.普氏系数分类法
普罗托奇亚可夫于1926年提出：f
井巷施工技术
第一章 岩石的性质及其工程分级
胶州湾海底隧道
下穿胶州湾湾口海域。工程全长8800米，隧道全长约7800米，跨海 域部分约3950米，胶州湾隧道是继厦门翔安海底隧道之后内地第二条
2010.4.28全线贯通,南接黄岛区的薛家岛，北连青岛老市区团岛，
海底隧道，目前在海底隧道中长度排名国内第一、世界第三,预计于
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：
30
本章思考题
1．岩石、岩块、岩体的区别与联系。
2．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？
3．什么是岩石的全应力－应变曲线？简述岩石在单轴压缩
条件下的变形特征？
4．在三轴压缩条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？ 4．简述岩石的强度特征。 5．如何得到岩石的坚固性系数f ？什么是RQD分级法？ 6．根据围岩松动圈的大小，围岩可划分为几类？这种分级
岩石性质与工程分级
实验证明：岩石的软化系数与下列因素有关：
岩石的亲水性矿物和易溶性矿物的含量大小
岩石的空隙发育情况
岩石浸水的时间长短
水的化学成份
见书P5软化系数表 粉土岩、页岩、砂岩、石灰岩
4、岩石的碎胀性 岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大 的性质称为岩石的碎胀性，用碎胀系数k来表 V1 示。 k V
开采和掘进的关系
从哲学观点来讲，在采掘关系中，采是
以掘为条件，而掘进又服务于开采；采掘这种 互相依存的关系，贯穿于矿山生产的全过程， 因此，在矿山生产中必须做到“采掘并举、掘 进先行” 。
三、我国井巷施工技术发展概况
建国60多年来，我国矿山工业发展非常快， 井巷施工技术发展也很迅速，体现在以下几个方面： （1）立井施工中，冻结法、钻井法、沉井法、 帷幕法施工技术已经成熟，钻井法一次可钻直径达 8米的井筒。 （2）斜井施工中，使用大箕斗、大扒斗、深孔 爆破、光爆锚喷、激光定向等机械化作业线。 （3）平巷施工中使用了全断面一次成巷联合掘 进机械作业线（综掘）。 （4）巷道支护中锚喷技术得到了很大的发展。
二、岩石的强度特性 岩石在外载荷作用下抵抗破坏的能力称为岩石 强度。它反映了岩石的极限承载能力。强度特性分 为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗冲击强度等。 测定方法：用压力试验机 抗压强度 抗拉强度 抗剪强度 抗冲击强度
1、岩石的强度性质 岩石在外部载荷作用下要变形，变到一定程度 还要破坏。岩石破坏时所能承受的最大载荷叫极 限载荷，用单位面积表达叫极限强度。 对于井巷来讲，有两种表现： ① 围岩强度大于所受压力，巷道可以不支护而 长期稳定安全； ② 围岩强度小于所受应力，则围岩必然要破坏， 如发生冒顶、片帮和底鼓等现象，我们必须加强 支护。
岩土工程分类与分级课件
•岩土工程分类与分级
•9
• 变质岩 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
•岩土工程分类与分级
•10
二、 岩体及岩体结构
• 岩石（Rock）:
•岩土工程分类与分级
•3
• 力学性质
强度指标： – 抗压强度(compressive strength)： – 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 – 抗拉强度(tensile strength)： 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 – 抗剪强度(shear strength)： 岩石抵抗剪切破坏的能力。
面因素：
（1）岩石材料的质量（强度指标）。
（2）岩体的完整性，结构面产状、密度、声波等。 （3）水理状态（软化、冲蚀、弱化） （4）地应力 （5）其它因素（自稳时间、位移率）
其中：岩性是最重要因素 返回
•岩土工程分类与分级
•23
4、几种代表性的分类方案
《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)
5%<有机质含量<10%时,称有机质土; 10%<有机质含量<60%时,称泥炭质土; 有机质含量>60%时,称泥炭。
•岩土工程分类与分级
•43
工程特性：
•含水量高，天然含水量>液限，软塑－流塑状态。 •透水性低，水平向渗透系数较大。 •压缩性大，强度低，欠压密状态。 •显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。
•岩土工程分类与分级
•4
抗剪强度可分为以下三种强度： ( a ) 抗剪断强度：在垂直压力作用下的岩石剪切强度。 ( b ) 抗剪强度：沿着已有的破裂面发生剪切时的强度。 ( c ) 抗切强度：压应力等于零时的剪切强度。
【采矿课件】01岩石性质及其工程分级.pptx
也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。
5.基岩表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩。
第 3 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
岩块：
第 4 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
岩体
第 5 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
K V1 V
K—岩石的碎胀系数；
V1—岩石破碎膨胀后的体积； V—岩石处于整体状态下的体积。
表1-4为常见岩石碎胀系数。
K Q AI
Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度; K-渗透系数
影响因素： 地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。
表1-2为岩石渗透系数
第 13 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
三、岩石的水理性质
第 14 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
V
V
GV
d w
d w
孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿
物颗粒体积Vc之比。
e V VC V 1 dW 1
VC
VC
C
第 10 页 2020/8/15
资环学院 王 猛 13841875800
三、岩石的水理性质
1．岩石吸水率：W是指岩石试件在标准大气压 下吸入水的 质量与试件烘干后质量G之比值。
3．岩石的溶蚀性
由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象 称为岩石的溶湿性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，
强度降低,贵州761矿巷道中的钟乳石、石笋。
第一章 岩石性质与工程分级
91×61×25m第一章岩石的性质及工程分类井巷工程的最基本工作就是破岩与维护。
因此，在这一章主要讲述岩石的一些基本性质，包括岩石的物理性质和力学性质，为破岩与维护的基础知识；另外，围岩的工程分级一直是工程设计的基本依据之一，将在本章的最后进行讲授。
本章的重点应是围岩分级。
本章主要参考书第一节概述Rock mechanics is thetheoretical and applied scienceof the mechanical behaviour ofrock and rock masses; it is thatbranch of mechanics concernedwith the response of rock androck masses to the force fieldsof their physical environment.岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。
US National Committee on Rock Mechanics, 19641. 岩块、岩体和岩石♣岩块（Rock）：从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料（Rock Materials）。
♣岩体（Rock Mass）：指岩石工程周围较大范围内的自然地质体岩体＝岩块（岩石材料）＋弱面（层理、节理、断层）Rock mass = Rock material + Rock discontinuities♣岩石：不分岩块与岩体时的泛称。
岩块（Rock）性质：强度：抗压强度、抗拉强度、剪切强度等；变形：弹性模量、泊松比；矿物：矿物成分、颗粒大小、结构等；物理性质：密度、水理性、孔隙性等。
弱面(Discontinuities)性质弱面包括层理、节理、断层等。
性质包括：剪切强度、方位、距离、硬度、张开度、充填性、风化性、粗糙性等岩石材料的性质对岩体性质影响很小，而弱面控制着岩体的性质例如：岩体压缩时，破坏是沿着已存在的弱面发生的；在拉伸时，由于弱面的存在，强度很小。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩石性质与工程分级
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利