一、岩石性质及其工程分级
岩土工程分类与分级
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
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。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
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。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）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。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
第一章岩石的性质及其工程分级
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指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之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
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。
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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。
井巷工程考试重点
井巷工程考试重点第一章岩石的性质及其工程分级1.解释岩石、岩体、和岩块三者的特点和力学性质的差异。
答：岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体；岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体；岩石则是部分岩块和岩体的泛称。
由于弱面的存在，岩体强度通常小于岩块强度。
在研究岩石的力学性质时，必须注意到岩块的非均质性、各向异性和不连续等问题。
但岩块是不包含有显著弱面的岩石块体，相对岩体而言，可以把岩块近似地视为均质、各向同性的连续介质来处理，而岩体则不能。
除了少数岩体外，一般岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.影响岩石性质的因素有哪些答：岩石性质与其矿物组成有关。
一般而言，岩块中含硬度大的片状矿物如云母、绿泥石、滑石、蒙脱石及高岭石等愈多，岩块的强度就愈低。
岩石的结构和构造对岩石的性质也有重要影响。
岩石的结构说明岩石的微观组织特征，是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形状和颗粒之间的联系方式。
岩石结构不同，其性质也各异。
岩石的构造则说明岩石的宏观组织特征。
3.解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
答：岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大，这种性质成为岩石的碎胀性。
岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前处于整体状态下的体积之比来衡量，该值称为碎胀系数。
4.三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些答：三向压力作用下岩石的变形表现出下列特征：⑴弹性段与单轴压缩下基本相。
这一特性具有重要意义，因为可以通过简易的单轴试验确定复杂应力状态下的弹性常数。
⑵岩石表现出明显的塑性变形。
⑶屈服极限、强度峰值和残余强度都与围压大小成正变关系。
⑷大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台，呈现塑性流动现象。
⑸达到临界围压以后继续提高围压，不再出现峰值，应力应变关系呈单调增长趋势。
强度特征: ⑴在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。
⑵同一种岩石的强度并非常数。
⑶在不同受力状态下，岩石的极限强度相差悬殊。
6.岩石工程分级的目的和意义是什么常用哪些表示方法第二章答;按成因不同，岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。
岩石的基本物理性质以及工程分类
mW 1 100% ms
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 饱和吸水率
岩石的饱和吸水率（ ρ ）是指岩石在高压（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，
VV V
d *100%=(1- s
)100%
（1-4） （1-5） （1-6） （1-7） （1-8）
VV 0 V VVb V VVa V VVc V
*100% *100% *100%=n0-nb *100%=n-n0
1.2 .3 岩石的水理性质
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。主要有吸水 性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。 1) 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。常 用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。
Kh Rcw Rc
（1-13）
KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：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，且含大开空隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用冻融系数和质量损失 率来表示。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的膨胀性 岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。 大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，这是因为岩石中的矿物 亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有绢云母、石墨和 绿泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能 渗进片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也会引起岩石体积增大。 岩石膨胀大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可通 过室内试验确定。目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪的方法测 定岩石的膨胀性。
1.5 岩石的工程性质及工程分类
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段 BC段：塑性变形、裂
隙扩展阶段
岩石变形性质的指标
变形模量 弹性模量 泊松比
E0=σ/ε
E50=σ50/εD
ν= ε /ε
横纵
常见岩石的变形特性指标
岩石名称
E
(×104 MPa)
ν 岩石名称
花岗岩 流纹岩 闪长岩 安山岩 辉长岩 玄武岩 砂岩
5~10 5~10 7~15 5~12 7~15 6~12 0.5~10
野外试验 10−4 ~ 10−9
10−2 ~ 10−7
1×10−3 ~ 3×10−8
10−8 ~ 10−11 10−3 ~ 10−7
10−3 ~ 10−7 2 ×10−7
岩石的软化性
软化性用软化系数来表示，它是指岩石 饱和状态下与天然风干状态下单轴抗压强度 之比，即：
KR
=
Rc R
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性。
岩石名称 花岗岩 流纹岩 玄武岩 闪长岩 安山岩
辉绿岩
凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩
软化系数
0.72~0.97 0.75~0.95 0.30~0.95 0.60~0.80 0.81~0.91
0.33~0.90
0.52~0.86 0.50~0.96 0.21~0.75 0.24~0.74
岩石名称
软化系数
泥灰岩 石灰岩 泥岩 硅质板岩 石英片岩、角闪片
岩石名称
容重
岩石名称
容重
花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
2.52~2.81 2.67~2.96 2.85~3.12 2.80~3.11 2.17~2.70 2.06~2.66
石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
井巷工程思考题及参考答案
第一章岩石的性质及其工程分级1.岩体的组成部分有哪些？岩石和岩体有什么区别？岩块是指从地壳岩层中切取出来的小块体，主要用于岩石性质的室内试验研究；岩体是指地下工程周围较大范围内的自然地质体，岩体内一般包括有非连续面；岩石则是不分岩块与岩体时的泛称；开挖巷道会对周围岩石有应力和位移等扰动，这个扰动范围一般为5倍的巷道直径，巷道附近受扰动的岩石称为围岩答：岩体由固、液、气三相物质组成，是岩块和结构面的结合体。
岩石与岩体的区别是：岩石相当于岩块，是从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体，具有完整性好、强度高等特点，可以把岩石近似地视为均质、各向同性的连续介质；而岩体是地下工程周围较大范围的自然地质体，包含有大量的结构面，具有完整性差、强度低等特点，除了少数岩体外，一船岩体均属于非均质、各向异性的不连续介质。
2.单轴压缩条件下，岩石的全应力－应变曲线包括哪几个阶段？答：单轴压缩条件下，岩石的全应力－应变曲线包括以下五个阶段：原始裂隙压密阶段、弹性阶段、塑性阶段（或破裂发展阶段）、软化阶段和残余强度阶段。
3.普氏岩石分级法的实质是什么？它有什么优缺点？答：普氏岩石分级法的实质是由岩石的单向抗压强度(MPa)除以10(MPa)得到的数值，它表示岩石在各种采矿作业(钻凿、爆破等)以及地压等外力作用下受破坏的相对难易程度。
它的优点是：指标单一，分类方法简单易行；它的缺点是：只反映了岩石开挖的难易程度，不能反映围岩维护的难易程度；由于定级的标准以岩块强度为基础，不能说明岩体的完整性和稳定性等特征，因而不能指导巷道支护设计；由于分类等级较多，使用起来不很方便。
4.围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上有什么区别？答：围岩分类法与普氏岩石分级法在应用上的区别是：普氏岩石分级法应用于岩石破碎方面，目的是为了提高破岩效率，合理地选择钻眼爆破参数；围岩分类法应用于巷道维护方面，目的是为了恰当地判定巷道周围岩体的稳定性并合理选择支护类型。
1、岩石性质与工程分级
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
12 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、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
分类名称 稳定围岩
围岩松动圈 /cm 0～40
支护机理及方法 喷混凝土支护
备注 围岩整体性好，不 易风化的可不支护
Ⅱ
中松 动圈 Ⅲ Ⅳ 大松 动圈
较稳定围岩
一般围岩
40～100
100～150 150～200
锚杆悬吊理论，喷层局部支护
锚杆悬吊理论，喷层局部支护
局部锚杆支护
刚性支护有局部破 坏，采用可缩性支护
4
5
6
第一章 岩石的性质及工程分类
井巷施工技术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，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。 本章的重点是围岩分级。
7
第一节
概述
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。
煤 < 1.2
意义：采场管理、提升运输、充填效果、围岩压力等。
14
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。
研究力学主要研究岩石的变形、破坏和强度等
性质。
15