工程地质学--第五章 岩石的工程地质性质
合集下载
工程地质学--第五章-岩石的工程地质性质ppt(1)
堆积土滑坡、堆填土滑坡、黄土滑坡、粘土滑坡、破 碎岩石滑坡和岩石滑坡等
4、其它分类 按滑体厚度分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡。
按滑坡体的体积大小分为：小型滑坡、中型滑坡、大 型滑坡和特大型滑坡四类。
按滑坡时代分为：始滑坡、古滑坡、老滑坡和新滑 坡．
三、滑坡的发育过程
滑坡发育的三个过程：
蠕动变形阶段：边坡内部剪应力增加，岩 土强度降低，张拉、剪切、鼓张裂隙出现 并发育
四、岩石风化分布规律
风化带 岩石由表及里、由地表向下风化作用的影响逐渐
减弱以至消失。----地壳岩石发生变化的地带。 在风化剖面上，由上而下分四个带：
全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带
风化壳
五、影响风化的因素 (1)岩石性质：矿物成分、结构、构造
1)稳定性:氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物 2)非晶质、等粒、细粒结构比成分相同的结晶质、
1）物理风化
剥离作用、冰劈作用、
结晶胀裂作用、释荷作 用、根劈作用
2）化学风化
溶解作用、水解作用、
水化作用、碳酸化作用、 氧化作用等
3）生物风化——生物的物理风化、生 物的化学风化
花
岗
岩球 状 风 化
风化速度不同
桂林灰岩石林
张家界砂岩石林
三、岩石风化程度及分类
工程上，按风化程度将岩体分为： 全风化、强风化、弱(中）风化、微风化 和 未风化五种。
堆积阶地分为：上阶地； （c）上迭阶地；（d）内迭阶地；（e）嵌入阶地
三、河岸掏蚀破坏的预测和防治
位置：凹岸河段为掏蚀和冲刷地段。 防治措施：
1）护岸：抛石、挡墙、绿化等 2）改变水流方向、流速、流量：
导流建筑—丁坝、横墙；松散物质堆积带；增 长凹岸岸边浅滩。
4、其它分类 按滑体厚度分为：浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡。
按滑坡体的体积大小分为：小型滑坡、中型滑坡、大 型滑坡和特大型滑坡四类。
按滑坡时代分为：始滑坡、古滑坡、老滑坡和新滑 坡．
三、滑坡的发育过程
滑坡发育的三个过程：
蠕动变形阶段：边坡内部剪应力增加，岩 土强度降低，张拉、剪切、鼓张裂隙出现 并发育
四、岩石风化分布规律
风化带 岩石由表及里、由地表向下风化作用的影响逐渐
减弱以至消失。----地壳岩石发生变化的地带。 在风化剖面上，由上而下分四个带：
全风化带、强风化带、弱风化带、微风化带
风化壳
五、影响风化的因素 (1)岩石性质：矿物成分、结构、构造
1)稳定性:氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐和硫化物 2)非晶质、等粒、细粒结构比成分相同的结晶质、
1）物理风化
剥离作用、冰劈作用、
结晶胀裂作用、释荷作 用、根劈作用
2）化学风化
溶解作用、水解作用、
水化作用、碳酸化作用、 氧化作用等
3）生物风化——生物的物理风化、生 物的化学风化
花
岗
岩球 状 风 化
风化速度不同
桂林灰岩石林
张家界砂岩石林
三、岩石风化程度及分类
工程上，按风化程度将岩体分为： 全风化、强风化、弱(中）风化、微风化 和 未风化五种。
堆积阶地分为：上阶地； （c）上迭阶地；（d）内迭阶地；（e）嵌入阶地
三、河岸掏蚀破坏的预测和防治
位置：凹岸河段为掏蚀和冲刷地段。 防治措施：
1）护岸：抛石、挡墙、绿化等 2）改变水流方向、流速、流量：
导流建筑—丁坝、横墙；松散物质堆积带；增 长凹岸岸边浅滩。
5工程地质岩石的工程地质性质解析PPT课件
2020年9月28日
3
《岩土工程勘查规范》GB50021-2001（2009年版），按岩 石的饱和单轴极限抗压强度把岩石划分为坚硬岩、中硬岩、 较软岩、软岩和极软岩。
硬质岩石: 岩浆岩，硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩， 石灰岩，片麻岩，大理岩，石英岩。
软质岩石: 泥质岩（页岩、粘土岩），泥质胶结的碎屑 岩，板岩，千枚岩，片岩，火山凝灰岩。
2020年9月28日
20
五、三大岩类的Leabharlann 程地质性质(1) 岩浆岩的工程地质性质
绝大部分岩浆岩，力学强度高，透水性弱，抗水性强 （不软化，不溶解）。但同沉积岩相比抗风化能力较弱。 不同产状的岩浆岩略有差异： 深成岩浆岩： 矿物颗粒间结晶联结，力学强度高； 孔隙率小，透水性弱、抗水性强；岩体大、整体稳定性 好；良好的建筑地基和天然建筑石材。总体抗化学风化 能力较差。
2020年9月28日
14
石林（石灰岩溶蚀地貌）
图片来自
2020年9月28日
15
2020年9月28日
石灰岩溶蚀地貌 (Malham Cove, UK)
16
图片来自
2020年9月28日
石灰岩溶洞（图片来自）
17
石 灰 岩 溶 蚀 地 貌
象 鼻 山
---
2020年9月28日
18
四、岩石的抗风化能力 抗化学风化的能力，主要取决于其成分。
2020年9月28日
13
(3) 溶解性：决定于岩石的矿物成分 可溶解矿物： 岩盐 NaCl、KCl、石膏CaSO4·2H2O 、方解石。 方解石具微弱的溶解性，但石灰岩是地表分布最广的岩石。 在长时间的地质历史中，形成普遍的溶蚀。
➢石灰岩地区的溶隙溶洞，为地下水流动提供通道； ➢基岩存在Karst溶洞，常导致工程地质和环境地质问题。
05-第五讲--断裂构造及岩体工程性质
工程地质学 Engineering Geology
土木工程学院 主讲：李明
3.4 断裂构造
3.4.1 概念 3.4.2 裂隙 3.4.3 断层
3.4.3 断层
断层
岩体受力作用断裂后，两 侧岩块沿断裂面发生了显著的 位移，称为断层。
3.4.3 断层
断层要素
断层面－两侧岩块发生相 对位移的断裂面。
3.4.3 断层
断层的野外识别
在野外可以从地貌特征、地层特征和伴生 构造现象等来识别断层。
3.4.3 断层
地貌特征
断层崖、断层三角面 地形、沟谷或峡谷地形、 （断层破碎带易于侵蚀下 切）山脊错断或错开、河 谷跌水瀑布（如黄河壶口 瀑布）、河谷方向发生突 然转折等。
3.4.3 断层
断 层 崖
断 层 三 角 面
3.4.3 断层
断层谷
3.4.3 断层
地层特征
岩层发生重复或缺失；岩脉被错断；岩层沿 走向突然发生中断；与不同性质的岩层突然接触等。
3.4.3 断层
断层的伴生构造现象
岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥、 断层擦痕、泉水、温泉呈线状出露。
3.4.3 断层
阶步（左）和反阶步（右）
3.4.3 断层
凝灰岩夹层 岩浆结构面
变质结构面 变余结构面和变成结构面 断层、裂隙、劈理及 其它小型构造动力结构面
次生结构面 风化裂隙、卸荷裂隙、 次生夹泥层及泥化夹层
逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区 域性断层。
3.4.3 断层
平移断层 (平推断层)
两盘发生相对水平位移， 受水平扭应力。 特点
倾角很大，断层面近于直 立;断层线比较平直。
水平错动
3.4.3 断层
土木工程学院 主讲：李明
3.4 断裂构造
3.4.1 概念 3.4.2 裂隙 3.4.3 断层
3.4.3 断层
断层
岩体受力作用断裂后，两 侧岩块沿断裂面发生了显著的 位移，称为断层。
3.4.3 断层
断层要素
断层面－两侧岩块发生相 对位移的断裂面。
3.4.3 断层
断层的野外识别
在野外可以从地貌特征、地层特征和伴生 构造现象等来识别断层。
3.4.3 断层
地貌特征
断层崖、断层三角面 地形、沟谷或峡谷地形、 （断层破碎带易于侵蚀下 切）山脊错断或错开、河 谷跌水瀑布（如黄河壶口 瀑布）、河谷方向发生突 然转折等。
3.4.3 断层
断 层 崖
断 层 三 角 面
3.4.3 断层
断层谷
3.4.3 断层
地层特征
岩层发生重复或缺失；岩脉被错断；岩层沿 走向突然发生中断；与不同性质的岩层突然接触等。
3.4.3 断层
断层的伴生构造现象
岩层牵引弯曲、断层角砾、糜棱岩、断层泥、 断层擦痕、泉水、温泉呈线状出露。
3.4.3 断层
阶步（左）和反阶步（右）
3.4.3 断层
凝灰岩夹层 岩浆结构面
变质结构面 变余结构面和变成结构面 断层、裂隙、劈理及 其它小型构造动力结构面
次生结构面 风化裂隙、卸荷裂隙、 次生夹泥层及泥化夹层
逆掩断层和辗掩断层常是规模很大的区 域性断层。
3.4.3 断层
平移断层 (平推断层)
两盘发生相对水平位移， 受水平扭应力。 特点
倾角很大，断层面近于直 立;断层线比较平直。
水平错动
3.4.3 断层
工程地质学-教学大纲
【英文译名】：Engineering Geology【合用专业】：地质工程【学分数】：2.5【总学时】：40【实践学时】：8一、本课程教学目的和课程性质本课程是为地质工程专业本科开设的一门专业基础课，必修课。
课程系统地讲授岩土工程地质性质及工程动力地质作用。
系统概括了工程地质学最基本的原理和方法。
在教学过程中适量安排一定时间的参观及试验。
通过本课程教学，培养学生掌握工程地质学最基本的原理与方法，了解国内外工程地质学领域的研究动态，能从系统的、动态的角度认识人类工程活动与地质环境的相互关系，为今后研究与解决工程地质、水文地质、地震地质、环境界质等方面有关的工程问题奠定坚实的基础。
二、本课程的基本要求通过本课程的学习，使学生掌握岩土的工程地质性质、工程动力地质作用等工程地质学最基本的原理和方法，并能初步应用工程地质学的基本原理分析工程地质问题，能运用力学原理进行工程地质问题的定量评价等。
为学习后继课程以及从事工程地质工作和科学研究打下一定的基础。
在教学过程中，应注意培养学生对工程地质问题分析中的地质思维逻辑，辩证唯物主义的科学思维方法和实事求是、严谨认真的工作作风。
三、本课程与其他课程的关系本课程学习前必须学习《动力地质学》、《矿物学》、《岩石学》、《构造地质学》、《水文地质学》、《地层学》、《地貌及第四纪地质学》、《工程力学》等课程。
四、课程内容一、工程地质学的研究对象与任务二、工程地质学的研究内容、分科及其与其它学科的关系三、工程地质学的发展历史四、本课程的内容与学习方法重点了解工程地质学的研究对象和任务，工程地质学的研究内容；了解工程地质学分科及其与其它学科的关系，工程地质学的发展历史。
重点：工程地质学、工程地质条件及工程地质问题的概念；工程地质学的意义第一节土的粒度成份粒径、粒组概念；粒组划分；粒度成份测定与表示；土按粒度成份分类；第二节土的矿物成份土中矿物成份类型；矿物成份与粒度成份的关系；黏土矿物的类型及其工程地质特征第一节土中的水与气体土中水的基本类型与特征；土中的气体第四节土的构造与构造土的结构的概念；土粒间的连结关系；土的结构类型；土的构造的概念；土的构造本章要求掌握有关的基本概念，并了解有关土的粒度成份；土的矿物成份；土中的水和气体；及土的结构、构造。
工程地质-岩石及岩体的工程地质性质
•
膨胀试验仪器
岩石的主要物理性质指标
2、岩石的主要力学性质指标
• • • • • • • • （1）岩石的变形性质 岩石变形有弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。 1）弹性变形 岩石在外力作用下发生变形，当外力撤去后又恢复其原 有的形状及体积的变形称为弹性变形。 2）塑性变形 岩石在超过其屈服极限外力作用下发生变形，当外力撤 去后不能完全恢复其原有的形状及体积的变形称为塑性 变形。 3）黏性变形 岩石在外力作用下变形不能在瞬间完成，并且应变速率 d/dt是应力的函数，即，应力随着应变速率d/dt的增 大而增大，当外力撤去后不能恢复其原有形状及体积的 变形称为黏性变形。
• （4）岩石的含水率
• 岩石的含水率（w，%）是试件在105～110℃下烘干至 恒量时所失去的水的质量（m0-ms,g）与试件干质量（ms， 岩石在一定的条件下吸收水分的能力称为岩石的吸水 性。表征岩石吸水性的指标有吸水率、饱和吸水率和 饱水系数。 • 岩石吸水率（wa，%）是试件在大气压力和室温条件下 吸入水的质量（ m0-ms,g ）与试件固体质量（ms，g） 的比值，以百分数表示；--与孔隙度大小、孔隙张开 程度有关；吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸 湿、软化作用就强，岩石强度和稳定性受水影响显著。 • 岩石饱和吸水率（wsa，%）是试件在强制状态下的最 大吸水量（mpms，g）与试件固体质量（ms，g）的比 值，以百分数表示。 • 岩石饱水系数kw是指岩石吸水率与饱水率的比值，以 百分数表示。 • 一般岩石的饱水系数 kw 介于0.5～0.8之间。饱水 系数对于判别岩石的抗冻性具有重要意义。
岩石的力学性质指标
MTS815.03伺服试验系统图
试件及传感器图
拉伸破坏后的试件
单轴压缩试验破坏后的部分岩石试件
1.5岩石的工程地质性质
软化系数表示。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限抗压强度与
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
工程地质学--第五章 岩石的工程地质性质剖析
• 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。
2020/10/5
中国地质大学工程学院
5
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2020/10/5
中国地质大学工程学院
6
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
•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
2020/10/5
中国地质大学工程学院
9
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
岩 石 空 隙 率
隙比
• 总空隙率(n)
n Vv 100% (1 d ) 100%
V
s
•
总开空隙率(no)
n0
Vv0 V
100%
•
大开空隙率(nb)
nb
Vvb V
100%
•
小开空隙率(na)
na
Vva V
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）
《岩石工程地质性质》课件
岩石工程地质性质PPT课 件
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
欢迎大家来到《岩石工程地质性质》的PPT课件。本课程将带领我们深入了 解地质工程的概念以及岩石工程地质的重要性。
地质工程的概述
什么是岩石工程地质？
岩石工程地质是将地质学原理与工程实际应用相结合的一个领域。
岩石工程地质的重要性
岩石工程地质不仅涉及到工程工地上地质情况的评估，也涉及到基础建设和环境保护方面。
岩石建筑的实例
华山玉泉寺悬空寺院等众多廊桥、铁路、道路、电站、水坝和各种建筑工程都离不开岩石 工程地质。
岩石的形成与性质
1
岩石的分类与特性
火成岩、沉积岩和变质岩
三种。
3
岩石的形成过程
岩石的形成是由于地壳和地球深部过 程的相互作用。从地球的构造与作用 来看，岩石发展可分为火成岩、沉积 岩和变质岩。
总结
通过本课程的学习，我们了解到岩石工程地质在工程建设中的重要性，随着社会的发展，其应用会 越来越广泛。相信这就是我们今后的研究方向和任务所在。
岩石的性质
岩石通常具有比较高强度、稳定性和 较差的透水性，而且在长时间的使用 以及日常的环境长期作用下可能发生 变化。
岩石工程地质勘探
勘探方法与技术
可用钻探法、地震法、电法、重力法、磁法及 高分辨率测振法等勘探技术来获取地下岩石体 力学特性等信息。
勘探数据的分析与应用
研究岩石物理性质，并进行样品分析和回归分 析，对勘探数据进行研究和分析，将数据用于 后期的岩石评价和建筑设计。
分享岩石工程地质在具体工程中的应用及其遇 到的挑战。
• 山体隧道出现塌方的处理方法。 • 海上桥梁钻探勘探过程中的应对方法。
学习与讨论案例中的
通过学习和讨论案例，提高参与者对岩石工程 地质的理解和应用能力。
- 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)。
2015-4-22 中国地质大学工程学院 贾洪彪 18
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
3
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
15
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 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
2015-4-22 中国地质大学工程学院
L
21
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 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
2015-4-22 中国地质大学工程学院 9
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 总空隙率(n)
n
岩 石 空 隙 率
隙比
2015-4-22
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)
2015-4-22 中国地质大学工程学院 11
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
5
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2015-4-22
中国地质大学工程学院
6
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
•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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
7
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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）
2015-4-22 中国地质大学工程学院 17
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
12
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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。
2015-4-22
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
23
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
（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
2015-4-22
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
中国地质大学工程学院 贾洪彪
弹性-蠕变型
20
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
中国地质大学（武汉）工程学院
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
2
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2015-4-22 中国地质大学工程学院 14
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
中国地质大学工程学院
13
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
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
3
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
15
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 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
2015-4-22 中国地质大学工程学院
L
21
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 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
2015-4-22 中国地质大学工程学院 9
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
• 总空隙率(n)
n
岩 石 空 隙 率
隙比
2015-4-22
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)
2015-4-22 中国地质大学工程学院 11
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
5
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2015-4-22
中国地质大学工程学院
6
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
•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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
7
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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）
2015-4-22 中国地质大学工程学院 17
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
12
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
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。
2015-4-22
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。
2015-4-22
中国地质大学工程学院
23
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
（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
2015-4-22
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
中国地质大学工程学院 贾洪彪
弹性-蠕变型
20
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
中国地质大学（武汉）工程学院
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
2015-4-22
中国地质大学工程学院
2
工程地质学概论:第五章 岩石的工程地质性质
2015-4-22 中国地质大学工程学院 14
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
中国地质大学工程学院
13
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