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巖石物理力學(xué)性質(zhì)

(一)巖石的主要物理性質(zhì)

1.重量

巖石的重量是巖石最基本的物理性質(zhì)之一，一般用比重和重度兩個(gè)指標(biāo)表示。

巖石的比重是巖石固體(不包括孔隙)部分單位體積的重量，在數(shù)值上等于巖石固體顆粒的重量與同體積的水在4℃時(shí)重量的比。常見的巖石的比重一般介于2.4～3.3之間。巖石的比重決定于組成巖石的礦物的比重及其在巖石中的相對含量。

巖石的重度也稱容重，是巖石單位體積的重量，在數(shù)值上等于巖石試件的總重量(包括孔隙中的水重)與其總體積(包括孔隙體積)之比。巖石重度的大小決定于巖石中礦物的比重、巖石的孔隙性及其含水情況。巖石孔隙中完全沒有水存在時(shí)的重度，稱為干重度;孔隙全部被水充滿時(shí)的重度，稱為飽和重度。

一般來講，組成巖石的礦物比重大，或巖石的孔隙性小，則巖石的重度就大。在相同條件下的同一種巖石，重度大就說明巖石的結(jié)構(gòu)致密、孔隙性小，巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較高。

2.孔隙性

巖石的孔隙性用孔隙度表示，反映巖石中各種孔隙的發(fā)育程度。在數(shù)值上等于巖石中各種孔隙的總體積與巖石總體積的比，以百分?jǐn)?shù)計(jì)?？紫缎詫r石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要的影響。巖石孔隙度的大小，主要取決于巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，同時(shí)也受外力因素的影響。未受風(fēng)化或構(gòu)造作用的侵入巖和某些變質(zhì)巖，其孔隙度一般是很小的，而礫巖、砂巖等一些沉積巖類的巖石，則經(jīng)常具有較大的孔隙度。

3.吸水性

巖石的吸水性一般用吸水率表示，反映巖石在一定條件下(在通常大氣壓下)的吸水能力。在數(shù)值上等于巖石的吸水重量與同體積干燥巖石重量的比，也可以百分?jǐn)?shù)計(jì)。巖石的吸水率與巖石孔隙度的大小、孔隙張開程度等因素有關(guān)。巖石的吸水率大，則水對巖石顆粒問結(jié)合物的浸潤、軟化作用就強(qiáng)，巖石強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越大。

4.軟化性

巖石的軟化性是指巖石受水作用后，強(qiáng)度和穩(wěn)定性發(fā)生變化的性質(zhì)，主要取決于巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。黏土礦物含量高、孔隙度大、吸水率高的巖石，與水作用容易軟化而喪失其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

用軟化系數(shù)作為巖石軟化性的指標(biāo)，在數(shù)值上等于巖石飽和狀態(tài)下的極限抗壓強(qiáng)度與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強(qiáng)度的比。其值越小，表示巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性受水作用的影響越大。未受風(fēng)化作用的巖漿巖和某些變質(zhì)巖，軟化系數(shù)大都接近于1，是弱軟化的巖石，其抗水、抗風(fēng)化和抗凍性強(qiáng)。軟化系數(shù)小于0.75的巖石，是軟化性較強(qiáng)的巖石，工程性質(zhì)比較差。

5.抗凍性

巖石孔隙中的水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力。巖石抵抗這種壓力作用的能力，稱為巖石的抗凍性。在高寒冰凍地區(qū)，抗凍性是評價(jià)巖石工程性質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。

巖石的抗凍性，有不同的表示方法，一般用巖石在抗凍試驗(yàn)前后抗壓強(qiáng)度的降低率表示?？箟簭?qiáng)度降低率小于25%的巖石，認(rèn)為是抗凍的;大于25%的巖石，認(rèn)為是非抗凍的。

(二)巖石主要力學(xué)性質(zhì)

1.巖石的變形

巖石受力作用會(huì)產(chǎn)生變形，在彈性變形范圍內(nèi)用彈性模量和泊松比兩個(gè)指標(biāo)表示。彈性模量是應(yīng)力與應(yīng)變之比，以“帕斯卡”為單位，用符號(hào)Pa表示。相同受力條件下，巖石的彈性模量越大，變形越小。即彈性模量越大，巖石抵抗變形的能力越強(qiáng)。泊松比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比。泊松比越大，表示巖石受力作用后的橫向變形越大。

巖石并不是理想的彈性體，巖石變形特性的物理量也不是一個(gè)常數(shù)。通常所提供的彈性模量和泊松比，只是在一定條件下的平均值。

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