1、岩石性质与工程分级.ppt

1,红旗渠，引漳入林工程，“人工天河”。1960年2月动工，至1969年7月支渠配套工程全面完成，历时十年余。它以浊漳河为源，在山西省境内的平顺县石城镇侯壁断下设坝截流，将漳河水引入林州。削平了1250座山头，架设151座渡槽，开凿211个隧洞，修建各种建筑物12408座，挖砌土石达2225万立方米。如把这些土石垒筑成高2米，宽3米的墙，可纵贯祖国南北，把广州与哈尔滨连接起来。总干渠高4.3米，宽8米，长70.6公里。,2,3,,4,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。,5,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。,岩体＝岩块（岩石材料）＋弱面（层理、节理、断层）,岩块从地壳岩层中切取出来的小块体，通常是指岩石材料。岩体指岩石工程周围较大范围内的自然地质体。,6,表土指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流砂、淤泥、砾石等。基岩表土以下固结性岩石的统称。煤系地层中最常遇到的是各种沉积岩，如砂岩，页岩等。,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。,7,8,,9,第二节岩石物理性质,1、相对密度（比重）取决于组成岩石的矿物的相对密度。,一、岩石的比重与密度,2、密度（容重）（kN/m3）。分为干密度和湿密度。,3、说明岩石由固体、空气和水组成；干湿密度的区分对粘土类矿物意义重大。取决于矿物成分、孔隙度和含水量。与埋深也有关。,10,指岩石的裂隙和孔隙发育的程度，用孔隙度n和孔隙比e来表示。,随着岩石孔隙度增大，一方面消弱了岩石的整体稳定性，使其密度和强度降低，透水性增大；另一方面会增加风化速度。进一步降低力学强度和增大透水性。,二、岩石的孔隙性,11,1、吸水率,三、岩石的水理性质（吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性和崩解性）,岩石吸水率大小取决于岩石中的孔隙、裂隙数量和大小、开裂程度及其分布情况，并且与试验条件有关。时间和尺寸均有影响。,2、透水性岩石能被水透过的性能。与地下水水头、岩体应力、孔隙度、孔隙大小及其连通程度有关。,岩石样品渗透性的确定对实际问题的意义，例如将水、油或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；评价水库的不透水性；排除深处洞室的海水，或预估流入隧洞的水量等。,12,3、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,13,四、岩石的碎胀性,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。,15,1.岩石的单轴压缩全应力应变曲线,裂隙闭合阶段、线弹性阶段、塑性阶段、软化阶段扩容；脆性和塑性岩石，6种应力应变曲线、目的是为了破岩。,16,2.岩石在三轴压缩条件下的力学性质,17,18,3.岩石的强度岩石抵抗外力破坏的能力。,单向抗压强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩,4.岩石的硬度岩石抵抗其它较硬物体侵入的能力。5.岩石的可钻性与可爆性,,19,第四节岩体工程分类,（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）便于行业内技术改革和管理。,20,（1）岩石强度单轴抗压强度为岩体稳定性评价的重要指标。（2）结构面结构面的研究应包括组数、密度、产状、延展性、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。,分类指标,21,普罗托奇亚可夫于1926年提出共划分为10级15种,1.普氏系数分类法,我国煤炭系统按岩石坚固性将煤岩分类为软煤f＝1～1.5硬煤f＝2～3软岩f＝2～3中硬岩f＝4～6硬岩f＝8～10坚硬岩石f＝12～14最坚硬岩石f＝15～20,22,2.岩芯质量指标,美国伊利诺斯大学狄勒（Deere）在1964年形成该标准，但直到1967年才以出版的形式首次提出该概念。,23,RQD是一修正的岩芯取出率，仅考虑长度大于100mm的完整岩芯。,24,掘巷后（1）巷道周边应力集中；（2）围岩强度降小三向应力状态→两向应力状态）（3）开挖扰动等围岩应力与围岩强度的关系发生变化（超过则破坏，等于为极限平衡，小于则稳定）；,3.围岩松动圈分类法,25,26,围岩松动圈分类有三个突出优点（1）绕过了地应力、围岩强度、结构面性质测定等困难问题，但又着重抓住了它们的影响结果，即松动圈是一个综合指标；（2）松动圈系实测所得，未在重要方面作任何假设；（3）松动圈大小很容易用声测法获得，确定支护参数时直观简单，现场应用十分方便。,27,煤巷围岩塑性区分布,28,4.按围岩变形量分类,陆士良教授根据围岩变形量的大小和维护的难易程度，将回采巷道围岩分为五类,29,中国煤炭科学研究院建井所段振西教授提出以围岩的变形量大小分类围岩的理论及方法,30,5.按施工需要分类,1988年，煤炭工业部根据全国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,31,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法有何优点,,