1、第02講 巖石的物理性質(zhì)與變形性質(zhì)【本講內(nèi)容提綱】1. 巖石的物理性質(zhì)及其研究意義1巖石的容重及其研究意義2巖石的孔隙性與滲透率及其研究意義3巖石的水理性吸水性、透水性、軟化性及其研究意義4巖石的抗凍性及其研究意義5巖石的膨脹性和崩解性及其研究意義6巖石的碎脹性和壓實性及其研究意義2. 巖石的力學(xué)性質(zhì)內(nèi)含及研究意義3. 巖石的變形性質(zhì)及研究意義1單向壓縮變形全程應(yīng)力應(yīng)變曲線及研究意義2巖石在循環(huán)加載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系3圍壓作用下巖石的變形及研究意義【重點內(nèi)容詳解】一、巖石的物理性質(zhì)及其研究意義【筆注】1、巖石的容重及其研究意義研究意義：分析巖石的致密程度，分析巖石的堅硬程度，選擇采煤方式。

2、研究巖石的密度、比重、容重對地下工程來說，其影響主要表現(xiàn)為能夠?qū)r體的開挖方式進(jìn)行定性分析。一般來說，巖石的密度或容重越大，說明其質(zhì)地越堅硬，因此在選擇開挖方法和機(jī)械設(shè)備時宜采用炮掘或選用功率較大的開挖機(jī)械。但該性質(zhì)決不是決定性因素，因為巖體是否容易開挖還取決于其內(nèi)部節(jié)理裂隙的發(fā)育程度。2、巖石的孔隙性與滲透率及其研究意義研究意義：瓦斯災(zāi)害防治與資源開采在煤礦生產(chǎn)中，研究巖石的孔隙性主要表達(dá)在瓦斯災(zāi)害和瓦斯資源開采，以及礦井水害防治方面，主要是研究巖石的滲透性，即巖石的孔隙越發(fā)育，那么為瓦斯賦存提供的空間越多，孔隙之間的貫穿性越好，說明巖石的滲透率越高，瓦斯或水的外排越容易。3巖石的水理性及其

3、研究意義研究意義軟化性的研究意義：災(zāi)害防治、采煤方法巖石的透水性對巖石的工程穩(wěn)定性影響很大，一般來說，地下的巖石處于流體液體和氣體的環(huán)繞之中，相對處于平衡狀態(tài)，而受到人類工程活動影響時，其原始的平衡狀態(tài)被打破，巖石系統(tǒng)為尋求新的平衡就要發(fā)生相應(yīng)的狀態(tài)調(diào)整，在調(diào)整過程中流體的流動對巖石的調(diào)整是有很大影響的，二者是處于耦合狀態(tài)條件下的調(diào)整，這一點在壩體工程、地下巖石中的核廢料處理、地下土體中的水污染處理等問題中經(jīng)常要涉及到，其所提到的滲透性是多孔介質(zhì)對流體通過能力的綜合反映，這里所提到的巖石透水性只不過是將液體和多孔介質(zhì)給界定了而已。巖石的軟化性對工程體的穩(wěn)定性影響很大，在設(shè)計中是必須要考慮的。另

4、外，在地下采礦活動中也有時充分利用水對巖石所產(chǎn)生的軟化作用，從而來防治地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，如煤與瓦斯突出防治中的水力處理措施的采取、大面積來壓中堅硬頂板的注水軟化處理等。4巖石的抗凍性及其研究意義研究意義：淺部井筒砌碹支護(hù)、地表建筑選材在四季溫差比擬大的地區(qū)，巖石的抗凍性在工程設(shè)計中尤其重要，往往其抗凍性直接影響到工程體的平安、穩(wěn)定以及使用壽命。也正因為巖石具有凍脹自然解體的性質(zhì)，因此在煤礦生產(chǎn)中，尤其在四季溫差較大的北方地區(qū)，要求進(jìn)風(fēng)井必須設(shè)置暖風(fēng)爐，以防井筒砌碹支護(hù)體發(fā)生凍脹破碎而自然解體，導(dǎo)致碹體失去支護(hù)作用。需要說明的是，設(shè)置暖風(fēng)爐的作用并不是單純地為了防治碹體破壞。5巖石的膨脹性和崩解性

5、及其研究意義研究意義：軟巖研究在該類巖石中開掘的巷道等工程體進(jìn)行支護(hù)時，一般均采用噴漿封閉的形式，其主要目的是保持巖石原始的濕度或含水狀態(tài)，防止其發(fā)生改變而導(dǎo)致膨脹或崩解現(xiàn)象發(fā)生。6巖石的碎脹性和壓實性及其研究意義研究意義：采場圍巖控制、三帶研究、高位鉆場布置、三下采煤、采空區(qū)上采煤。巖石的碎脹系數(shù)和剩余碎脹系數(shù)對工作面礦體采出后直接頂垮落形成堆積體高度，以及隨后老頂結(jié)構(gòu)失穩(wěn)造成工作面頂板來壓的影響很大，在計算頂板來壓強(qiáng)度時往往要考慮到直接頂巖層的厚度以及其碎脹系數(shù)，借此可以了解到其對采空區(qū)的充填程度及來壓狀況。另外，巖石的碎脹性直接影響到煤體采出后上覆巖層的移動變形程度，即影響冒落帶、裂隙帶

6、、彎曲下沉帶的發(fā)育高度，因此對高位鉆場瓦斯抽放、高位巷瓦斯抽放中鉆孔布置參數(shù)確定和高抽巷位置確定等均有重要影響。對于巖石的壓實性，現(xiàn)在研究比擬多的是據(jù)此來分析礦井采用上行式采煤和已有采空區(qū)上方采煤的可行性和平安性。二、巖石的力學(xué)性質(zhì)內(nèi)含及研究意義【筆注】力學(xué)性質(zhì)內(nèi)含：變形性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)研究意義：指導(dǎo)巷道圍巖控制控制設(shè)計，制定災(zāi)害防治措施三、巖石的變形性質(zhì)及研究意義【筆注】1、單向壓縮變形全程應(yīng)力應(yīng)變曲線及研究意義 微裂隙及孔隙閉合階段。 可恢復(fù)彈性變形階段。 局部彈性變形至微裂隙擴(kuò)展階段。 非穩(wěn)定裂隙擴(kuò)展至巖石結(jié)構(gòu)破壞階段。 微裂隙聚結(jié)與擴(kuò)展階段。 沿破斷面滑移階段。研究意義：破壞后的剩余強(qiáng)度

7、及在圍巖控制中的應(yīng)用。2、六種類型應(yīng)力-應(yīng)變典型曲線研究意義：分析巖石的組分及內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。3、巖石在循環(huán)加載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1彈性段卸載當(dāng)在同一載荷條件下對試件加載、卸載時，如果卸載點的應(yīng)力低于巖石的彈性極限，那么卸載曲線將根本上沿加載曲線回到原點，表現(xiàn)為彈性恢復(fù)，沒有剩余應(yīng)變。線彈性：彈性段為直線。完全彈性非線性彈性：彈性段為幾何非線性的。但卸載后應(yīng)力-應(yīng)變沿原來加載曲線返回原點，沒有剩余應(yīng)變。滯彈性：彈性段為幾何非線性的。卸載時應(yīng)力-應(yīng)變曲線不沿原來加載曲線返回，但最終回到原點，沒有剩余應(yīng)變。2塑性段加卸載在塑性段重復(fù)加卸載，分恒載條件下加卸載、變量重復(fù)加卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線兩種情

8、況，下面分別闡述。、恒載條件下加卸載每次加、卸載量相等，并重復(fù)加卸載屢次，實驗獲得應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖a所示。可以看到如下特點：最初應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線很彎曲，且在卸載后不能恢復(fù)的塑性變形較大；以后塑性變形逐漸減小，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線越陡，也越接近直線；后一級與前一級曲線分別近似平行。說明巖石經(jīng)過屢次加載、卸載后，越易呈現(xiàn)彈性性質(zhì)。巖石重復(fù)加卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線、變量重復(fù)加、卸載應(yīng)力-應(yīng)變曲線每次卸載后再重新加載時，其載荷量是變化的，一般采取逐級加大載荷的方法。如此重復(fù)加載、卸載實驗，獲得應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖1-4b，可以看到如下特點：前一級卸載與后一級加載之間，出現(xiàn)回滯環(huán)，說明了卸載時彈性變

9、形恢復(fù)的滯后現(xiàn)象。如果每級卸載后的下一級加載量有規(guī)律地遞增，那么各級峰值應(yīng)力連線根本呈現(xiàn)一有規(guī)律的直線或曲線，并且其形態(tài)與前述逐級加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似；與恒量重復(fù)加載、卸載一樣，最初應(yīng)力-應(yīng)變曲線很彎曲，越往后越近似直線；各級相鄰兩加載、卸載的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分別近似平行。4、圍壓作用下巖石的變形及研究意義1變形特點隨著圍壓的增加其變形特征如下： 彈性段的斜率變化不大，其相應(yīng)的變形參數(shù)與單軸壓縮條件下根本相等。 某些巖石在一定側(cè)壓下，出現(xiàn)屈服平臺或塑性流動現(xiàn)象； 屈服極限、強(qiáng)化程度、韌性峰值時的極限應(yīng)變量及強(qiáng)度峰值，都與側(cè)壓大小成正變。2研究意義1由于在圍壓作用下彈性段的斜率變化不大，其相應(yīng)的變形參數(shù)與單軸壓