1、2-5 影響巖石力學性質的因素,一、礦物成分對巖石力學性質的影響 1、礦物硬度的影響 礦物硬度大，巖石的彈性越明顯，強度越高。 如巖漿巖，橄欖石等礦物含量的增多，彈性越明顯，強度越高； 沉積巖中，砂巖的彈性及強度隨石英含量的增加而增高；石灰?guī)r的彈性和強度隨硅質物含量的增加而增高。 變質巖中，含硬度低的礦物（如云母、滑石、蒙脫石、伊利石、高嶺石等）越多，強度越低。,1,2,2、不穩(wěn)定礦物的影響 化學性質不穩(wěn)定的礦物，如黃鐵礦、霞石以及易溶于水的鹽類，如石膏、滑石、鉀鹽等，具有易變性和溶解性。含有這些礦物的巖石其力學性質隨時間而變化。 3、粘土礦物的影響 含有粘土礦物（蒙脫石、伊利石、高嶺石等）的

2、巖石，遇水時發(fā)生膨脹和軟化，強度降低很大。,3,4,二、巖石的結構構造對巖石力學性質的影響,1、巖石結構的影響 巖石的結構指巖石中晶?；驇r石顆粒的大小、形狀以及結合方式。 巖漿巖：粒狀結構、斑狀結構、玻璃質結構； 沉積巖：粒狀結構、片架結構、斑基結構； 變質巖：板理結構、片理結構、片麻理結構。 巖石的結構對巖石力學性質的影響主要表現(xiàn)在結構的差異上。例如：粒狀結構中，等粒結構比非等粒結構強度高；在等粒結構中，細粒結構比粗粒結構強度高。,5,a,6,b,7,2、巖石構造的影響 巖石的構造指巖石中不同礦物集合體之間或礦物集合體與其他組成部分之間的排列方式及充填方式。 巖漿巖：顆粒排列無一定的方向，形

3、成塊狀構造； 沉積巖：層理構造、頁片狀構造； 變質巖：板狀構造、片理構造、片麻理構造。 層理、片理、板理和流面構造等統(tǒng)稱為層狀構造。 宏觀上，塊狀構造的巖石多具有各向同性特征，而層狀構造巖石具有各向異性特征。,8,三、水對巖石力學性能的影響,巖石中的水,水對巖石力學性質的影響與巖石的孔隙性和水理性（吸水性、軟化性、崩解性、膨脹性、抗凍性）有關。 水對巖石力學性質的影響主要體現(xiàn)在5個方面： 連結作用、潤滑作用、水楔作用、孔隙壓力作用、溶蝕及潛蝕作用。,結合水（連結、潤滑、水楔作用）,重力水（自由水）（孔隙壓力、溶蝕及潛蝕作用）。,9,10,1、連結作用：束縛在礦物表面的水分子通過其吸引力將礦物顆

4、粒拉近，起連結作用。這種作用相對于礦物顆粒間的連結強度非常微弱，故對巖石力學性質影響很小，但對于被土充填的結構面的力學性質影響很明顯。 2、潤滑作用：由可溶鹽、膠體礦物連結的巖石，當水浸入時，可溶鹽溶解，膠體水解，導致礦物顆粒間的連結力減弱，摩擦力降低，水起到潤滑作用。,3、水楔作用：當兩個礦物顆?？康煤芙兴肿友a充到礦物表面時，礦物顆粒利用其表面吸引力將水分子拉到自己周圍，在顆粒接觸處由于吸引力作用使水分子向兩個礦物顆粒之間的縫隙內擠入，這種現(xiàn)象稱為水楔作用。,水楔作用的兩種結果：一是巖石體積膨脹，產生膨脹壓力；二是水膠連結代替膠體及可溶鹽連結，產生潤滑作用，巖石強度降低。,11,12,

5、13,4、孔隙水壓力作用：對于孔隙或裂隙中含有自由水的巖石，當其突然受荷載作用水來不及排出時，會產生很高的孔隙水壓力，減小了顆粒之間的壓應力，從而降低了巖石的抗剪強度。尖端甚至形成拉應力（水壓致裂例子） 5、溶蝕潛蝕作用：水在巖石中滲透的過程中，可將可溶物質溶解帶走（溶蝕），有時將巖石中的小顆粒沖走（潛蝕），從而使巖石強度大為降低，變形增大。,水對巖石強度的影響通常用軟化系數(shù)表示。,14,X:y,1:1.25,15,16,原因分析 A. 邊坡失穩(wěn)的地形地貌因素 公路深路塹的開挖, 改變了原有坡體的平衡狀態(tài)并形成新的臨空面, 暴露了坡體中軟弱夾層。 B. 邊坡失穩(wěn)的巖土體因素 粘粒含量較高的原生

6、軟弱夾層, 在早期構造運動下產生層間錯動、巖層十分破碎, 整體性很差。在強烈潛蝕作用下, 隨著層中粘粒等細顆粒在潛蝕作用下被帶走, 巖土體結構破壞, 其裂隙也隨潛蝕的作用快速貫通, 這些無疑加速了滑動面的形成。 通過對軟弱夾層地下水的試驗表明, 水中粘粒的含量約為6% , 說明地下水的潛蝕作用十分嚴重。在水的作用下, 軟弱夾層控制著坡體的變形破壞。,17,c. 邊坡失穩(wěn)降雨的誘發(fā)因素 2001年該地區(qū)出現(xiàn)幾十年未遇的特大旱情,由于大旱后被砂粘土層覆蓋的風化殼型邊坡, 經過強烈蒸發(fā)后, 地下水位出現(xiàn)不同程度的降低, 形成深厚的非飽和區(qū), 使坡體內的地下水位對表水進入反應敏感。2002年4 月,

7、當?shù)爻霈F(xiàn)連續(xù)暴雨, 雨勢急猛, 月降雨量高達500 600mm, 大量雨水匯集浸入坡體, 邊坡剪出口出水量亦隨之增大、混濁。經取樣試驗(見表1) , 大荒田邊坡大旱降雨 后, 內摩擦角平均降低了31.1%, c 值平均降低了 45.0%, 通過計算知, 2001年10月大旱時邊坡的穩(wěn)定系數(shù)為1.07, 而在2002年4月降雨后則劇降至0.89。,四、 溫度對巖石力學性能的影響,不同溫度下巖石的變形特征和強度,一般而言，隨著溫度的增高，巖石的延性加大，屈服點降低，強度也降低。,18,19,五、 加載速度對巖石力學性能的影響,加載速度對巖石的變形性質和強度指標有明顯的影響：加載速度越快，測得的彈性

8、模量越大，強度指標越高。 國際巖石力學學會（ISRM)建議加載速度為0.51MPa/s,一般從開始試驗直至巖石試件破壞的時間為510分鐘。,20,六、 受力狀態(tài)對巖石力學性能的影響,巖石的脆性和塑性并非巖石固有的性質，而與巖石的受力狀態(tài)有關，隨著受力狀態(tài)的變化，其脆性和塑性時可以相互轉化的。 例如堅硬的花崗巖在很高的地應力條件下，表現(xiàn)出明顯的塑性變形。這與試驗結果吻合。,21,七、 風化對巖石力學性能的影響,風化程度不同，對巖石力學性質的影響程度也不同： 1、降低巖體結構面的粗糙程度并產生新的裂隙，使巖體分裂成更小的碎塊，進一步破壞巖體的完整性。 2、巖石在化學風化過程中，礦物成分發(fā)生變化，原生礦物受水解、水化、氧化等作用，逐漸為次生礦物所代替，特別是產生粘土礦物，并隨著風化程度的加深，這類礦物逐漸增多。,22,七、 風化對巖石力學性能的影響,3、由于巖石和巖體的成分結構和構造的變化，巖體的物理力學性質也隨之變化。一般：抗水性降低，親水性增高（如膨脹性、崩解性、軟化性增強），強度降低，壓縮性加大，孔隙性增加，透水性增強（但當風化劇烈，粘土