巖體的工程性質
[拼音]:yanti de gongcheng xingzhi
[外文]:engineering properties of rock mass
在天然巖體中設計和建造各種工程構筑物時所必須掌握的巖體物理、力學等工程特性。常以下列指標表達:
(1)物理性質指標:比重、比熱、熱傳導系數、熱膨脹系數、電阻率、吸水率、飽水率、滲透系數、波導性等;
(2)狀態(tài)指標:容重、孔隙或裂隙率、孔隙比、完整性系數、含水量、飽和度、風化程度指數等;
(3)力學性質指標:彈性模量、泊松比、結構面法向剛度、剪切剛度、粘滯系數、抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度等;
(4)易變性指標:浸水軟化系數、抗凍穩(wěn)定性系數等;
(5)化學指標:溶解度等;
(6)巖體質量指標:有效巖心采取率、巖體質量系數等。
變異因素
巖體成分
巖體成分多種多樣,使巖體的工程性質差異很大(見巖石和巖體)。如石英巖抗壓強度可達數千兆帕,而軟弱的粘土巖抗壓強度則低至數兆帕。這種差異還在很大程度上與其中的軟弱物質和膠結物有關。如云母類礦物對巖漿巖和變質巖的強度有較大的影響,親水性很強的粘土礦物對沉積巖強度和變形性也有很大影響。當巖體內濕度變化時,易使巖體力學性質發(fā)生變化。沉積巖巖體的力學性質,很大程度上決定于其膠結物的性質,按膠結強度大小依次為:矽質、鐵質、鈣質、粘土質。其抗風化能力大體亦是如此。矽質膠結的巖石強度極高,抗風化能力極強,不易受環(huán)境因素變遷的影響;而粘土質的巖石強度較低,抗風化能力很弱。
巖體結構
在斷層、節(jié)理、層理、片理等結構面切割下,易形成不連續(xù)結構。對巖體變形、破壞等工程性質有很大影響。被節(jié)理、裂隙等結構面切割的碎裂巖體的工程性質遠遠低于巖塊的工程性質,且具有明顯的各向異性。
環(huán)境因素
主要指地應力及地下水作用。隨地應力增高,變形模量和強度隨之增高,巖體結構的影響也逐漸消失。地下水的影響表現在兩個方面:
(1)孔隙-裂隙水壓力作用;
(2)軟化作用。隨著孔隙-裂隙水壓力增大或含水量增加,巖體變形模量和抗壓強度將顯著降低。對于軟弱巖體,這一效應尤為明顯。巖體中溫度作用也是很可觀的,巖體中應力隨溫度升降而增減,它是表層巖體中地應力的一個組成部分,同時,也是巖體物理風化的一個重要因素。
巖體的工程性質指標
在工程應用中分為定性的和定量的兩類。定性指標可用于規(guī)劃和初步設計階段技術方案比較和經濟概算,如評價巖體質量、巖體工程地質評價和分類及工程地質條件的對比等。定量指標可用于技術設計和施工圖設計階段的巖體的力學與分析計算工作,如分析巖體在工程作用下的變形、破壞、滲漏及其對工程穩(wěn)定性的影響等。
巖體工程性質指標可通過三個途徑取得:
(1)試塊室內試驗;
(2)野外原位試驗;
(3)工程作用下巖體變形的原型觀測。不論通過那種途徑,都必須與巖體的地質特性,即巖性、結構、環(huán)境條件的研究相結合。試塊室內試驗、野外原位試驗以及原型觀測所取得的資料都只能代表試驗、觀測地點某一地質單元的工程性質。因此,綜合性地質分析是巖體的工程性質研究的基礎,貫穿于研究工作的始終(見巖體力學試驗和測試)。
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