2017年造價工程師土建計量講義：巖石主要力學(xué)性質(zhì)

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　　土建計量講義：地震震源

　　震源是深部巖石破裂產(chǎn)生地殼震動的發(fā)源地。震源在地面上的垂直投影稱為震中。地震所引起的震動以彈性波的形式向各個方向傳播，其強度隨距離的增加而減小。地震波首先傳達到震中，震中區(qū)受破壞最大，距震中越遠破壞程度越小。地面上受震動破壞程度相同點的外包線稱為等震線。地震波通過地球內(nèi)部介質(zhì)傳播的稱為體波。體波分為縱波和橫波，縱波的質(zhì)點振動方向與震波傳播方向一致，周期短、振幅小、傳播速度快;橫波的質(zhì)點振動方向與震波傳播方向垂直，周期長、振幅大、傳播速度較慢。體波經(jīng)過反射、折射而沿地面附近傳播的波稱為面波，面波的傳播速度最慢。

　　土建計量講義：土的主要性能參數(shù)

　?、偻恋暮?。

　?、谕恋娘柡投?。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr<50%是稍濕狀態(tài)，Sr在50%～80%之間是很濕狀態(tài)，Sr>80%是飽水狀態(tài)。

　?、弁恋目紫侗取Ｊ峭林锌紫扼w積與土粒體積之比，反映天然土層的密實程度，一般孔隙比小于0.6的土是密實的低壓縮性土，大于1.0的土是疏松的高壓縮性土。

　　④土的孔隙率。

　?、萃恋乃苄灾笖?shù)和液性指數(shù)

　　碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性質(zhì)受含水量的影響特別大。

　　黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液限指數(shù)。液限指數(shù)愈大，土質(zhì)愈軟。

　　土建計量講義：巖石主要力學(xué)性質(zhì)

　?、賻r石的變形

　　巖石受力作用會產(chǎn)生變形，在彈性變形范圍內(nèi)用彈性模量和泊桑(松)比兩個指標(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。泊松比是橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比。泊桑(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常數(shù)。通常所提供的彈性模量和泊桑(松)比，只是在一定條件下的平均值。

　?、趲r石的強度

　　巖石的強度是巖石抵抗外力破壞的能力，也以“帕斯卡”為單位，用符號Pa表示。巖石受力作用破壞，表現(xiàn)為壓碎、拉斷和剪切等，故有抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度等。

　　a.抗壓強度?？箟簭姸仁菐r石在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力，是巖石最基本最常用的力學(xué)指標(biāo)。在數(shù)值上等于巖石受壓達到破壞時的極限應(yīng)力?？箟簭姸戎饕c巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、風(fēng)化程度和含水情況等有關(guān)，也受巖石的礦物成分和生成條件的影響。

　　所以，巖石的抗壓強度相差很大，膠結(jié)不良的礫巖和軟弱頁巖小于20MPa，堅硬巖漿巖大于245MPa.

　　b.抗拉強度?？估瓘姸仁菐r石抵抗拉伸破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石單向拉伸破壞時的最大張應(yīng)力。巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度，故當(dāng)巖層受到擠壓形成褶皺時，常在彎曲變形較大的部位受拉破壞，產(chǎn)生張性裂隙。

　　c.抗剪強度?？辜魪姸仁侵笌r石抵抗剪切破壞的能力，在數(shù)值上等于巖石受剪破壞時的極限剪應(yīng)力。在一定壓應(yīng)力下巖石剪斷時，剪破面上的最大剪應(yīng)力，稱為抗剪斷強度，其值一般都比較高?？辜魪姸仁茄貛r石裂隙或軟弱面等發(fā)生剪切滑動時的指標(biāo)，其強度遠遠低于抗剪斷強度。

　　三項強度中，巖石的抗壓強度最高，抗剪強度居中，抗拉強度最小?？辜魪姸燃s為抗壓強度的10%～40%，抗拉強度僅是抗壓強度的2%～16%.巖石越堅硬，其值相差越大，軟弱巖石的差別較小。巖石的抗壓強度和抗剪強度，是評價巖石(巖體)穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，是對巖石(巖體)的穩(wěn)定性進行定量分析的依據(jù)之一。

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　　土建計量講義：巖石的主要物理性質(zhì)

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　　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的重度，稱為干重度;孔隙全部被水充滿時的重度，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，巖石的強度和穩(wěn)定性也較高。

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　　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，以百分數(shù)計?？紫缎詫r石的強度和穩(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，也可以百分數(shù)計。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，則水對巖石顆粒間結(jié)合物的浸潤、軟化作用就強，巖石強度和穩(wěn)定性受水作用的影響也就越顯著。

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　　巖石的軟化性是指巖石受水作用后，強度和穩(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)下的極限抗壓強度與風(fēng)干狀態(tài)下極限抗壓強度的比。其值越小，表示巖石的強度和穩(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。軟化系數(shù)小于0.75的巖石，是軟化性較強的巖石，工程性質(zhì)比較差。

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　　巖石孔隙中的水結(jié)冰時體積膨脹，會產(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)，抗凍性是評價巖石工程性質(zhì)的一個重要指標(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前后抗壓強度的降低率表示?？箟簭姸冉档吐市∮?5%的巖石，認為是抗凍的;大于25%的巖石，認為是非抗凍的。