礦山壓力與巖層控制

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1、第一章礦山巖石和巖體的基本性質(zhì)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)是巖體最基本、最重要的性質(zhì)之一，也是巖石力學(xué)中研究最早、最完善的內(nèi)容之一。本章介紹：巖石的地質(zhì)構(gòu)成及分類；巖石物理、力學(xué)性質(zhì)及測定；巖石的破壞機理和強度理論；巖體及其力學(xué)特征。第一節(jié)巖石的基本物理性質(zhì)1.概念巖石：礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律聚集形成的自然物體。（巖石=礦物顆粒+膠結(jié)物+孔隙+水）礦物：存在地殼中的具有一定化學(xué)成分和物理性質(zhì)的自然元素和化合物。結(jié)構(gòu)：組成巖石的物質(zhì)成分、顆粒大小和形狀以及其相互結(jié)合的情況。(結(jié)晶、膠結(jié))構(gòu)造:組成成分的空間分

2、布及其相互間排列關(guān)系。（節(jié)理、裂隙、孔隙、邊界、缺陷）礦物、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是影響巖石力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的三個重要因素。一、巖石的基本概念巖漿巖：強度高、均質(zhì)性好2.巖石地質(zhì)分類沉積巖：強度不穩(wěn)定，各向異性變質(zhì)巖：不穩(wěn)定，與變質(zhì)程度和巖性有關(guān)3.沉積巖石的力學(xué)特性：①不連續(xù)性；（物質(zhì)不能充滿空間，有孔隙存在）②各向異性；（任一點的物理、力學(xué)性質(zhì)沿不同方向均不相同）③不均勻性；（由不同物質(zhì)組成，各點物理力學(xué)性質(zhì)都不相同）④巖塊單元的可移動性；⑤地質(zhì)因素影響特性（水、氣、熱、初應(yīng)力）（上述特性導(dǎo)致巖石力學(xué)的研究方法以

3、實驗測試為主）巖石由固體，水，空氣等三相組成。（一）密度（ρ）和重度(體積力γ)：單位體積的巖石的質(zhì)量稱為巖石的密度。單位體積的巖石的重力稱為巖石的重度。所謂單位體積就是包括孔隙體積在內(nèi)的體積。（g/cm3），γ＝ρg(kN/m3)巖石的密度可分為天然密度、干密度和飽和密度。相應(yīng)地，巖石的重度可分為天然重度、干重度和飽和重度。二、巖石的基本物理性質(zhì)固體水空氣1、天然密度（ρ）和天然重度（γ）指巖石在天然狀態(tài)下的密度和重度。（g/cm3）(kN/m3)式中：W――天然狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g；)V——巖石試件

4、的體積(cm3)；g——重力加速度（N/g）。干密度是指巖石孔隙中的液體全部被蒸發(fā)后單位體積巖石的質(zhì)量，相應(yīng)的重度即為干重度。2、干密度（ρd）和干重度(γd)（g/cm3）(kN/m3)式中：Ws——巖石試件烘干后的質(zhì)量(g)；V——巖石試件的體積(cm3)；g——重力加速度。3、飽和密度（ρ）和飽和重度(γw)飽和密度就是飽水狀態(tài)下巖石試件的密度。式中：WW——飽水狀態(tài)下巖石試件的質(zhì)量(g)；V——巖石試件的體積(cm3)；g——重力加速度。（g/cm3）(kN/m3)（二）比重（相對密度）(Δ)巖石的

5、比重就是指巖石固體的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比值。巖石固體體積，就是指不包括孔隙體積在內(nèi)的體積。巖石的比重可在實驗室進行測定，其計算公式為：式中：Δ——巖石的比重；Ws——干燥巖石的質(zhì)量(g);Vs——巖石固體體積(cm3);ΔW—40C時水的密重。（三）巖石的孔隙性孔隙：巖石中孔隙和裂隙的總稱。小開型孔隙孔隙閉型孔隙開型孔隙大開型孔隙閉型孔隙：巖石中不與外界相通的孔隙。開型孔隙：巖石中與外界相通的孔隙。包括大開型孔隙和小開型孔隙。在常溫下水能進入大開型孔隙，而不能進入小開型孔隙。只有在真空中或在150個大氣

6、壓以上，水才能進入小開型孔隙?？紫抖龋褐笌r石的裂隙和孔隙發(fā)育程度，其衡量指標(biāo)為孔隙率(n)或孔隙比（e）。根據(jù)巖石孔隙類型不同，巖石的孔隙率分為：(1)總孔隙率n(2)大開孔隙率nb(3)小開孔隙率nl(4)總開孔隙率n0(5)閉孔隙率nc一般提到巖石的孔隙率時系指巖石的總孔隙率。1、孔隙率(1)總孔隙率n:即巖石試件內(nèi)孔隙的體積（VV)占試件總體積(V)的百分比。(2)大開孔隙率nb:即巖石試件內(nèi)大開型孔隙的體積（Vnb)占試件總體積(V)的百分比。(3)小開孔隙率nl:即巖石試件內(nèi)小開型孔隙的體積（Vn

7、l)占試件總體積(V)的百分比。(4)總開孔隙率（孔隙率）n0:即巖石試件內(nèi)開型孔隙的總體積（Vn0)占試件總體積(V)的百分比。(5)閉孔隙率nc:即巖石試件內(nèi)閉型孔隙的體積（Vnc)占試件總體積(V)的百分比。所謂孔隙比是指巖石試件內(nèi)孔隙的體積（VV)與巖石試件內(nèi)固體礦物顆粒的體積（Vs)之比。2、孔隙比(e)（四）巖石的水理性質(zhì)巖石遇水后會引起某些物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)的改變，巖石的這種性質(zhì)稱為巖石的水理性。1、巖石的吸水性巖石吸收水分的性能稱為巖石的吸水性，其吸水量的大小取決于巖石孔隙體積的大小及其密

8、閉程度。巖石的吸水性指標(biāo)有吸水率、飽水率和飽水系數(shù)。（1）巖石吸水率(ω1)：是指巖石試件在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下吸入水的重量Wω1與巖石干重量Ws之比。巖石的吸水率的大小，取決于巖石所含孔隙、裂隙的數(shù)量、大小、開閉程度及其分布情況，并且還與試驗條件（整體和碎塊，浸水時間等）有關(guān)。根據(jù)巖石的吸水率可求得巖石的大開孔隙率nb：式中：Ws為干燥巖石的重量；γd,γw分別為干燥巖石和水的重度。（2）巖石的飽水率（ω2）巖石的飽