一、概述

　　巖體力學(xué)是研究巖石和巖體力學(xué)性能的理論和應(yīng)用的科學(xué)，是探討巖石和巖體對其周 圍物理環(huán)境(力場)的變化作出反應(yīng)的一門力學(xué)分支。

　　所謂的巖石是指由礦物和巖屑在長期的地質(zhì)作用下，按一定規(guī)律聚集而成的自然體。由于成因的不同，巖石可分成火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類。巖體是指在一定工程范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。通常認(rèn)為巖體是由巖石和結(jié)構(gòu)面組成。所謂的結(jié)構(gòu)面是指沒有或者具有極低抗拉強(qiáng)度的力學(xué)不連續(xù)面，它包括一切地質(zhì)分離面。這些地質(zhì)分離面大到延伸幾公里的斷層，小到巖石礦物中的片理和解理等。從結(jié)構(gòu)面的力學(xué)來看，它往往是巖體中相對比較薄弱的環(huán)節(jié)。因此，結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性在一定的條件下將控制巖體的力學(xué)特性，控制巖體的強(qiáng)度和變形。

　　二、巖石的基本物理力學(xué)性質(zhì)及其試驗(yàn)方法

　　(一)巖石的質(zhì)量指標(biāo)

　　與巖石的質(zhì)量有關(guān)的指標(biāo)是巖石的最基本的，也是在巖石工程中最常用的指標(biāo)。

　　1 巖石的顆粒密度(原稱為比重)

　　2 巖石的塊體密度

　　巖石的塊體密度是指單位體積巖塊的質(zhì)量。按照巖塊含水率的不同，可分成干密度、飽和密度和濕密度。

　　(1)巖石的干密度

　　巖石的干密度通常是指在烘干狀態(tài)下巖塊單位體積的質(zhì)量。該指標(biāo)一般都采用量積法求得。即將巖塊加工成標(biāo)準(zhǔn)試件(所謂的標(biāo)準(zhǔn)試件是指滿足圓柱體直徑為48～54mm，高徑比為2.0～2.5，含大顆粒的巖石，其試件直徑應(yīng)大于巖石最大顆粒直徑的10倍;并對試件加工具有以下的要求;沿試件高度，直徑或邊長的誤差不得大于0.3mm;試件兩端面的不平整度誤差不得大于0.05mm;端面垂直于試件軸線，最大偏差不得大于0.25。)。測量試件直徑或邊長以及高度后，將試件置于烘箱中，在105～110℃的恒溫下烘24h，再將試件放入干燥器內(nèi)冷卻至重溫，最后稱試件的質(zhì)量。

　　(二)巖石的水理性質(zhì)

　　1 巖石的含水率

　　巖石的含水率是指巖石試件中含水的質(zhì)量與固體質(zhì)量的比值。由于大都巖塊的含水率比較小，因此對巖塊含水率試驗(yàn)也提出了相對比較高的要求，采集試樣不得采用爆破或鉆孔法。在試件采取、運(yùn)輸、儲存和制備過程中，其含水率的變化不得大于1%。

　　2 巖石的吸水性

　　巖石的吸水性主要采用其吸水率來表示。巖石的吸水率是指巖石在某種條件下吸入水的質(zhì)量與巖石固體的質(zhì)量之比值。它是一個(gè)間接反映巖石中孔隙多少的一個(gè)指標(biāo)。巖石的吸水率按其試驗(yàn)方法的不同可分成巖石吸水率和巖石飽和吸水率兩個(gè)指標(biāo)。

　　3 巖石的膨脹性和崩解性

　　1)巖石的膨脹性

　　巖石的膨脹性是指在天然狀態(tài)下含易吸水膨脹礦物巖石的膨脹特性。這主要反映含有粘土礦物的巖石的性質(zhì)。由于粘土礦物遇水后顆粒之間的水膜將增厚，最終導(dǎo)致其體積增大。這對于巖石的力學(xué)特性以及巖石工程的施工將造成較大的影響，有必要掌握這類巖石遇水時(shí)的膨脹性，以改進(jìn)施工與支護(hù)設(shè)計(jì)的參數(shù)。巖石的膨脹性通常可用自由膨脹率、側(cè)向約束膨脹率和膨脹壓力來表示。

　　(1)自由膨脹率

　　自由膨脹率是表示易崩解的巖石在天然狀態(tài)下不受任何條件的約束，巖石浸水后自由膨脹(徑向和軸向)變形量與試件原尺寸之比。

　　(2)巖石飽和吸水率

　　(3)膨脹壓力

　　巖石的膨脹壓力是指巖石試件浸水后保持原表體積不變所需的壓力。

　　巖石的膨脹壓力通常是將按要求加工成的試件放入金屬套環(huán)內(nèi)，并在試件上下兩端放置薄型濾紙和金屬透水板，隨后安裝加壓系統(tǒng)及位移量測系統(tǒng)。可利用測得的荷載按下式計(jì)算膨脹壓力。

　　4 巖石的超聲波波速

　　巖石的超聲波波速是利用超聲波在巖石中的傳播過程中，由于其微裂隙和孔隙的存在影響其傳播的速度特性，進(jìn)而評價(jià)巖石致密程度的一個(gè)指標(biāo)。

　　巖石超聲波可根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與其傳播方向的異同分成二類波速，當(dāng)給予巖石一個(gè)脈沖后，質(zhì)點(diǎn)振動的方向與其傳播的方向垂直的波速稱為橫波或剪切波;巖質(zhì)點(diǎn)的振動方向與傳播的方向一致的波速稱為縱波或壓縮波。