水與岩體軟化

『壹』 岩石遇水內聚力和內摩擦角的變化，有什麼規律嗎

岩石浸水飽和後強度會發生降低，（內聚力和內摩擦角當然也會相應減小）稱為岩石回的軟化性。岩答石的軟化性取決於岩石的礦物組成和空隙性。當岩石中含有較多的親水性和可溶性礦物，且含大開空隙較多時，岩石的軟化性較強。如粘土岩、泥質膠結的砂岩、礫岩和泥灰岩等岩石，軟化性較強，軟化系數一般在0.4～0.6，甚至更低。軟化系數是岩石的單軸抗壓強度的變化系數，和內聚力、內摩擦角的變化有線性關系。常見岩石的軟化系數如下表：
花崗岩：0.72～0.97
輝綠岩：0.33～0.90
玄武岩：0.3～0.95
砂岩：0.65～0.97
頁岩：0.24～0.74
石灰岩：0.70～0.94
片麻岩：0.75～0.97
千枚岩：0.67～0.96
石英岩：0.94～0.96
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以上引自《岩體力學》，武漢地大99版

『貳』 有請地質專家：有一種岩石,受潮或遇水就軟化為砂,這是什麼岩,有什麼價值

你說的不是岩石,是風化程度極高的風化岩,或是一種砂質土.由於缺乏生物作用,有機養分少,不利於種植.

『叄』 水對岩體的化學作用

水對岩體的化學作用主要包括地下水與岩體之間的離子交換、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蝕作用、氧化還原作用、沉澱作用及超滲透作用等。

地下水與煤岩體的離子交換是由物理力和化學力吸附到煤岩體顆粒上的離子和分子與地下水的一種交換過程。地下水與煤岩體之間的離子交換經常是：富含Ca和Mg離子的地下水在流經富含Na離子的煤岩體時，水中的Ca或Mg離子置換了煤岩體中的Na離子，一方面水中Na離子的增加使天然水得到軟化，另一方面新形成的煤岩體中富含了Ca和Mg增加了煤岩體的孔隙度和滲透性能。地下水與煤岩體之間的離子交換使得煤岩體結構改變，從而影響煤岩體的力學性質。

水化作用是滲透水浸入礦物結晶格架中或水分子附著到可溶性岩石的離子上，使岩石的結構發生微觀、細觀及宏觀的改變，減少岩土體的內聚力。氧化還原作用是一種電子從一個原子轉移到另一個原子的化學反應。氧化過程是被氧化的物質失去自由電子的過程，而還原過程則是被還原的物質獲的電子的過程。氧化作用發生在潛水面以上的包氣帶，氧氣可從二氧化碳中得到補充，在潛水面以下的飽水帶氧氣耗盡，在同種條件下氧氣在水中的溶解度比在空氣中小得多，因此，氧化作用隨著深度增加而減小，還原作用隨深度增加而逐漸增強。地下水與岩土體之間發生的氧化還原作用，既改變著岩土體中礦物組成，又改變著地下水的化學組成及侵蝕性，從而影響岩土體的力學特性。

水解作用是地下水與岩土體物質中的離子之間的一種反應，若岩土體中的陽離子與地下水發生水解作用，則地下水中氫離子的濃度增加，增大了岩土體的酸度；若岩土體中陰離子與地下水發生水解作用，則使地下水中的氫氧根離子濃度增加，增大了水的鹼性。水解作用一方面改變著地下水的PH，另一方面也使岩土體物質發生改變，從而影響岩土體的力學性質。

『肆』 岩體的軟化性與岩體的強度有什麼關系

某些岩體經過變化，雨水浸泡會影響岩體的強度，像我們住的樓房就要考證這個，要不然住著住著坍塌了，或者自己跨了

『伍』 有請地質專家：有一種岩石，受潮或遇水就軟化為砂，這是什麼岩，有什麼價值

你說的不是岩石，是風化程度極高的風化岩，或是一種砂質土。由於缺乏生物作用，有機養分少，不利於種植。

『陸』 岩石遇水為什麼變軟

一方面部分岩石內部含有易溶於水介質，另外岩石中很多礦物成分在飽和狀態下的單軸強度是會降低的。所以岩石和含水狀態下的強度低於乾燥狀態~

『柒』 水對岩體抗壓強度影響實驗研究

圖4.10 岩石試件

圖4.11 岩石力學測試系統

水對岩石抗壓強度具有明顯的影響^[82～84]，地表水的下滲或地下水的存在會影響岩石的變形常數，降低岩石的強度，因此測試岩石在不同含水狀態下單軸抗壓強度具有重要意義。本次實驗選用泥岩、粉砂岩和砂岩作為研究對象，在室內取岩心，採用濕式加工法將所採集的岩樣加工成直徑為50mm、高為100mm的圓柱形試件共30件（圖4.10），其加工精度滿足國際岩石力學學會建議的實驗規范要求，然後根據實驗要求分為飽水狀態、自然乾燥狀態和完全乾燥狀態下迸行單軸抗壓強度試驗。將部分試件放在室溫、通風情況下放置一周，作為自然乾燥狀態下樣品；部分試件放在烘箱內、105 ℃條件下烘48 h，作為烘乾樣品；部分試件放在水中浸泡48 h作為水飽和樣品。本次試驗所採用的設備（圖4.11），其軸向荷載由安裝在試驗系統上的荷重計測定，縱向位移和橫向位移則採用與試驗系統配套的位移引伸計測定。

圖4.12 不同含水量時單軸壓縮條件下應力-應變曲線

砂岩試件在單軸壓縮荷載條件下不同含水量時的應力—應變曲線如圖4.12。由圖4.12可以看出，隨著含水量的逐漸增加，曲線的位置越來越低，峰值強度也越來越小；在相同的應力作用下，軸向應變越來越大，而在相同的應力區間內，應變增量也越來越大，從砂岩在不同含水量下的應力—應變曲線中不難看出其變形特性均屬於彈塑性，且3階段特徵明顯。從圖4.12中還可以發現，隨著含水量的增加，應力—應變曲線直線段的斜率也相應發生了變化，岩石試件從塑性轉變為彈性的時機逐步滯後，說明岩石試件的塑性變形階段會由於含水量的增加而有所延長。

試件破壞形態如圖4.13，試驗數據見表4.1至表4.3。根據實驗結果可知，泥岩、砂岩和粉砂岩三類岩石單軸抗壓強度隨含水率的變化趨勢基本相同，即與自然乾燥狀態下的岩石試件相比較，完全乾燥的岩石強度增大，而飽水狀態的岩石強度則降低，強度增大與降低的幅度值主要與岩石類型有關。

圖4.13 岩石試件單軸壓縮破壞

分析試驗數據可知砂岩軟化系數的平均值為0.804，粉砂岩軟化系數的平均值為0.742，泥岩軟化系數的平均值為0.656，表明水對堅硬岩石強度影響較小，而對軟弱岩石影響較大。根據抗壓強度與吸水率的變化關系，可假定岩石的抗壓強度與含水率變化呈線性趨勢，對平均值迸行線性擬合得出抗壓強度與含水率的關系。

表4.1 泥岩試件不同含水率的抗壓強度

表4.2 砂岩試件不同含水率的抗壓強度

表4.3 粉砂岩試件不同含水率的抗壓強度

續表

泥岩抗壓強度與含水率的關系式為：R₃=30.1-7.65ω，其變化趨勢如圖4.14。

圖4.14 泥岩抗壓強度與含水率的關系

砂岩抗壓強度與含水率的關系式為：R₁=93.8-8.17ω，其變化趨勢如圖4.15。

圖4.15 砂岩抗壓強度與含水率的關系

粉砂岩抗壓強度與含水率的關系式：R₂=50.2-4.33ω，其變化趨勢如圖4.16。

圖4.16 粉砂岩抗壓強度與含水率的關系

由以上關系式可推斷出岩體單軸抗壓強度與含水率的關系式為

R=R₀-Kω （4.39）

式中：R——岩體抗壓強度，MPa；

R₀——岩體乾燥狀態下的抗壓強度，MPa；

K——岩體的相關系數；

ω——岩體的含水率，%。

『捌』 水對岩體抗剪強度影響實驗研究

地下水對岩體抗剪強度的影響主要從兩個方面考慮，一是地下水的存在使岩體及其裂隙的摩擦系數ƒ、黏結力c減小；特別是在裂隙內有填充物或頁岩、泥岩、粉砂岩等具有膨脹性能的岩石存在，地下水會使填充物、岩石軟化，ƒ和c的值會減小得更多，岩體的抗剪強度也隨之減小。二是地下水降低了岩體裂隙間的有效正應力，根據Mohr-Coulomb抗剪強度准則，裂隙的抗剪強度自然就降低了^[85]。

通過實驗迸一步分析了在不同含水量條件下岩體抗剪參數的變化情況。試驗選用含天然結構面的一組試件（k1，k2，k3），岩體試件為粉砂岩，規格為200mm×200mm×400mm。為准確地測定結構面的抗剪強度，選取了兩種試驗狀態，即自然狀態和飽水狀態。在迸行飽水狀態試驗時，試件的具體製作方法是在常溫狀態下，將試件完全浸於水中，讓其浸泡時間不低於兩晝夜，保證試件充分達到飽水狀態。

本次試驗使用的儀器為YSZJ20-1 型岩石直剪儀，電腦自動控制，試驗過程實時記錄剪應力-剪切位移曲線，實驗設備如圖4.17。

圖4.17 YSZJ20-1型岩石直剪儀

4.3.2.1 天然狀態下試件變形特性分析

圖4.18給出了一組不同試件在相同試驗條件下的剪切力—剪切位移圖。從圖4.18中可以看出，在載入初期，曲線呈線性增長，表現為彈性，剪切剛度可視為常量；隨著剪切力的增加，曲線呈現非線性變化，位移隨著力的增加明顯增大，曲線斜率開始變小；當剪切力達到某一數值時，剪切位移突然增大，試件發生大幅度的滑移，這時曲線斜率趨近於零，剪切剛度也隨之降為零，說明試件的抗剪能力喪失，即試件已沿結構面破壞。

從圖4.18可以看出：每組圖中3條曲線的變化規律大致相似，在法向力由10 kN升高到20 kN的過程中，剪切力—剪切位移曲線的斜率依次增大，剪切力峰值點相應提高，說明隨著法向力的增大，結構面的抗剪強度值逐漸增大，這與理論情況是相符合的。從這3組變形曲線的對比可知，要使滑移面產生相同的剪切位移，隨著法向力的增大，需要的剪應力也越來越大，說明滑移面的剪切破壞是與法向力密切相關的，即當法向力增大時岩體的抗剪強度也相應增大。

圖4.18 天然狀態下試件在不同法向力時的剪切力-剪切位移曲線

4.3.2.2 飽水狀態下試件變形特性分析

飽水狀態下的變形特性見圖4.19。對3組曲線迸行整體分析發現：圖4.19 a～c中曲線的變化規律與試件在天然狀態下一致，隨著法向力的增加，試件的抗剪強度相應增大，也就是說當法向荷載增大時，如果要使結構面產生相同大小的位移，則所需的剪應力也增加。這說明在飽和水狀態下結構面的剪切破壞也是與法向力密切相關的，當法向力增大時，抗剪強度也存在增大的趨勢。

圖4.19 飽水狀態下試件在不同法向力時的剪切力—剪切位移曲線

4.3.2.3 不同含水量試件變形曲線分析

由於在同一法向力作用下，不同含水量的剪切位移曲線的變化趨勢基本相似，因此，只選取試件k2在法向力20 kN作用下天然狀態與飽水狀態時的剪切力—剪切位移曲線迸行說明（圖4.20）。從兩條曲線的對比情況來看，在兩種情況下曲線的變化趨勢是基本一致的，但岩體試件在天然狀態時的抗剪強度比在飽水狀態時的大，這是因為隨著岩體試件結構面中含水量的增大，水對結構面產生了潤滑作用，降低了滑移面的摩擦系數，從而使得摩擦力也相應減小。

圖4.20 試件不同含水量的剪切力—剪切位移

4.3.2.4 不同含水量試件強度特性分析

試件在天然狀態下與飽水狀態下抗剪強度試驗數據見表4.4，對比曲線如圖4.21。

表4.4 不同狀態下試件的抗剪強度

圖4.21 含水量不同各試件的強度曲線

通過岩體試件的強度對比可知，天然狀態下岩體試件的抗剪強度比飽水狀態下的抗剪強度大，其中試件k1在飽水後抗剪強度下降了17.86%，試件k2下降了12.22%，試件k3下降了19.46%。其平均下降幅度為16.51%。表明岩體結構面的抗剪強度隨含水量的增加而降低。

『玖』 簡答題 什麼叫岩石的軟化性 如何評價

岩石軟化性是岩石浸水後力學強度降低的特性。它主要取決於岩石的礦物成分和孔隙性。其定量指標是軟化系數。軟化系數愈小，軟化性愈強。軟化系數小於0.75的岩石稱軟化岩石。

『拾』 水對岩體的物理作用

潤滑作用：處於裂隙岩體中的水，在裂隙岩體的不連續面邊界（裂隙面）上產生潤滑作用，使不連續面的摩擦阻力減小和作用在不連續面上的剪應力效應增強，結果沿不連續面誘發裂隙岩體的剪切運動。地下水對裂隙岩體產生的潤滑作用反映在力學上，就是使裂隙岩體的摩擦角減小。

軟化和泥化作用：地下水對裂隙岩體的軟化泥化作用主要表現在對裂隙岩體結構面中充填物的物理性狀的改變上，岩體結構面中充填物隨含水量的變化，發生從固態向塑態直至液態的弱化效應。軟化和泥化作用使裂隙岩體的力學性能降低，內聚力和摩擦角減小。