水与岩体软化

『壹』 岩石遇水内聚力和内摩擦角的变化，有什么规律吗

岩石浸水饱和后强度会发生降低，（内聚力和内摩擦角当然也会相应减小）称为岩石回的软化性。岩答石的软化性取决于岩石的矿物组成和空隙性。当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时，岩石的软化性较强。如粘土岩、泥质胶结的砂岩、砾岩和泥灰岩等岩石，软化性较强，软化系数一般在0.4～0.6，甚至更低。软化系数是岩石的单轴抗压强度的变化系数，和内聚力、内摩擦角的变化有线性关系。常见岩石的软化系数如下表：
花岗岩：0.72～0.97
辉绿岩：0.33～0.90
玄武岩：0.3～0.95
砂岩：0.65～0.97
页岩：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《岩体力学》，武汉地大99版

『贰』 有请地质专家：有一种岩石,受潮或遇水就软化为砂,这是什么岩,有什么价值

你说的不是岩石,是风化程度极高的风化岩,或是一种砂质土.由于缺乏生物作用,有机养分少,不利于种植.

『叁』 水对岩体的化学作用

水对岩体的化学作用主要包括地下水与岩体之间的离子交换、溶解作用、水化作用、水解作用、溶蚀作用、氧化还原作用、沉淀作用及超渗透作用等。

地下水与煤岩体的离子交换是由物理力和化学力吸附到煤岩体颗粒上的离子和分子与地下水的一种交换过程。地下水与煤岩体之间的离子交换经常是：富含Ca和Mg离子的地下水在流经富含Na离子的煤岩体时，水中的Ca或Mg离子置换了煤岩体中的Na离子，一方面水中Na离子的增加使天然水得到软化，另一方面新形成的煤岩体中富含了Ca和Mg增加了煤岩体的孔隙度和渗透性能。地下水与煤岩体之间的离子交换使得煤岩体结构改变，从而影响煤岩体的力学性质。

水化作用是渗透水浸入矿物结晶格架中或水分子附着到可溶性岩石的离子上，使岩石的结构发生微观、细观及宏观的改变，减少岩土体的内聚力。氧化还原作用是一种电子从一个原子转移到另一个原子的化学反应。氧化过程是被氧化的物质失去自由电子的过程，而还原过程则是被还原的物质获的电子的过程。氧化作用发生在潜水面以上的包气带，氧气可从二氧化碳中得到补充，在潜水面以下的饱水带氧气耗尽，在同种条件下氧气在水中的溶解度比在空气中小得多，因此，氧化作用随着深度增加而减小，还原作用随深度增加而逐渐增强。地下水与岩土体之间发生的氧化还原作用，既改变着岩土体中矿物组成，又改变着地下水的化学组成及侵蚀性，从而影响岩土体的力学特性。

水解作用是地下水与岩土体物质中的离子之间的一种反应，若岩土体中的阳离子与地下水发生水解作用，则地下水中氢离子的浓度增加，增大了岩土体的酸度；若岩土体中阴离子与地下水发生水解作用，则使地下水中的氢氧根离子浓度增加，增大了水的碱性。水解作用一方面改变着地下水的PH，另一方面也使岩土体物质发生改变，从而影响岩土体的力学性质。

『肆』 岩体的软化性与岩体的强度有什么关系

某些岩体经过变化，雨水浸泡会影响岩体的强度，像我们住的楼房就要考证这个，要不然住着住着坍塌了，或者自己跨了

『伍』 有请地质专家：有一种岩石，受潮或遇水就软化为砂，这是什么岩，有什么价值

你说的不是岩石，是风化程度极高的风化岩，或是一种砂质土。由于缺乏生物作用，有机养分少，不利于种植。

『陆』 岩石遇水为什么变软

一方面部分岩石内部含有易溶于水介质，另外岩石中很多矿物成分在饱和状态下的单轴强度是会降低的。所以岩石和含水状态下的强度低于干燥状态~

『柒』 水对岩体抗压强度影响实验研究

图4.10 岩石试件

图4.11 岩石力学测试系统

水对岩石抗压强度具有明显的影响^[82～84]，地表水的下渗或地下水的存在会影响岩石的变形常数，降低岩石的强度，因此测试岩石在不同含水状态下单轴抗压强度具有重要意义。本次实验选用泥岩、粉砂岩和砂岩作为研究对象，在室内取岩心，采用湿式加工法将所采集的岩样加工成直径为50mm、高为100mm的圆柱形试件共30件（图4.10），其加工精度满足国际岩石力学学会建议的实验规范要求，然后根据实验要求分为饱水状态、自然干燥状态和完全干燥状态下迸行单轴抗压强度试验。将部分试件放在室温、通风情况下放置一周，作为自然干燥状态下样品；部分试件放在烘箱内、105 ℃条件下烘48 h，作为烘干样品；部分试件放在水中浸泡48 h作为水饱和样品。本次试验所采用的设备（图4.11），其轴向荷载由安装在试验系统上的荷重计测定，纵向位移和横向位移则采用与试验系统配套的位移引伸计测定。

图4.12 不同含水量时单轴压缩条件下应力-应变曲线

砂岩试件在单轴压缩荷载条件下不同含水量时的应力—应变曲线如图4.12。由图4.12可以看出，随着含水量的逐渐增加，曲线的位置越来越低，峰值强度也越来越小；在相同的应力作用下，轴向应变越来越大，而在相同的应力区间内，应变增量也越来越大，从砂岩在不同含水量下的应力—应变曲线中不难看出其变形特性均属于弹塑性，且3阶段特征明显。从图4.12中还可以发现，随着含水量的增加，应力—应变曲线直线段的斜率也相应发生了变化，岩石试件从塑性转变为弹性的时机逐步滞后，说明岩石试件的塑性变形阶段会由于含水量的增加而有所延长。

试件破坏形态如图4.13，试验数据见表4.1至表4.3。根据实验结果可知，泥岩、砂岩和粉砂岩三类岩石单轴抗压强度随含水率的变化趋势基本相同，即与自然干燥状态下的岩石试件相比较，完全干燥的岩石强度增大，而饱水状态的岩石强度则降低，强度增大与降低的幅度值主要与岩石类型有关。

图4.13 岩石试件单轴压缩破坏

分析试验数据可知砂岩软化系数的平均值为0.804，粉砂岩软化系数的平均值为0.742，泥岩软化系数的平均值为0.656，表明水对坚硬岩石强度影响较小，而对软弱岩石影响较大。根据抗压强度与吸水率的变化关系，可假定岩石的抗压强度与含水率变化呈线性趋势，对平均值迸行线性拟合得出抗压强度与含水率的关系。

表4.1 泥岩试件不同含水率的抗压强度

表4.2 砂岩试件不同含水率的抗压强度

表4.3 粉砂岩试件不同含水率的抗压强度

续表

泥岩抗压强度与含水率的关系式为：R₃=30.1-7.65ω，其变化趋势如图4.14。

图4.14 泥岩抗压强度与含水率的关系

砂岩抗压强度与含水率的关系式为：R₁=93.8-8.17ω，其变化趋势如图4.15。

图4.15 砂岩抗压强度与含水率的关系

粉砂岩抗压强度与含水率的关系式：R₂=50.2-4.33ω，其变化趋势如图4.16。

图4.16 粉砂岩抗压强度与含水率的关系

由以上关系式可推断出岩体单轴抗压强度与含水率的关系式为

R=R₀-Kω （4.39）

式中：R——岩体抗压强度，MPa；

R₀——岩体干燥状态下的抗压强度，MPa；

K——岩体的相关系数；

ω——岩体的含水率，%。

『捌』 水对岩体抗剪强度影响实验研究

地下水对岩体抗剪强度的影响主要从两个方面考虑，一是地下水的存在使岩体及其裂隙的摩擦系数ƒ、黏结力c减小；特别是在裂隙内有填充物或页岩、泥岩、粉砂岩等具有膨胀性能的岩石存在，地下水会使填充物、岩石软化，ƒ和c的值会减小得更多，岩体的抗剪强度也随之减小。二是地下水降低了岩体裂隙间的有效正应力，根据Mohr-Coulomb抗剪强度准则，裂隙的抗剪强度自然就降低了^[85]。

通过实验迸一步分析了在不同含水量条件下岩体抗剪参数的变化情况。试验选用含天然结构面的一组试件（k1，k2，k3），岩体试件为粉砂岩，规格为200mm×200mm×400mm。为准确地测定结构面的抗剪强度，选取了两种试验状态，即自然状态和饱水状态。在迸行饱水状态试验时，试件的具体制作方法是在常温状态下，将试件完全浸于水中，让其浸泡时间不低于两昼夜，保证试件充分达到饱水状态。

本次试验使用的仪器为YSZJ20-1 型岩石直剪仪，电脑自动控制，试验过程实时记录剪应力-剪切位移曲线，实验设备如图4.17。

图4.17 YSZJ20-1型岩石直剪仪

4.3.2.1 天然状态下试件变形特性分析

图4.18给出了一组不同试件在相同试验条件下的剪切力—剪切位移图。从图4.18中可以看出，在加载初期，曲线呈线性增长，表现为弹性，剪切刚度可视为常量；随着剪切力的增加，曲线呈现非线性变化，位移随着力的增加明显增大，曲线斜率开始变小；当剪切力达到某一数值时，剪切位移突然增大，试件发生大幅度的滑移，这时曲线斜率趋近于零，剪切刚度也随之降为零，说明试件的抗剪能力丧失，即试件已沿结构面破坏。

从图4.18可以看出：每组图中3条曲线的变化规律大致相似，在法向力由10 kN升高到20 kN的过程中，剪切力—剪切位移曲线的斜率依次增大，剪切力峰值点相应提高，说明随着法向力的增大，结构面的抗剪强度值逐渐增大，这与理论情况是相符合的。从这3组变形曲线的对比可知，要使滑移面产生相同的剪切位移，随着法向力的增大，需要的剪应力也越来越大，说明滑移面的剪切破坏是与法向力密切相关的，即当法向力增大时岩体的抗剪强度也相应增大。

图4.18 天然状态下试件在不同法向力时的剪切力-剪切位移曲线

4.3.2.2 饱水状态下试件变形特性分析

饱水状态下的变形特性见图4.19。对3组曲线迸行整体分析发现：图4.19 a～c中曲线的变化规律与试件在天然状态下一致，随着法向力的增加，试件的抗剪强度相应增大，也就是说当法向荷载增大时，如果要使结构面产生相同大小的位移，则所需的剪应力也增加。这说明在饱和水状态下结构面的剪切破坏也是与法向力密切相关的，当法向力增大时，抗剪强度也存在增大的趋势。

图4.19 饱水状态下试件在不同法向力时的剪切力—剪切位移曲线

4.3.2.3 不同含水量试件变形曲线分析

由于在同一法向力作用下，不同含水量的剪切位移曲线的变化趋势基本相似，因此，只选取试件k2在法向力20 kN作用下天然状态与饱水状态时的剪切力—剪切位移曲线迸行说明（图4.20）。从两条曲线的对比情况来看，在两种情况下曲线的变化趋势是基本一致的，但岩体试件在天然状态时的抗剪强度比在饱水状态时的大，这是因为随着岩体试件结构面中含水量的增大，水对结构面产生了润滑作用，降低了滑移面的摩擦系数，从而使得摩擦力也相应减小。

图4.20 试件不同含水量的剪切力—剪切位移

4.3.2.4 不同含水量试件强度特性分析

试件在天然状态下与饱水状态下抗剪强度试验数据见表4.4，对比曲线如图4.21。

表4.4 不同状态下试件的抗剪强度

图4.21 含水量不同各试件的强度曲线

通过岩体试件的强度对比可知，天然状态下岩体试件的抗剪强度比饱水状态下的抗剪强度大，其中试件k1在饱水后抗剪强度下降了17.86%，试件k2下降了12.22%，试件k3下降了19.46%。其平均下降幅度为16.51%。表明岩体结构面的抗剪强度随含水量的增加而降低。

『玖』 简答题 什么叫岩石的软化性 如何评价

岩石软化性是岩石浸水后力学强度降低的特性。它主要取决于岩石的矿物成分和孔隙性。其定量指标是软化系数。软化系数愈小，软化性愈强。软化系数小于0.75的岩石称软化岩石。

『拾』 水对岩体的物理作用

润滑作用：处于裂隙岩体中的水，在裂隙岩体的不连续面边界（裂隙面）上产生润滑作用，使不连续面的摩擦阻力减小和作用在不连续面上的剪应力效应增强，结果沿不连续面诱发裂隙岩体的剪切运动。地下水对裂隙岩体产生的润滑作用反映在力学上，就是使裂隙岩体的摩擦角减小。

软化和泥化作用：地下水对裂隙岩体的软化泥化作用主要表现在对裂隙岩体结构面中充填物的物理性状的改变上，岩体结构面中充填物随含水量的变化，发生从固态向塑态直至液态的弱化效应。软化和泥化作用使裂隙岩体的力学性能降低，内聚力和摩擦角减小。