浅析水对岩石的影响
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摘要：本文首次运用摄伤力学理论分析水对岩石强度和交形的影响，并把岩石扩容导致的体积变化引人损伤变量，建立了与应力状态密切相关的岩石遇水损伤变量的演变过程，它能较好的描述岩石遇水损伤特征。
关键词：水岩石报伤
中图分类号：TV文献标识码： A
岩石遇水强度降低一直是困扰地下工程围岩稳定性的一大难题。近年来，虽有一些学者试图通过实脸室试验弄清水与岩石强度之间的关系氏。，但结果不甚令人满意。其中很重要的一个原因就是没有充分考虑岩石应力状态的变化对其含水率、容重等参救的影响，而正是这些因素制约着岩石的软化程度。本文着重运用损伤力学方法，研究由于应力状态变化引起的岩石软化程度的变化，以期能更好地阅明岩石遇水软化特征。
一．岩石
1. 岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而形成的多种矿物颗粒的集合体，是组成地壳的基本物质。
2. 岩体：是相对于岩块而言的，是指地面或地下工程中范围较大的、由岩块（结构体）和结构面组成的地质体。
3.岩石结构：是指岩石中矿物颗粒的大小、形状、表面特征、颗粒相互关系、胶结类型特征等。
4. 岩石构造：是指岩石中不同矿物集合体之间及其与其他组成部分之间在空间排列方式及充填形式。
5. 岩石的密度：是指单位体积岩石的质量，单位为kg/m3 块体密度：是指单位体积岩石（包括岩石孔隙体积）的质量。
6.颗粒密度：是岩石固相物质的质量与其体积的比值。孔隙性：把岩石所具有的孔隙和裂隙特性，统称为岩石的孔隙性。
7. 孔隙率：岩石试件中孔隙体积与岩石试件体积之比渗透系数：岩石渗透系数是表征岩石透水性的重要指标
8.扩容：是指岩石在外力作用下，形变过程中发生的非弹性的体积增长。
9. 岩石三轴压缩强度：是指岩石在三轴压缩荷载作用下，试件破坏时所承受的最大轴向压应力。流变性：是指介质在外力不变条件下，应力或应变随时间而变化的性质。
10. 蠕变：是指介质随在大小和方向均不改变的外力作用下，介质的变形随时间的变化而增大的现象。
11. 松弛：是指介质的变形(应变)保持不变时，内部应力随时间变化而降低的现象
二、岩石遇水后的强度和变形特征
水对岩石强度的弱化程度取决于岩石的物理性质、初始状态、含水率、容重及应力状态等因素。大量的实脸结果表明，对干煤矿开采中遇到的岩石，如页岩、泥岩及粉砂岩等，其单轴抗压强度和弹性模量与含水率基本呈线性关系。
岩石含水率不仅与岩石本身的吸水特性有关，而且受其应力状态的形响也很大。当应力状态发生变化时，必然引起岩石休积改变，从而导致岩石容重和含水率发生变化。
三、岩石遇水损伤变量
损伤力学是分析岩石强度和变形的有力工具.在以前的研究工作中，人对岩石受力后表现出的损伤特性分析得比较充分C6]，而对引起岩石损伤的其它原因却研究得很不够.对于遇水后强度降低的岩石，水是造成其损伤的一个重要原因，有时它比力学因素造成的损伤更为严重。
四、试述岩体强度的特点
1.岩体的强度取决于结构面的强度和岩石的强度。
（1）岩体的抗剪强度包络线介于结构面强度包络线和岩石强度包络线之间。
（2）岩体强度的各向异性：岩体强度受加载方向与结构面夹角θ的控制，因此，表现出岩体强度的各向异性。
（3）水对岩体的作用使得岩体软化、泥化、、膨胀、崩解、溶蚀、水化和水解，使岩体的力学性质改变，强度弱化。
五、 如何理解岩体的破坏？岩体拉伸破坏和剪切破坏机理如何？
1.工程中岩体的破坏分为两个阶段，依次是岩体破坏和岩体工程结构的破坏。岩体破坏是指岩体在一定应力条件下，结构联结的丧失，包括结构面开裂、错动、滑动，结构体的拉伸破坏和剪切破坏。岩体工程结构破坏是指岩体结构联结丧失之后，结构体的运动，例如，边坡的滑移、倾倒、滚石，采场冒顶、片帮和底鼓等。第一阶段的岩体破坏导致岩体失去应有的承载力和稳定性，是本质意义上的破坏;而第二阶段的岩体工程结构的破坏影响岩体工程的使用，甚至使岩体工程报废。
从破坏机理来讲，大致可归为两类，即拉伸破坏和剪切破坏。拉伸破坏有：垂直结构面方向的拉伸破坏，沿结构面方向的拉伸破坏，完整岩体的拉伸破坏。岩体既可发生沿结构面的剪切破坏，也可发生穿切结构面的剪切破坏。沿结构面的剪切破坏主要取决于结构面的强度，而穿切结构面的剪切破坏则取决于岩石的强度。
2.岩体与地下水之间的相互作用有哪些？
（1）水对岩体的软化、泥化和崩解作用。几乎所有岩石在水的作用下都发生软化，其中泥岩、页岩等软岩的软化程度可能为严重。地下水渗入不连续面，对不连续面两侧岩石或不连续面内充填物质具有软化、泥化和崩解作用，从而改少不连续面的抗剪特性。水对岩体结构面的使其摩擦阻力降低。水的溶蚀作用使可溶岩类岩体产生溶蚀裂隙、空隙和溶洞等岩溶 现象，破坏岩体的完整性，进而降低岩体的强度。
(2)静水压力作用。
水的作用对岩体产生渗流应力减少了作用在岩体固相L的有效应力，从而降低了岩体的抗剪强度。
(3)岩体和地下水之间的相互作用。
水、岩相互隅合作用产生的力学作用效应，改变岩体的渗透性能，降低或增大岩体的渗透系数，由于岩体的渗透性能发生改变，反过来影响岩体中的应力分布，从而影响岩体的强度和变形性质。
3.岩体原始应力状态与哪些因素有关
地形地貌：谷底应力集中，应力沿坡岸分布。
岩体结构：断层和结构面附近，地应力分布状态将会受到明显扰动。断层端部、拐角及交汇处出现应力集中；断层带成为应力降低带等。
岩石力学性质：岩体应力的上限受岩体强度控制；弹性模量大利于应力积累等。 水的影响：孔隙水压力降低岩体的有效应力。
4. 水压致裂法的主要优缺点
压致裂法具有如下优点：
（1）设备简单。只需用普通钻探方法打钻孔，用双止水装置密封，用液压泵通过压裂装置压裂岩体，不需要复杂的电磁测量设备。
（2）操作方便。只通过液压泵向钻孔内注液以压裂岩体，观测压裂过程中泵压、液量即可。
（3）测值直观。它可根据压裂时泵压(初始开裂泵压、稳定开裂泵压、关闭压力、开启压力)计算出地应力值，不需要复杂的换算及辅助测试，同时还可求得岩体抗拉强度。
（4）测值代表性大。所测得的地应力值及岩体抗拉强度是代表较大范围内的平均值，有较好的代表性。
（5）适应性强。这一方法不需要电磁测量元件，不怕潮湿，可在干孔及孔中有水条件下作试验
六、结论
岩石扩容是影响其含水率的一个重要因素。岩石体积增加后，其含水率必然增大，这将会导致岩石遇水后强度进一步弱化。运用损伤力学的方法可较好地描述岩石遇水损伤特征，它是计算受水影响的地下工程围岩应力场与位移场的有力工具。
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