堅硬岩石

堅硬岩石是指新鮮完整的岩石，如沉積岩、火成岩、變質岩等。堅硬岩石具有很高的力學強度和很強的抗水性。以其抗壓強度大於50~300公斤/平方厘米而區別於半堅硬岩石，強度大者可達數千公斤，遠遠超過一般建築物的要求。對於含有大量鹽岩和石膏的堅硬岩系，其易溶性形成了工程地質的特殊研究內容。

基本介紹

• 中文名：堅硬岩石
• 外文名：hard rock
• 解釋：新鮮完整的岩石
• 例子：新鮮的沉積岩、火成岩、火成岩
• 性質：力學強度和抗水性
• 研究資料：抗壓強度極限、關於岩石抗凍性等

概念

堅硬岩石是指顆粒牢固聯結、有較高的力學強度的岩石。—般指在飽和水狀態下的極限抗壓強度大於50公斤/平方厘米的叫做堅硬岩石，小於60公斤/平方厘米的叫做半堅硬岩石。

基本特徵

堅硬岩石包括新鮮的火成岩、變質岩及固結的沉積岩，從工程地質方面來看，堅硬岩石的基本特徵如下：

①新鮮岩石具有很高的力學強度，達種強度遠遠超過一般建築物的要求。例如新鮮的火成岩的極限抗壓強度可由數百到數千公斤/平方厘米，而普通建築物對地基強度的要求只有數公斤/厘米²。堅硬岩石的這種高的強度是由其所特有的內部聯轄(融合的、膠結的)所決定的。

②新鮮完整的堅硬岩石大多數具有很大的隔水能力。一般而言，結晶礦物互相融合聯結的火成岩和變質岩多數是隔水的。顆粒被膠結物膠結起來而聯結的岩石，例如礫岩、砂岩等等有時常為透水的。

③對堅硬岩石的力學強度和透水性等，最有影響的次生變化就是構造破壞作用和風化作用。雖然新鮮的岩石性質很好，但是往往都因為遭到地殼運動構造應力的破壞，形成裂隙、斷裂以及破碎帶，而大大地降低岩石強度和隔水能力。風化作用也是使岩石工程地質性質變壞的最主要的因素之一。因此，在對這類岩石進行工程地質釋價時，需要特別注意岩石的構造破壞和風化的程度。

④某些類型的堅硬岩石是可溶性岩石，例如石灰岩、大理岩等等。因此，這些岩石的可溶性就是影響其工程地質性質的最主要因素。

堅硬岩石的飽水單軸極限抗壓強度一般大於200～500kg/cm²。顆粒與顆粒之間具有遇水穩定的剛性連結，是堅硬岩石的最大特點。按其自身的特性，它們與金屬和混凝土等堅硬彈性的物質近似。但是，由於堅硬岩石是由不同礦物所組成，並且常常具有層理、片理、裂隙、易於風化和溶解(主要是石灰岩)等特性，所以它們是各向異性的物質。堅硬岩石，除某些石灰岩、白雲岩外，其孔隙極小(通常小於1%)，實際上是不可壓縮和不溶於水的，但裂隙透水和含水。它們的力學強度指標相當高。但由於風化和裂隙的發育，常使其強度大為降低。所以，對堅硬岩石來說，主要的工程地質問題是風化和構造破壞問題。在碳酸鹽岩石分布區，則還有一個岩溶作用的問題。

研究特點

為了研究堅硬岩石的力學性質，可以套用對所有建築材料的一般方法，並且可以利用關於抗壓強度極限、關於岩石抗凍性等的資料作為這些性質的特徵指標。

在對堅硬岩石作為結構物地基而進行評價時，總的來說，關於它們的成分和力學性質的資料往往具有局限性的意義。例如，同一種岩石(例如花崗岩)依據構造作用的影響強烈程度、風化作用的大小等等可以處在各種不同的狀態。因此，堅硬岩石的名稱(例如花崗岩)不可以看作是它有足夠強度和穩定性的特徵。

關於堅硬岩石試樣的抗壓強度極限的資料也不可能是用作為結構物地基岩石詳細的強度特徵指標。例如，岩石的試樣可能具有極大的強度，而被許多裂縫分開的岩體的岩石可能是結構物的不穩定地基。

強裂隙性的花崗岩儘管有超過1000公斤/厘米²的強度極限，但比起其它的岩石來，例如與強度極限為100～150公斤/厘米²而沒有裂縫的石灰質砂岩來說，這種花崗岩是相當不好的地基。因此，當評價堅硬岩石的建築性質時，不可以只憑高強度極限數據來判定。

當評價堅硬岩石的性質時，關於它們的狀態的資料，也就是關於風化和構造作用對岩石的影響的資料具有特別重大的意義。

關於岩石風化程度的初步印象可以根據天然露頭和探坑、水平坑道坑壁等的檢查而得到。這一概念在今後用顯微鏡研究岩石時而再加以精確。

運用與影響

1、世界上的大部分地區是由堅硬岩石(基底岩系)或石灰岩地形組成。在這些地區岩石多孔性受到次滲透性的約束，例如岩石的裂縫、斷層(斷裂線)和風化地區或充滿水的喀斯特岩洞。許多文獻中都涉及對圖像上的線性構造進行研究。然而，最有效地利用堅硬岩石地形圖像的方法也許是地區水文地質分帶。這種分帶充分利用地理岩石記載數據、結構和岩石特徵、地貌、土壤和植被的自然聯繫。這些特徵間的相互影響和過去氣候地貌的發展為研究人員將每一塊地區看作“地下水水塔”奠定了充分的基礎。“地下水水塔”具有補給、存儲和地下水流的特定條件。

2、在堅硬岩石中採用淺孔爆破，需要面對爆破質量和爆破飛石這一難以克服的困難。針對孔淺、岩石硬，在施工中採用了增加裝藥、同時起爆、良好填塞、強力防護的爆破技術手段，以實現爆破破碎和周圍環境安全的有機結合。

在特堅硬岩石的條件下，炸藥破碎岩石主要作用在於爆炸應力波，因此應該根據爆炸應力波理論考慮爆破參數。爆破開挖的高度小，需要的炮孔深度也小，如果每個炮孔的裝藥量太小，就不能破岩。如果採用較大的炮孑L裝藥量就會造成大量的飛石，但在實際操作時必須要保證岩石的有效破碎，達到爆破破岩的目的，這就不得不增加單位岩石消耗量，相應地將每個炮孔的裝藥增加到一定量，使之在岩石中能夠產生足夠大的爆炸應力和反射拉應力，將岩石破碎。