第四章 岩石及特殊土的工程性质 第一节 岩石的物理性质 一、密度和重度： 密度：单位体积的质量（ρ）。（g/cm 3） ??? ??饱和密度干密度／天然密度Ms/V V M 重度：单位体积的重量（γ）。（N/cm 3） 2m /s 1kg 1N ?=?=g ργ 二、颗粒密度和比重（相对密度） 颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（s ρ）。（g/cm 3） V M s s = ρ 比重（相对密度）：单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的重力之比 （d s ）。 w s s d ρρ= 三、孔隙度和孔隙比： 孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n ）。 %100?= V V n n 孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e ）。 s n V V e = 第二节 岩石的水理性质 一、吸水性：指岩石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率表示。 吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之比。 %1001 1?= s w G G w 饱水率：（150个大气压下或真空）吸入水量与干燥岩石质量之比。 %1002 2?= s w G G W
饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。 21 W W K w = （9.0~5.0=w K ） 二、透水性：指岩石能透过水的能力。用渗透系数K 表示。（m/s ） 达西层流定律：F I K F dl dh K Q ??=?? = 渗透系数： I V F I Q K =?= 三、软化性：指岩石浸水后强度降低的性质。用软化系数K R 表示。 软化系数： 干燥单轴抗压强度。饱和单轴抗压强度。→→= R R K c R 一般软化系数75.0＜R K 的岩石具软化性。 四、抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。 强度损失率： 冻融前的强度冻融前后强度差 = l R 不抗冻的岩石 R L ＞25％ 重量损失率： 冻融前的重量冻融前后重量差 = L G G L ＞2％ K W ＞ 五、可溶性：指岩石被水溶解的性能。 六、膨胀性：指岩石吸水后体积增大的性能。 七、崩解性：岩石（干燥）泡水后，因内部结构破坏而崩解的性能。 第三节 岩石的力学性质 一、变形：岩石受力后发生形状改变的现象。主要变形模量和泊松比表示。 ??? ? ?? ? ??? ?? ? ===50505001εσεσ εσ εσ＝割线模量塑性模量弹性模量变形模量、变形：E E E E s s t T 2、泊松比：指横向应变⊥ε与纵向应变11ε之比。
1．构成岩石的主要造岩矿物有正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、赤铁矿。 2．为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？答：基性岩石和超基性岩石主要由易风化的橄榄石、辉石及基性斜长石组成。所以基性岩石和超基性岩石非常容易风化。 3、常见岩石的结构连结类型有那几种？ 1.结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩以及部分沉积岩的结构连结。 2.胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物质连结在一起的连结。如沉积碎屑岩、部分粘土岩的结构连结。 4．何谓岩石中的微结构面，主要指那些，各有什么特点？ 答：岩石中的微结构面（或缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。矿物的解理面：是指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。晶粒边界：矿物晶体内部各粒子都是由各种离子键、原子键、分子键等相连结。由于矿物晶粒表面电价不平衡而使矿物表面具有一定的结合力，但这种结合力一般比起矿物内部的键连结力要小，因此，晶粒边界就相对软弱。微裂隙：是指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂迹线，也称显微裂隙。粒间空隙：多在成岩过程中形成，如结晶岩中晶粒之间的小空隙，碎屑岩中由于胶结物未完全充填而留下的空隙。粒间空隙对岩石的透水性和压缩性有较大的影响。晶格缺陷：有由于晶体外原子入侵结果产生的化学上的缺陷，也有由于化学比例或原子重排列的毛病所产生的物理上的缺陷。它与岩石的塑性变形有关。 5．自然界中的岩石按地质成因分类，可分为几大类，各大类有何特点？答：根据地质学的岩石成因分类可把岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩特点： 1）深成岩：常形成较大的入侵体。颗粒均匀，多为粗-中粒状结构，致密坚硬，孔隙很小，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强。2）浅成岩：成分与深成岩相似，但产状和结构都不相同，多为岩床、岩墙和岩脉。均匀性差，与其他岩种相比，它的性能较好。3）喷出岩：结构较复杂，岩性不均一，连续性较差，透水性较强，软弱结构面比较发育。沉积岩特点：1）火山碎屑岩：具有岩浆和普通沉积岩的双重特性和过渡关系，各类火山岩的 性质差别很大。2）胶结碎屑岩：是沉积物经过胶结、成岩固结硬化的岩石。 其性质取决于胶结物的成分、胶结形式和碎屑物成分和特点。3）粘土岩：包括页岩和泥岩。其性质较差。4）化学岩和生物岩：碳酸盐类岩石，以石灰石分布最广。结构致密、坚硬、强度较高。变质岩特点：是在已有岩石的基础之上，经过变质混合作用后形成的。在形成过程中由于其形成的温度和压力的不同而具有不同的性质，形成了变质岩特有的片理、剥理和片麻结构等。据有明显的不均匀性和各向异性。变质岩特点1）接触变质岩：侵入体周围形成岩体。岩 体透水性强，抗风化能力降低。 2）动力变质岩：构造作用形成的断裂带及附近受到影响的岩石。它的胶结不好，裂隙、孔隙发育，强度低，透水性强。3）区域变质岩：这种变质岩的分布范围广，岩石厚度大，变质程度均一。一般块状岩石性质较好，层状片状岩石性质较差。 6．表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 答：指由岩石固有的物理组成和结构特性所决定的比重、容重、孔隙率、水理性等基本属性。 7、岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。 答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生三种破坏形式: (1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面
第一章岩石及岩体的基本性质 第一节概述 岩石是组成地壳的基本物质，它由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律（通过结晶或借助于胶结物粘结）组合而成。 一、岩石的分类 自然状态下的岩石，按其固体矿物颗粒之间的结合特征，可分为： ①固结性岩石：固结性岩石是指造岩矿物的固体颗粒间成刚性联系，破碎后仍可保持一定形状的岩石。 ②粘结性岩石、③散粒状岩石、④流动性岩石等。 在煤矿中遇到的大多是固结性岩石。常见的有砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等。 按岩石的力学性质不同，常把矿山岩石分为： ①坚硬岩石②松软岩石两类。 工程中常把饱水状态下单向抗压强度大于10MPa的岩石叫做坚硬岩石，而把低于该值的岩石称为松软岩石。 松软岩石具有结构疏松、密度小、孔隙率大、强度低、遇水易膨胀等特点。 从矿压控制角度看，这类岩石往往会给采掘工作造成很大困难。 二、岩石的结构和构造 岩石的强度与岩石的结构和构造有关。 1.岩石的结构指决定岩石组织的各种特征的总合。如岩石中矿物颗粒的结晶程度、颗粒大小、颗粒形状、颗粒间的联结特征、孔隙情况，以及胶结物的胶结类型等。 岩石中矿物颗粒大小差别很大，在沉积岩中，有的颗粒小到用肉眼难以分辩（如石灰岩、泥岩、粉砂岩中的细微颗粒），有的颗粒可大至几厘米（如砾岩中的粗大砾石）。组成岩石的物质颗粒大小，决定着岩石的非均质性。颗粒愈均匀，岩石的力学性质也愈均匀。一般来说，组成岩石的物质颗粒愈小，则该岩石的强度愈大。
2.岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及与其它组成部分之间的排列方式和充填方式。主要有以下几种构造： 1.整体构造——岩石的颗粒互相紧密地紧贴在一起，没有固定的排列方向； 2.多孔状构造——岩石颗粒间彼此相连并不严密，颗粒间有许多小空隙； 3.层状构造——岩石颗粒间互相交替，表现出层次叠置现象（层理）。 岩石的构造特征对其力学性质有明显影响，如层理的存在常使岩石具有明显的各向异性。在垂直于层理面的方向上，岩石承受拉力的性能很差，沿层理面的抗剪能力很弱。受压时，随加载方向与层理面的交角不同，强度有较大差别。 第二节 岩石的物理性质 一、岩石的相对密度（比重） 岩石的相对密度就是岩石固体部分实体积（不包括空隙）的质量与同体积水质量的比值。其计算公式为： w c d V G γ?=? （1-1） 式中 Δ—岩石的比重； G d —绝对干燥时岩石固体实体积的重量，g ； V c —岩石固体部分实体积，cm 3； γw —水的密度，g/cm 3 岩石比重的大小取决于组成岩石的矿物比重，而与岩石的空隙和吸水多少无关。岩石的比重可用于计算岩石空隙度和空隙比。煤矿中常见岩石的比重见表1-1。 二、岩石的质量密度 岩石的密度是指单位体积（包括空隙）岩石的质量。 根据含水状态不同，岩石的密度分为天然密度、干密度、和饱和密度。 天然密度是岩石在天然含水状态下的密度。 干密度是岩石在105～110℃烘箱烘至恒重时的密度。 饱和密度是岩石在吸水饱和状态下的密度。 干密度、饱和密度和天然密度的表达式如下：
岩石力学考试试题 1、岩体的强度小于岩石的强度主要是由于（） （ A ）岩体中含有大量的不连续 （ B ）岩体中含有水 （ C ）岩体为非均质材料 （ D ）岩石的弹性模量比岩体的大 2、岩体的尺寸效应是指（）。 （ A ）岩体的力学参数与试件的尺寸没有什么关系 （ B ）岩体的力学参数随试件的增大而增大的现象 （ C ）岩体的力学参数随试件的增大而减少的现象 （ D ）岩体的强度比岩石的小 3 、影响岩体质量的主要因素为（）。 （A）岩石类型、埋深 （B）岩石类型、含水量、温度 （C）岩体的完整性和岩石的强度 （D）岩体的完整性、岩石强度、裂隙密度、埋深 4、我国工程岩体分级标准中岩石的坚硬程序确定是按照（）。 （A）岩石的饱和单轴抗压强度 （B）岩石的抗拉强度 （C）岩石的变形模量 （D）岩石的粘结力 5、下列形态的结构体中，哪一种具有较好的稳定性？（） （A）锥形（B）菱形（C）楔形（D）方形 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、 B 9、A 10、D
6、沉积岩中的沉积间断面属于哪一种类型的结构面？（） （A）原生结构面（B）构造结构面 （C）次生结构面 7、岩体的变形和破坏主要发生在（） （A）劈理面（B）解理面（C）结构 （D）晶面 8、同一形式的结构体，其稳定性由大到小排列次序正确的是（） （A）柱状>板状>块状 （B）块状>板状>柱状 （C）块状>柱状>板状 （D）板状>块状>柱状 9、不同形式的结构体对岩体稳定性的影响程度由大到小的排列次序为（）（A）聚合型结构体>方形结构体>菱形结构体>锥形结构体 （B）锥形结构体>菱形结构体>方形结构体>聚合型结构体 （C）聚合型结构体>菱形结构体>文形结构体>锥形结构体 （D）聚合型结构体>方形结构体>锥形结构体>菱形结构体 10、岩体结构体是指由不同产状的结构面组合围限起来，将岩体分割成相对的完整坚硬的单无块体，其结构类型的划分取决于（） （A）结构面的性质（B）结构体型式 （C）岩石建造的组合（D）三者都应考虑 1、A 2、C 3、C 4、A 5、D 6、A 7、C 8、 B 9、A 10、D 选择题 1、在我国工程岩体分级标准中，软岩表示岩石的饱和单轴抗压强度为（）。（A）15~30MPa （B）<5MPa （C）5~15MPa （D）<2MPa 2、我国工程岩体分级标准中岩体完整性确定是依据（）。
第2章岩石及其工程地质性质 【教学基本要求】 1．? 了解地球的内圈层构造，知道地球的外圈层。 2．? 了解地质作用。 3．理解矿物（晶体）的形态，矿物的颜色、透明度、光泽、硬度、解理及断口等物理性质，理解主要硅酸氧化物造岩矿物的室内鉴定特征。 4．理解岩浆岩、沉积岩、变质岩的成因、矿物成分、结构、构造、分类及代表性岩石的特征。了解岩浆岩5．理解岩石的物理性质、水理性质及其力学性质指标，掌握岩石的坚硬程度分类。 【学习重点】 1、地质作用的类型及其对地壳改造的作用。 2、常见造岩矿物的主要形态及其主要的物理性质。 3、岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要矿物成分及其结构、构造。 4、岩石工程地质性质指标的基本概念及其意义。 【内容提要和学习指导】 2.1 地球的总体特性 地球是一个不标准的旋转椭球体，赤道半径(a)6378.14km，两极半径(b)6356.779km ，地球的扁平率（）为 附近稍微凸出，极区稍微扁平，赤道与极地半径相差22km。 1、地球的圈层构造 地球具有一定的圈层构造，以地表为界分为外圈和内圈，外圈包括大气圈、水圈和生物圈；内圈通常分为地核。地壳是莫霍面以上固体地球的表层部分，平均厚度约为33km，大陆地壳厚度较大，大洋地壳厚度较；地下、古登堡面以上部分，厚度约2900km，是地球的主体部分，主要由固态物质组成；地核是地球内古登堡面以分，厚度为3500km。 2、地质作用 在自然界中所发生的一切可以改变固体地球的物质组成、构造和地表形态的作用称为地质作用。根据地质源，地质作用可分为内动力地质作用和外动力地质作用两大类。由地球内部能如地球的旋转能、重力能、放射热能等产生的地质应力所引起的地质作用即内动力地质作用，主要在地下深处进行，并可波及地表。内动力地地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。岩浆岩、变质岩等便是内动力地质作用的产物。由地球范围以外阳得辐射能、日月的引力能等为主要能源在地表或地表附近进行的地质作用，称为外动力地质作用。外力作用水、大气、生物以外部能为能源，改造雕塑地壳（主要是地壳表面）的过程，外力作用的主要类型有：风化作用搬运作用、沉积作用和成岩作用。 2.2 造岩矿物 岩石是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。他构成了地球的固体部石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。由于岩石是由矿物组成的，所以要认识岩石，分析岩石在各种自然条进而对岩石及其组成的周围环境进行工程地质评价。就必须首先了解矿物。 矿物是天然形成的元素单质和无机化合物，其化学成分和物理性质相对均一和固定，一般为结晶质。自然都是在一定的地质环境中形成的，随后并因经受各种地质作用而不断的发生变化。每一种矿物只是在一定的物下才是相对稳定的，当外界条件改变到一定程度后，矿物原来的成分、内部构造和性质就会发生变化，形成新的 1、矿物的（肉眼）鉴定特征 矿物的形态和矿物的物理性质决定于其化学成分和晶体格架的特点。因此，是鉴别矿物的重要依据。1）指矿物单体及同种矿物集合体的形态。矿物集合体的形态取决于单体的形态和它们的集合方式。集合体按矿物晶肉然可辨认晶体颗粒的显晶矿物集合体和肉眼不能辨认的隐晶质或非晶质矿物集合体。显晶矿物集合体有规则
1、岩石力学:固体力学的一个新分支,用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。 岩石：岩石是组成地壳的基本物质,它是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。 岩体：岩体是指一定工程范围内的自然地质体,由岩块和各种不连续面组成的。 岩体具有如下三大特征: (1)它的边界是根据工程情况确定的。 (2)岩体经历了漫长的自然地质作用过程,并在地应力的长期作用下,在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹。 (3)至今还受到地应力,以及水、温度等因素的影响。 结构面：结构面是指在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度,厚度相对较小的地质界面或带,即强度低、易变形的面或带,即弱面。 结构体：结构体是指由结构面在岩体中切割而成的几何体。 2、岩石的密度：岩石的比重就是岩石的干重量除以岩石的实体积(不包括岩石中孔隙体积),所得的量与一个标准大气压下4℃纯水容重的比值,又称相对密度。 重度：岩石在天然状态下岩石单位体积的重量。 干重度：岩石在105℃~110℃烘至恒重后，测定的岩石单位体积的重量。 饱和重度：岩石在吸水饱和状态下测定的重度。 碎胀系数：岩石的碎胀系数Kp是指岩石破碎后的体积与破碎前实体积的比。 残余碎胀系数：破碎岩石压实后体积与岩石破碎前体积V之比，用Kp’表示。（取决于岩石性质、载荷大小、载荷作用时间、含水状况等） 孔隙度率：岩石的孔隙率是指岩石中孔隙体积Vv(孔洞和裂隙之和)占岩石总体积V的百分比。 孔隙比：岩石的孔隙比是指岩石中孔隙的总体积Vv与固体(颗粒)实体积Vs之比。 吸水率：岩石的吸水率(自然吸水率的简称)指干燥后的岩石(样品)在一个大气压力和室温条件下,浸入水中定时间(48hr)吸入水分的质量与其干质量百分比。 饱水率：岩石的饱和吸水率(简称饱水率)又称强制吸水率,是指干燥后的岩样在强制状态下吸入水分的质量与其固体矿物质量的百分比。 膨胀性：岩石浸水后体积增大或体积不变时相应地引起应力增大的性能。 侧向约束膨胀率：处于径向约束的岩石试件，浸水膨胀后测得的轴向变形率。 饱和系数：岩石的饱和系数指岩石吸水率和饱和吸水率之比。 渗透系数：岩石的透水性是指水在一定压力作用下通过岩石的性能,岩石的透水性指标为渗透系数。K＝v/I＝Q/IA 软化性：岩石浸水后强度降低的性能。 软化系数：是岩石单轴饱和状态下的抗压强度与烘干状态的单轴抗压强度的比值。 崩解性：岩石浸水后发生的解体现象。 耐崩解指数：即指岩样在遭受干燥和湿润两个标准循环后,残留固体质量与试验前固体质量百分比。 3、岩石主要有哪些类型？脆性岩石和塑性岩石 弹性模量：弹模分为切线模量和割线模量，切线模量是指岩石应力应变关系为S 型时,该曲线上直线段的切线斜率。割线模量是指应力应变关系为S 曲线时,该曲线原点到某一特殊应力点连线的斜率。 泊松比：是指岩石试件在单轴压缩条件下横向(径向)应变εd和轴向应变εz的比值,又称为横向变形系数。 体积应变：是指岩石在压缩时,体积的缩小量与原体积的比值。 弹模获取的常用方法：巴西劈裂法 4、脆性岩石是指在外力作用下,岩石在破坏前变形很小(总变形小于3%),破坏面明显的岩石。 塑性岩石,通常是指在外力作用下,岩石在破坏前变形明显(总变形大于5%),而破裂面不明显的岩石,即延性。 刚性压力机是指试验机的刚度Km比岩石刚度Kr大。 全应力应变曲线是岩石应力应变全过程曲线的简称,是指在刚性压力机上获得的应力应变曲线,即包括峰前区和峰后区两部分。 典型全应力应变曲线由哪些阶段组成？ ①孔隙裂隙压密阶段OA②弹性变形阶段AB③微裂纹扩展阶段BD④破坏阶段 为什么说普通力学试验机不能获得应力应变全过程曲线？ 普通材料实验机整体刚度相对较小，对试件施加载荷产生的反作用力将使实验机构件产生较大变形（弹性能储存），当岩石试件被压坏时，试件抗压能力急剧下降，致使实验机弹性变形迅速恢复（弹性能释放）摧毁岩石试件，而得
（建筑工程管理）爆破工程地质(岩石工程分类与力学 性质)
爆破工程地质（岩石工程分类和力学性质） 发布时间：2010-01-2210:39 116岩石物理力学性质physical-mechanicalproperty0frock 岩石对物理条件及力作用的反应，包括岩石物理和岩石力学性质。在力学特性中仍包括渗流特性，机械特性(硬度、弹性、压缩及拉伸性、可钻性、剪切性、塑性等)。 117岩石物理性质petrophysicalpropertiesofrock 岩石物理性质主要有：岩石的密度、岩石的空隙性、岩石的波阻抗、岩石的风化程度等各种特性参数和物理量。 118岩石工程分类engineeringclassificationofrocks 从岩石工程的角度据岩石强度、裂隙率、风化程度和其它特征指标将其划分成各种类别赢等级，如完整岩石、新鲜岩石、风化岩石、蚀变岩石、块状岩体、层状岩体、软弱夹层等。119岩体工程分类法engineeringclassificationofrockmass 把工程岩体质量的好坏分成有限和有序类别的方法。作为评价岩体工程稳定性，进行工程设计和施工管理的基础的工程岩体分类，壹般包含三个方面的工作：1)依据研究对象确定分类因素，构成分级指标作为分级的判据；2)合理选择用分级指标组成的分级模型，得到划分档次的标准；3)根据工程需要确定分级数目。分类的结果要经过实践检验。 120岩石质量分类rockmassclassification 依据岩石材料的物理性质(非均匀性、各向异性和渗透性)、机械性质或对采掘作业的阻力(如可爆性或可挖性)将岩石进行分类的方法。Barton1974年制定的QC(品质)系统和Bieniawski1973年建立的RMR(岩石质量测定)系统可建议用于爆破目的的岩石质量分类。121岩体RQD指标rockqualitydesignation 岩心中长度等于或大于10cm的岩心的累计长度占钻孔进尺总长度的百分比。它反映岩体被各种结构面切割的程度。RQD值规定用直径为54mm金刚石钻头、双层岩心管钻进获得。此指标为美国迪尔(D.V.Deere)于1964年首先提出，且用于岩体分级，也称岩石质量指标。 122岩体RMR指标rockmassratingsystem 波兰人宾尼奥斯基(Z.T.Bieniawski)于1973—1975年提出的地质力学分级法，且用计分法表示岩体质量好坏。 123岩体Q指标theQ-systemofrockstrength 1974年挪威学者巴顿(N.Barton)提出岩体质量指标Q分类法，由RQD、节理组数(?n)、节理面粗糙度(?k)、节理蚀变程度(?a)、裂隙水影响因素(?w)以及地应力影响因素(SRF)等6项指标组成Q值计算式，Q值愈大，表示岩体质量愈好。 124岩石非连续性discontinuityofrock 指岩石内的缺陷影响应力和声波传播的性质。岩石的缺陷是指岩石的孔隙、节理、裂隙和层面等。岩石的非连续性对其物理力学性质及渗透性影响很大。 125岩石非均匀性nonhomogeneityofrock 指岩石成分、结构和构造在各不同方向上的不均匀分布。 126岩石断裂韧性fracturetughnessofrock 指岩石抵抗裂纹扩展的能力。在平面裂纹应力分析中，裂纹面分为三种基本位移模式(张开型、错动型、撕开型)。张开型裂纹最适合于脆性固体中裂纹传播。
第一篇地震岩石物理学及在储层预测的应用 Seismic Rock physics Theory and the Application in Reservor Discrimination 摘要 储层预测研究主要在于弄清储层构造特征、岩性特征及储层参数，进而减少勘探开发风险。储层参数包括孔隙度、渗透率、流体类型等，而地震资料提供的是地震波旅行时和振幅信息，再通过反演可得到弹性参数。地震岩石物理学则为储层参数和弹性参数之间搭建桥梁。横波速度是重要的地球物理参数在近些年发展起来的叠前地震储层弹性参数反演及流体检测方面起着重要的作用。地震横波速度估计技术是根据地震岩石物理建立的目标岩石模量计算模式，利用计算出的模量重建纵波曲线，与实测曲线建立迭代格式修正岩石模量，实现横波速度等关键参数估计。在方法实现上利用了Xu-White模型为初始模型。流体因子是识别储层流体的重要参数，常规流体因子多是基于单相介质理论提出的，而从双相介质岩石物理理论出发可以更好的研究孔隙流体对介质岩石弹性性质的影响，为敏感流体因子的构建提供更好的指导。本文采用了Gassmann流体因子，并分析了其敏感性。 关键词：等效介质模量，孔隙度，横波速度估算，Xu-White模型，Gassmann流体因子。
Seismic Rock physics Theory and the Application in Reservor Discrimination Abstract The study of reservoir prediction is mainly to investigate the characteristics of reservoir structure,lithologic features and reservoir parameters,aim to reduce the risk of exploration. Reservoir parameters include porosity,permeability,fluid type,etc,But seismic data only reflects on seismic traveltime,amplitude information,and elastic parameters which can be obtained throuth seismic inversion.Seismic rock physics builds bridges for reservoir parameters elastic.S-wave velocity, an important geophysical parameter,plays an important role in pre-stack seismic reservoir elastic parameter inversion and fluid detection witch developed in recent years.The seismic shear wave velocity estimation technique is based on the rock mass calculation model established by the seismic rock physics, reconstructs the longitudinal wave curve with the calculated modulus, establishes the iterative pattern with the measured curve to correct the rock modulus, and obtain the key parameters such as the shear wave velocity.The Xu-White model was used as the initial model in the method implementation. Fluid factor is an important parameter to identify reservoir fluid. Conventional fluid factors are mostly based on the theory of single-phase medium. From the theory of biphasic medium rock physics, it can be better to study the effect of pore fluid on the elastic properties of fluid The construction of fluid factors provides better guidance. In this paper, the Gassmann fluid factor is used and its sensitivity is analyzed. Key word:Equivalent medium modulus, porosity,Shear wave velocity estimation, Xu-White model, Gassmann fluid factor
岩石力学试卷（闭卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、 （）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（） 时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、通常情况下，岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而（），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是()和()。 二、选择题（每题2分，共10分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（） A、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A、自重应力和残余应力 B、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力 三、判断改错题（每题2分，共10分）
影响岩石工程地质性质 的因素 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
影响岩石工程地质性质的因素 矿物成分、结构、构造、水、风化作用 1．矿物成分 岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接的影响。 例如，石英岩的抗压强度比大理岩的要高得多，这是因为石英的强度比方解石的强度高的缘故，由此可见，尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力学性质会有明显的差别。 对岩石的工程地质性质进行分析和评价时,更应该注意那些可能降低岩石强度的因素。 例如，花岗岩中的黑云母含量过高，石灰岩、砂岩中粘土类矿物的含量过高会直接降低岩石的强度和稳定性。 2．结构 结晶联结是由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢固地联结在一起，结合力强，空隙度小，比胶结联结的岩石具有更高的强度和稳定性。 联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的，胶结联结的岩石，其强度和稳定性主要取决于胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。 例如：粗粒花岗岩的抗压强度一般在120～140Mpa之间，而细粒花岗岩则可达200～250Mpa。 大理岩的抗压强度一般在100～120MPa之间，而坚固的石灰岩则可达 250MPa 。 3．构造 构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性所决定的。 某些岩石具有的片状构造、板状构造、千枚状构造、片麻状构造以及流纹构造等，岩石的这些构造，使矿物成分在岩石中的分布极不均匀。一些强度低、易风化的矿物，多沿一定方向富集，或成条带状分布，或形成局部聚集体，从而使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。 4．水 实验证明，岩石饱水后强度降低。当岩石受到水的作用时，水就沿着岩石中可见和不可见的孔隙、裂隙侵入，浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。 如石灰岩和砂岩被水饱和后，其极限抗压强度会降低25％～45％左右。 5．风化 风化作用过程能使岩石的结构、构造和整体性遭到破坏，空隙度增大、容重减小，吸水性和透水性显着增高，强度和稳定性大为降低。随着化学过程的加强，则会使岩石中的某些矿物发生次生变化，从根本上改变岩石原有的工程地质性质。
一.岩石的物理力学性质 1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。 由结构面与结构体组成的地质体。 2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集 合体。 3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应 用的一门基础学科。 4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 6.空隙指数：指在压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。 7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。 8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。 9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。 10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。， ! 11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。 12.抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。 13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而 影响其强度的现象称为“形状效应”。 14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。 16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。 17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。 18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。 19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。 20.峰值强度：若岩石应力—应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。 21.长期强度：指长期荷载（应变速率小于10－6／s）作用下岩石的强度。 $ 22.扩容：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂或微裂纹继续发生和扩展，岩石的体积 应变增量由压缩转为膨胀的力学过程，称之为扩容。 23.应变硬化：在屈服点以后（在塑性变形区），岩石（材料）的应力—应变曲线呈上升曲线，如要使之继续变形，需 要相应地增加应力，这种现象称之为应变硬化。 24.疲劳破坏：在循环荷载作用下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。 25.疲劳强度：是使岩石（材料）发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小（非定值）。 26.速率效应：是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象。 27.延性流动：是指当应力增大到一定程度后，应力增大很小或保持不变时，应变持续不断增长而不出现破裂，也即是 有屈服而无破裂的延性流动。 28.脆性破坏：是指岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应力降很大。 29.延性破坏：是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形，并且破坏后应力降很小。 30.强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的 关系方程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。 31.塑性变形：在外力撤去后不能够恢复的变形。2.岩体的力学性质及分类 ; 二.岩体的力学性质及分类 l.结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、 褶皱、断层、层面、节理和片理等。
岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？
2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
岩石物理学及岩石性质 一、矿物 1.1矿物 矿物是单个元素或若干个元素在一定地质条件下形成的具有特定理化性质的化合物，是构成岩石的基本单元。矿物多数是在地壳（地球）物理化学条件下形成的无机晶质固体，也有少数呈非晶质和胶体。 1.2矿物的主要物理特性 1.2.1光学特性 （1）颜色：矿物的颜色由矿物对入射光的反映呈现出来。一般来说矿物的颜色是矿物对入射光吸收色的补色。 （2）条痕:条痕色指矿物经过在不涂釉的瓷板上擦划，在瓷板上留下的矿物粉粒的颜色。 （3）光泽:光泽是矿物表面对入射光所射的总光量。根据光泽有无金属感，将光泽分为金属光泽与非金属光泽。矿物光泽特性既与矿物组成和结构有关，又与矿物表面特征有关。 （4）透明度:透明度与矿物对矿物透射光的多少有关。 1.2.2力学性质 （1）硬度： 矿物的硬度是指矿物的坚硬程度。一般采用摩氏硬度法鉴别矿物硬度。即采用标准矿物的硬度对未知矿物进行相对硬度的鉴别。摩氏硬度中选取十种矿物作为标准矿物，将矿物分为10级，称为摩氏硬度计。这十种矿物硬度由1级到10级的顺序是：①滑石，②石膏，③方解石，④磷灰石，⑤萤石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。 （2）解理与断口： 矿物受力后产生破裂出现的没有一定方向的不规则的断开面，谓之断口。当晶质体矿物受力断开时，出现一系列平行的、平整的裂面时，称为解理。断口出现的程度跟解理的完善程度相互消长，解理程度越低的矿物越容易形成断口。因此，断口具有了非晶质体的基本含义。解理与晶质体内质点间距有明显的关系，
解理常出现在质点密度较大的方向上。 （3）延展性： 矿物的延展性，也可以称为矿物的韧性。其特征是表现为矿物能被拉成长丝和辗成薄片的特性。这是自然金属元素具有的基本特性。 1.3重要矿物 （1）自然元素矿物：这类矿物较少，其中包括人们所熟知的矿物，如金、铂、自然铜、硫磺、金刚石（见图1）、石墨等。 图1金刚石 （2）硫化物类矿物：本类是金属元素与硫的化合物，大约200多种，Cu、Pb、Mo、Zn、As、Sb、Hg等金属矿床多有此类矿物富集而称，具有很大的经济价值。 方铅矿PbS。闪锌矿ZnS。黄铁矿FeS2（见图2） 图2黄铁矿 （3）氧化物及氢氧化物类矿物：本类矿物分布相当广泛，共约180多种，包括重要的造盐矿物如石英及Fe、Al、Mn、Cr、Ti、Sn、U、Th等的氧化物或氢
实验一岩石单轴抗压强度试验 1.1 概述 当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。 在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。 不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理： （1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。 （2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。 1.2 试样备制 （1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。 （2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。 （3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。两端面的不平行度最大不超过0.05mm。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。 1.3 试样描述 试验前的描述，应包括如下内容： （1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。 （2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。 （3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。 1.4 主要仪器设备 试样加工设备：钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。 量测工具与有关检查仪器： 游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。 加载设备： 压力试验机。压力机应满足下列要求： （1）有足够的吨位，即能在总吨位的10%～90%之间进行试验，并能连续加载且无冲击。 （2）承压板面平整光滑且有足够的刚度，其中之一须具有球形座。承压板直径不小于试样直径，且也不宜大于试样直径的两倍。如大于两倍以上时需在试样上下端加辅助承压板，辅助承压板的刚度和平整光滑度应满足压力机承压板的要求。 （3）压力机的校正与检验应符合国家计量标准的规定。 1.5 试验程序 （1）根据所要求的试样状态准备试样。 （2）将试样置于压力机承压板中心，调整有球形座的承压板，使试样均匀受力。
岩石的工程地质性质包括岩石的物理性质、水理性质和力学性质。影响岩石工程地质性质的因素,主要是岩石的矿物成分、结构、构造及岩石的风化程度等方面。 岩石的物理性质是岩石的基本工程性质,主要指岩石的重量性质和孔隙性质,包括岩石的比重、重度、密度、孔隙度、孔隙比等指标。 (1比重 岩石的固体部分(不含孔隙的重力与同体积的水在4℃时重力的比值称为岩石的比重。 (2重度 也即岩石的重力密度,是指岩石单位体积的重力。数值上等于岩石试件的总重力(含孔隙中水的重力与其总体积(含孔隙体积之比。 (3密度 岩石的密度指的是岩石单位体积的质量。 2.3.2 岩石的孔隙性质 岩石的孔隙性反映的是岩石中各种孔隙(包括裂隙的发育程度,一般用孔隙度表示。 岩石的孔隙度指的是岩石中孔隙(含裂隙的体积与岩石总体积的比值,常用百分数表示。 2.4 岩石的水理性质 2.4.1 岩石的吸水性
(1吸水率 岩石在常压下的吸水能力称为岩石的吸水率。在常压下,将岩石浸入水中充分吸水,被岩石吸收的水分的重力与干燥岩石的重力之比的百分数即表示吸水率。 (2饱水率 岩石在高压(15MPa或真空条件下的吸水能力称为岩石的饱水率。也是以岩石吸收的水分的重力与干燥岩石的重力之比的百分数来表示。 (3饱水系数 岩石的吸水率与饱水率之比称为饱水系数。 2.4.2 岩石的透水性 岩石允许水透过的能力称岩石的透水性。岩石的透水性可用渗透系数(K来表示。渗透系数一般由室内或野外试验所测得。 2.4.3 岩石的溶解性 岩石溶解于水的性质称为岩石的溶解性。岩石的溶解性常用溶解度或溶解速度来表示。 2.4.4 岩石的软化性 岩石浸水后强度和稳定性降低的性质称为岩石的软化性。岩石的软化性可用软化系数来表示。软化系数等于岩石在饱水状态下的极限抗压强度与风干状态下的极限抗压强度的比值。