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℃烘箱内烘至恒重时的密度。
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：
V
G d d =γ V G sat sat =
γ （1-2） V
G =
γ 式中 G d 、G sat 、G —分别是干燥岩石、水饱和岩石和天然含水岩石的质量，g ； γd 、γsat 、γ—岩石的干密度、饱和密度和天然密度，g/cm 3
V —岩石的体积，cm 3。
通常，不说明含水状态时，即指岩石的干密度。煤矿常见的岩石密度见表1-1。 对于遇水易膨胀的某些松软岩石，区分干密度和湿密度有重要意义。
三、岩石的空隙性
岩石的空隙性是指岩石中孔隙和裂隙的发育程度，常用空隙度表示。所谓空隙度是指岩石中各种空隙、裂隙的体积的总和与岩石总体积之比。按下式计算：
%1001???
? ???-=d
n γ （1-3） 式中 n —岩石的空隙度（也称空隙率）；
γ d —岩石的干密度，g/cm 3；
Δ—岩石的比重值。
岩石的空隙性也可用空隙比表示。空隙比是指岩石中各种孔隙和裂隙体积 总和与岩石内固体部分实体积之比。表达式如下：
c
o V V e = （1-4） 式中 e —岩石的空隙比；
V o —岩石内各种空隙和裂隙体积的总和，cm 3；
V c —岩石内固体部分实体积，cm 3；
空隙比与空隙度之间有如下关系：
n
n e -=1 （1-5） 岩石的空隙性对岩石的其它性质有显著影响。一般来说，空隙度增大可使岩石密度和强度降低，使塑性变形和透水性增加。煤矿中常见岩石的空隙度和空隙比见表1-1。
四、岩石的碎胀性和压实性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大，这种性质称为岩石的碎胀性。 碎胀系数——岩石的碎胀性可用岩石破碎后处于松散状态下的体积与破碎前处于整体状态下的体积之比来表示，该值称为碎胀系数。表达式如下：
V
V k p '
= （1-6） 式中 k p —岩石的碎胀系数；
V ’—岩石破碎膨胀后的体积，cm 3；
V —岩石处于整体状态下的体积，cm 3。
岩石的碎胀系数对矿山压力控制，特别是采煤工作面的顶板管理有重要意义。碎胀系数与岩石的物理性质、破碎后块度的大小及其排列状态等因素有关。例如，坚硬岩石成大块破坏且排列整齐时，碎胀系数较小，如破碎后块度较小且排列较杂乱，则碎胀系数较大。煤矿中常见岩石的碎胀系数见表1-2。
岩石破碎后，在其自重和外加载荷的作用下会逐渐压实，体积随之减小，碎胀系数比初始破碎时相应变小。这种压实后的体积与破碎前原始体积之比，称为残余碎胀系数，以k ‘p 表示，其值见表1-2。
五、岩石的水理性质
1.岩石的吸水性。岩石的吸水性是指遇水不崩解的岩石，在一定试验条件下（规定的试尺寸和试验压力）吸入水分的能力。
通常以岩石的自然吸水率和强制吸水率表示。
岩石的自然吸水率是指试件在大气压力作用下吸入水分的质量与试件的烘干质量之比。
岩石的强制吸水率（也称饱和吸水率）是指试件在加压（150个大气压）条件下吸入水分的质量与烘干质量之比。两种吸水率表达式如下：
（1-7）
式中 ω、ωsat —岩石的自然吸水率和强制吸水率；
G w —岩石试件在大气压力下吸入水分的质量，g ；
G d —岩石试件烘干后质量，g ；
G w·s —岩石试件强制饱和吸水后质量，g 。
2.岩石的透水性。在地下水水力坡度（压力差）作用下，岩石能被水透过的性能称为岩石的透水性。
用渗透系数来表征岩石透水性能的大小。渗透系数的大小取决于岩石孔隙的大小、数量和相互贯通情况。根据达西定律：
KAI Q = （1-8）
式中 Q —单位时间透水量；
K —渗透系数；
A —渗透面积；
I —水力坡度（压力差）；
3.岩石的软化性。岩石浸水后的强度明显降低，可用软化系数表示水分对岩石强度的影响程度。
软化系数是水饱和岩石试件的单向抗压强度与干燥岩石试件单向抗压强度的比值，其关系式如下：
1≤=c
cw c R R η （1-9） 式中 ηc —岩石的软化系数；
R cw —水饱和岩石试件的单向抗压强度，MPa ；
R c —干燥岩石试件的单向抗压强度，MPa 。
岩石浸水后的软化程度，与岩石中亲水矿物和易溶性矿物的含量、空隙的发育程度、水的化学成份，以及岩石浸水时间的长短等因素有关。亲水矿物和易溶矿物含量越多，张性裂隙越发育，则岩石浸水后强度降低程度越大。此外，岩石%100?=d w G G ω%100?=?d
s w sat G G ω
浸水时间越长，其强度降低程度也越大。如某些砂岩浸水3天后，单向抗压强度降低32～35%，浸水9天后降低51～59%。
研究岩石的软化性对用高压注水法控制坚硬难冒落顶板有重要意义。表1-3为煤矿中几种常见岩石的软化系数，由该表可看出，各种岩石的软化系数都小于1，说明岩石普遍具有软化性。
第三节岩石的变形性质
变形是岩石的主要力学性质。岩石受载时将首先发生变形，当载荷超过一定数值（极限强度）时导致破坏。变形和破坏是载荷作用下岩石的力学性质发展变化的两个阶段。
一、岩石的弹性和塑性
岩石受力后既可出现弹性变形，也可出现塑性变形。但岩石与一般固体材料不同，它的弹性变形和塑性变形往往同时出现。岩石是兼有弹性和塑性的材料。
二、在单向压缩下岩石的变形特性
1. 脆性岩石的变形性质。
图l－l a为脆性岩石的应力—应变曲线。其特点是岩石在破坏前没有明显的塑性变形，总应变量也较小。通常把在外力作用下破坏前总应变小于3%的岩石，叫做脆性岩石。
可将图l－l a所示曲线分为三段：OA段表示岩石受载初期，由于岩石中的各种空隙受压闭合，曲线出现上弯，OA段称为岩石的压密阶段；AB段接近于直线，可近似地称为线弹性阶段，这时可认为岩石处于弹性状态；在BC段内，自B点开始岩石内部已有微破裂不断发生，到C点发生破坏，故BC段可称为破裂发展阶段。C点即为岩石的强度极限。
图l－1a是利用具有普通刚度的试验机所得的结果，岩石破碎时发出巨大的声响，岩石碎块强烈弹出，这就是一般所说的脆性破坏。
如果采用刚度很大的材料试验机(常称为刚性试验机)加压，就可以使原先呈炸裂性破坏的岩石试件平静地产生破坏，从而可使试验继续进行下去，并得出岩石的应力—应变全程曲线(图l－l b)。它说明岩石应力达到最大值以后，并不立即完全丧失承载能力，而是要达到D点才完全破坏。D点称为完全破坏点，而该
点所保持的某一较小的应力值称为残余强度。岩石具有残余强度的特性，对地下开采过程中合理地利用已经受到破坏的围岩(或煤体)的自承能力有重要意义。
图l－l 脆性岩石的应力应变曲线
2. 塑性岩石的变形性质。
图l－2为塑性岩石的应力应变曲线，它的特点是岩石在破坏之前的应变量较大。通常把外力作用下破坏前总应变大于5%的岩石叫做塑性岩石。
由图l－2可知，塑性岩石应变曲线的斜率开始较陡，以后逐渐平缓。工程上把开始变缓的转折点称为屈服点，该点的应力值称为屈服极限σT。有时为了方便起见，也将OEF曲线简化为OEG折线。认为岩石在达到屈服极限以前处于近似弹性状态，而σT表示塑性流动开始。塑性岩石产生的塑性变形要比弹性变形大得多。
图1-2 塑性岩石的应力应变曲线
三、三向压缩条件下岩石的变形特性
图l－3a、b为干砂岩和湿砂岩在常温和不同侧压(或称围压)三向压缩条件下的变形曲线。图中的纵坐标表示最大的主应力σ1（一般为垂直应力）与最小应力σ3，(一般为侧向应力)之差，横坐标表示轴向应变。试验时侧向应力σ2=σ3。由图可知：
(l)当岩石受三向压缩时，其应力应变的开始阶段，有一段近似于直线的关系，说明在主应力差值(σ1-σ3)的峰值前不远的范围内，岩石属弹性变形。
(2)岩石的脆性和塑性是相对的，在单向应力或较低的三向应力状态下表现为脆性的岩石，在高压三向应力状态下破坏前也能表现出很大的塑性。
(3)三向压缩时，随着侧向应力σ3和主应力差值(σ1-σ3)的增加，强度极限(峰值)也随之增大。
(4)岩石在三向压缩条件下破坏以后，虽然其结构发生了变化，但仍然保留一定的承载能力。这对于在井下控制煤柱和岩体的稳定性很有实际意义。
图1-3 砂岩在常温和不同侧压三向压缩下的应变曲线
a－干砂岩；b－湿砂岩
四、岩石的蠕变性
在恒定载荷持续作用下，应变随时间增长而变化的现象称为蠕变，表示这一特征的曲线叫做蠕变曲线。图l－4是岩石的典型蠕变曲线。由图可知，在开始加载时，试件立即产生一个瞬时应变(图中OA段)，由于这一段作用的时间极短，
故可近似地认为是弹性变形。在AB 段，应变不断增加，但应变速率不断降低，故曲线呈下凹型，这个阶段的蠕变称为第一阶段蠕变或短暂蠕变。在BC 段，应变以稳定恒速增长，这个阶段的蠕变称为第二阶段蠕变或定常蠕变，且这个阶段的时间延续最长。在CD 段，应变以加速增长，曲线呈上凹型，这个阶段的蠕变称第三阶段蠕变或加速蠕变。当应变达到某数值D 时，最终引起试件破坏。
图1-4岩石的典型蠕变曲线
第四节 岩石的强度特性
在载荷的作用下，岩石变形达到一定程度就会破坏。岩石发生破坏时所能承受的最大载荷称为极限载荷，用单位面积表示则称为极限强度。在不同应力条件下，岩石具有不同的极限强度。
岩石的强度可分为单向抗压强度、单向抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度、三向抗压强度等。
一、岩石的单向抗压强度
岩石试件在单向压缩时所能承受的最大应力值，称为岩石的单向抗压强度。它是地下工程中使用最广的岩石力学特性参数，在煤矿中研究岩石分类、确定破坏准则以及表达围岩坚硬程度时，常采用这一指标。
测定岩石的单向抗压强度，通常采用直径5cm 和高径比为2的圆柱形试件，在压力机上以50～100N/s 的速度加载，直到试件破坏，然后按下式计算：
A
P R c （1-10）
式中 R c —岩石试件的单向抗压强度，kPa ；
P —岩石试件破坏时施加的载荷，kN ；
A —试件初始截面积，m 2。
煤矿常见岩石的单向抗压强度见表1-4。
二、岩石的单向抗拉强度
岩石试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力值，称为单向抗拉强度。它是岩石力学性质中的重要指标。由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，在受载不大时就可能出现拉伸破坏，因此，它对研究井下巷硐失稳等问题有重要意义。
目前，测定岩石抗拉强度的基本方法基本上可分两类，即直接拉伸法和间接拉伸法。直接拉伸法与金属材料拉伸试验类似。可按下式求得岩石的抗拉强度：
A
P R t t = （1-11） 式中 R t —岩石试件的单向抗拉强度，kPa
P t —试件破坏时的总拉力，kN ；
A —试件破坏断面积，m 2。
由于直接拉伸法的岩石试件加工复杂，目前广泛采用劈裂法间接地测定岩石的单向抗拉强度。这种方法是用直径为5cm 和厚2.5cm 的圆盘形试件，在材料试验机上以3～5N/s 的速度加载，直至试件被压裂（图1-5）。此时，可按下式计算试件的抗拉强度：
Dt
P R p π2= （1-12）
式中 R p —圆盘形试件的抗拉强度，kPa;
P —试件裂开破坏时的竖向总压力，kN ；
D 、t —圆盘形试件的直径和厚度，m 。
图1-5 劈裂法试验装置示意图
1-试件；2-钢丝垫条；3-承压板
图1-6 倾斜压模剪切装置
三、岩石的抗剪强度
岩石的抗剪强度是指岩石抵抗剪切作用的能力。
目前广泛采用倾斜压模法测定岩石抗剪强度。如图1-6所示，将规格为5cm×5cm×5cm 的立方体试件放在两个钢制的倾斜压模之间，以50～100N/s 的速度加载迫使试件沿预定的剪切面AB 剪断。这时作用在破坏面上的应力为：
（1-13） 式中 T 、N —作用在剪切破坏面上的剪应力和正应力，kN ；
τ—抗剪强度，kPa;
σn —剪切破坏面上的正应力，kPa ；
P —试件发生剪切破坏时压力机施加的总压力，kN ；
A —试件剪切破坏面的面积，m 2；
ατsin A P A T ==ασcos A
P A N n ==
α—试件与水平面的夹角，（°）
四、岩石的三向抗压强度
岩石在三向应力作用下所能抵抗的最大轴向应力，称为岩石的三向抗压强度。它通常是在轴对称应力组合方式（即σ1>σ2=σ3）的三向应力条件下，利用岩石三轴应力试验机测定的。
图1-7 三轴试验装置
1-压力室；2-密封设备；3-球面底座；4-压力液进口；5-排气口；6-侧向压力；7-试件
如图1-7所示，测定时将试件放在密闭的高压容器内，用油泵向压力室内送入高压油，对试件施加侧向压力（σ2=σ3），达到预定值后封闭压力室，然后以50～100N/s 的稳定速度，连续均匀地通过压力机活塞施加轴向载荷，直至试件破坏。试件在相应侧压力下的三向抗压强度可按下式计算：
A
P R c 3 （1-14） 式中 R 3c —在一定侧向压力作用下的岩石三向抗压强度，kPa;
P —试件破坏时的轴向载荷，kN ；
A —试件的初始横断面积，m 2。
岩石因受力状态不同，其极限强度相差很大。岩石在不同应力状态下的各种
极限强度一般符合下列顺序：
三向等压抗压强度>三向不等压抗压强度>双向抗压强度>单向抗压强度>抗剪强度>抗弯强度>单向抗拉强度。
此外，单向抗压强度R c 、单向抗拉强度R t 和抗剪强度τ之间有以下数量关系：
第五节 岩石的破坏类型
岩石在外力作用下首先产生不同形式的变形，继而产生微细裂缝和破裂，如果破裂不断发展，将导致岩石最终破坏。
有些岩石在破坏前出现很大的变形，而另一些岩石破坏前出现的变形很小或可忽略不计。通常把岩石在载荷作用下没有显著的变形而突然发生的破坏称为脆性破坏，把岩石在载荷作用下出现较大的变形以后才发生的破坏称为塑性破坏。但是在脆性破坏和塑性破坏之间并无明确的界限，岩石呈现脆性破坏还是塑性破坏，不仅取决于岩石本身的性质，还在很大程度上取决于外界条件，如岩石所处的应力状态，温度，压力，水分，受载时间等等。例如，在常温、低围压和高应变率条件下呈现为脆性破坏的岩石，在高温、高围压、多水分和低应变率的条件下，岩石可呈现为塑性破坏。
不论在何种受力状态下，岩石发生破坏的基本形式只有两种：拉断破坏和剪切破坏。例如岩石在受单向压缩时，根据其上下端面的润滑情况，可能出现拉断破或剪切破坏。岩石试件在受弯曲时，往往是由于下部表面受到拉应力的作用而导致拉断破坏。至于塑性破坏(例如粘土类岩石)，它实质上是塑性岩石颗粒间产生微小剪切滑移的结果，仍属于剪切破坏。因此，尽管由于岩石性质、构造特征、受力方式以及试件形状和尺寸不同，试件的破坏形态有很大差别，但从岩石的破151~21=c R τ
38
1~51=c R R τ3
c R R ??ττ
坏方式和机理来看，都可归结为拉断破坏和剪切破坏这两种基本类型。
一、拉断破坏
拉断破坏可以直接由拉力引起的拉应力造成，也可以由压缩、弯曲等衍生的拉应力造成，但不论加载方式如何，都是由于拉应力超过极限强度而造成的破坏，其特点是岩石破坏时呈现出沿破坏面发生拉开的运动。拉断破坏又称张性破坏。
图l-8 拉断破坏的两种情况
a—直接拉断；b、c—间接拉断
根据加载方式不同，拉断破坏可分两种情况：
(一)直接拉断
直接拉断(图l－8a)的特点是断裂面与受力方向垂直，断裂面明显分离。而在断裂面之间没有错动。
(二)间接拉断
间接拉断(图l-8b、c)的特点是断裂而与受力方向平行。当在受压面上涂润滑剂时，由于加压板与试件受压面之间无摩擦阻力或摩擦阻力很小，在纵向压缩过程中，引起试件自由地产生横向变形。当横向变形伸长量超过试件抵抗伸长的能力时，就会导致试件产生纵向劈裂而被拉断。这种因压缩而引起的拉断破坏形式又叫“压裂”或“横向张裂”。
尽管以上两种拉断破坏的受力方式不同，但两者共同之处都是由拉应力引起破坏，而且都出现张开的裂缝。
二、剪切破坏
剪切破坏可以直接由剪切破坏或者由压缩衍生的剪应力造成。但无论加载方
向如何，都是由于剪应力超过极限强度而造成的破坏。其特点是岩石破坏时呈现出沿破坏面发生相互错动的运动。剪切破坏又称剪破裂或剪裂。
根据加载方式不同，剪切破坏有两种情况：
（一）直接剪切
通常由外加的剪力造成，其特点是剪切破坏面与外加剪力方向一致（图1-9，a）。
图1-9 剪切破坏的两种情况
a—直接剪切；b、c—间接剪切
（二）间接剪切
由轴向压缩或其它受力方式引起的剪切破坏。当受压面上不涂润滑剂时，加压板与试件受压面之间有很大的摩擦阻力，试件不易产生横向变形。于是试件内部产生剪应力，最后沿与最大压应力垂直方向成一定角度α的某个平面发生剪切破坏（图1-9b、c）。α称为剪切破坏角。剪切破坏角与岩石强度有关。通常，坚硬岩石的剪切破坏角较大，软岩则较小，常见岩石剪切破坏角见表1-5。
尽管直接剪切和间接剪切破坏的受力方式不同，但两者共同之处是其破坏形式表现为试件的一部分相对于另一部分产生滑移，即形成剪切裂缝。但这种裂缝通常都不张开，而是呈闭合的形式，常称之为剪裂面。
通常，试件内部的剪应力具有对称性，试件受剪切破坏时常出现成对的倾斜裂缝，常称为“X形剪裂隙”（图1-9c）。
第六节岩体的基本性质
前面讨论的岩石力学性质，都是以对小块岩石试件(岩块)进行的实验和研究
为基础，与大范围天然岩体的力学性质有很大差别。为了有效地解决与工程有关的岩石力学实际问题，需要了解岩体的特征及其有关的力学性质。
概括来说，岩体在以下三个方面与实验室岩石试件有显著不同：
l)岩体以天然状态埋藏在地下，处于特定的自然物理环境(地下水、地温、地应力等)之中，这些因素无疑将对岩体的物理力学性质有很大影响。
2)岩体由一定数量的岩石组成，没有特定的自然边界。岩体的范围根据解决问题的需要来圈定。
3)岩体中存在各种地质弱面和地质构造。岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程。在地应力作用下，岩体内部保留了各种永久变形和地质构造形迹，例如：不整合、褶皱、断层、层理、节理、裂隙等等。
根据上述特征，岩体可定义为自然界中由各种岩性各种结构特征的岩石的集合体。从工程实际来看，大多数情况下遇到的岩体，是存在有各种弱面的坚硬天然岩石。因此，从抽象的、典型化的角度来说，可以把岩体看作是由结构面和受它包围的结构体共同组成的。
所谓“结构面”是指在地质发展历史中，尤其是地质构造运动过程中形成的，具有一定方向、延展较大、厚度较小的地质界面，它包括岩石物质的分界面和不连续面，如岩体中存在的层面、节理、断层、软弱夹层等，可统称为结构面。结构面是岩体的重要组成单元，它的性质影响到岩体的性质。
所谓“结构体”是指由不同产状的结构面相互切割而形成的单元块体，也称单元岩块。结构体的四周都被结构面包围，常见的结构体大都是有棱有角的多面体，如立方体、柱状体、板状体、菱形体、梯形体、楔形体、锥形体等。结构体也是岩体的重要组成部分，它本身的物质组成和排列组合方式也影响到岩体的力学性质。
一、岩体的基本类型
根据岩体结构特征的不同，岩体可分为以下几种基本类型(图1-10)，
1. 整体岩体(图1-10a)
它是指只遭受轻微构造变动的厚层沉积岩，岩层多呈水平或缓斜状，节理不发育，很少有断层，通常可认为是均质、连续介质。这类岩体本身有很高的力学强度和抗变形能力，岩体的整体强度接近于岩石的强度，具有很好的自稳性能。
(a)
图1-10 岩体结构的基本类型
a一整体结构；b一块状结构；c一层状结构；d一碎裂结构；e一散体结构
2. 块状岩体(图1-10b)
它是指遭受中等构造变动的厚层、中厚层沉积岩，岩层多为水平或倾斜状，节理发育，有小断层及偶有层间错动，岩石一般比较坚硬，这类沉积岩通常由岩性单一或强度相近的岩层组合而成。根据构造变动程度，可认为是连续介质或不连续介质。这类岩体的整体强度也较高，岩体的变形、破坏受结构面控制，它对一般跨度的巷硐是稳定的，开挖后在短时间内应力即能达到平衡。
3. 层状岩体(图1-10c)
它是指构造比较简单的沉积岩，岩层可以成水平或倾斜陡急状。它可以由单一岩性或不同岩性的互层或夹层组合而成，岩层的单层厚度一般在0.5m上下。这类岩体的特点是，各个单层具有比较完整的层状组合，同时常含有粘结力很小的层面、极薄层或薄层状的原生软弱夹层以及轻微的层间错动面，其节理发育程度不等。岩体的完整性随岩层变位程度而定，属于各向异性的不连续介质，其变形、破坏受岩层组合和结构面所控制，在跨度较大的巷硐顶部可能产生弯曲折断，而平行于巷硐侧壁的急斜岩层可能发生膨出及张裂。
4. 碎裂岩体(图1-10d)
它是指岩层受强烈构造变动后产生严重变形和破裂的岩体。在这类岩体中，褶皱、断层、层间错动、节理、劈理十分发育，而且断层、节理经常互相切割，使岩层完整性受到强烈破坏，属于不连续介质或似连续介质。这类岩体比较破碎，整体强度低，受力后的变形、破坏受结构面控制。当在巷硐中悬露时经常会发生片帮、冒顶、侧向挤出和底膨等现象。如果碎裂岩体中泥质含量较高时，也可能呈现与时间效应有关的塑性变形。
5. 松散岩体(图1-10e)
是指经受最剧烈的构造变动后由断层泥、岩粉、压碎的岩石碎屑、碎块等所组成的岩体。它往往出现在大断层交汇处，形成破碎带，沿走向和沿倾斜的厚度变化极不规则。此外，近代未经胶结的松散沉积物，如砂卵石层等也属松散岩体。这类岩体的结构体呈颗粒状、碎屑粉状、角砾状，属于非连续介质。它受力后的变形、滑移主要取决于散粒体之间的摩擦阻力和泥质物的控制作用，故常呈现明显的塑性或流变性。这类岩体的整体强度极低，几乎没有自撑能力，悬露时极不稳定，在掘进巷道时，如不进行超前支护，会立即冒落，甚至在掘进以后，巷道中还会出现臌帮、臌底现象，而且来压既快又大，持续时间长，往往产生连续的变形破坏，这是目前岩层控制领域中尚待解决的课题。
二、岩体的基本特征
根据上述情况可以看出，岩体除了有以上结构特点外，从本身组成状况来看也与岩石有许多区别，其中比较明显的特征有如下几点。
1. 岩体的非均质性
岩体可以由一种或几种岩石组成，而且以后者居多。对于多种岩石组成的岩体，由于在自然条件下组成岩石的物质成分、组织结构及其组合状况经常变化，所以一般认为岩体是非均质的。例如，对于倾斜层状岩体，无论是铅直方向还是水平方向，其非均质性都十分明显；对水平或近水平的层状岩体，在铅直方向上的非均质性也是明显的，而在水平方向，尽管岩石种类在一定范围内可能没有明显变化，但物质组成、岩性岩相也有变化，所以严格地说岩体都是非均质的。只有在少数情况下，在某些局部范围内，如果不存在软、硬悬殊的夹层，岩石的物理力学性质基本一致，才可看作均质体。
2. 岩体的各向异性
大多数层状岩体在水平及铅直方向的致密程度不同，因而就有显著的各向异性，即岩体在不同方向上显示的物理力学性质(如极限强度、弹性模量等)有明显不同。
岩体的各向异性还受到岩体内各种结构面的影响。由于结构面的方位不同，数量不等，规模不一，性质各异，会造成岩体具有各向异性。如结构面组数较少、各自发育程度不同的岩体，其各向异性会表现得很明显，反之，结构面组数多、
各自都很发育、方向十分复杂的岩体，其各向异性反而表现得不明显。所以，岩体中组成岩石的成层条件及其分布规律，结构面特性及其发育状况等都会导致岩体具有各向异性。
3. 岩体的非连续性
由于岩体被各种结构面所切割，因此从原则上说岩体属于非连续体。但是随着被切割的岩块大小、形态和性质不同，岩块的排列和相互接触状态的差异，及其不连续程度都会有所不同。因此在研究工程问题，尤其是进行岩体稳定性分析时，往往根据岩体的不同结构类型把岩体分别看作是非连续体、似连续体或连续体。例如，受结构面影响明显的层状、块状结构岩体和碎裂结构岩体可视为非连续体，结构发育密集的碎裂结构及结构面不规则密集分布的散体结构岩体可看成似连续体，而只有那些整体结构岩体和部分块状、中厚层状结构的岩体才可看作是连续体。
为了对岩体的特性有较全面的了解，在表1-6中对岩石和岩体特性的不同点进行了简要对比。
第七节岩体的力学性质
像其他材料一样，在载荷作用下会产生变形，载荷不断增加，变形会不断发展，最后会导致岩体的破坏。了解岩体的变形规律和特性，对于控制岩体变形，解决井巷设计、掘进和维护，以及与地下开采有关的其它实际问题都有重要意义。
岩体不是理想的弹性体，而是具有弹性、塑性和粘性的，多裂隙的非连续介质，其变形性质也反映了这些特点。例如，岩体在载荷作用下出现弹性变形的同时也产生塑性变形，岩体变形的方向往往受裂隙方向性的控制。
一、岩体的变形和破坏特征
岩体的变形要比岩块的变形复杂得多，因为岩体是由大小和形状不同的各种天然岩块(结构体)和切割这些天然岩块的弱面(结构面)组成的。所以在岩体的总变形中必然包括结构体和结构面的变形成分，通常前者可分为结构体的压缩变形和形状变形，而后者则可分为结构面的压密变形和剪切滑移变形。岩体变形时除了出现与岩石试验相同的那种横向变形外，还有因在其破坏前产生的非弹性膨胀(扩容)而造成的侧向扩胀。因此在表达岩体变形特征时，通常用侧胀系数μm来
代替岩石的横向变形系数μ(泊松比)。侧胀系数的含义是：
纵向变形
侧向变形=m μ 岩体受力后产生变形和破坏的过程分为四个阶段，其应力—应变曲线见图l －11所示。
图1-11 岩体应力应变关系
1-转化点；2-屈服点；3-极限强度
(l)压密阶段。岩石受力后首先出现的是压密阶段(I)。此时的变形，主要是由岩体内的结构面(节理、裂隙等)被闭合和裂隙中充填物受到压密而造成的。其特点是随着应力的增长，变形增长率逐渐减小，故应力应变曲线呈凹状缓坡。
(2)弹性阶段。岩体经过压缩以后，即由非连续介质转化为连续介质。在载荷的持续作用下将进入第二阶段——弹性阶段(Ⅱ)。在这个阶段中，结构面和结构体的性质共同起作用，但主要是结构体开始承载和产生变形，这时弹性变形是岩体变形的主要组成部分。其特点是随载荷增加变形基本上按比例增长，即应力应—变曲线表现为直线型。
(3)塑性阶段。当变形继续发展到屈服点以后，就进入岩体变形的第三阶段—塑性阶段(Ⅲ)。在这个阶段中，与结构体变形同时伴随有结构面的剪切滑移变形，且变形成分主要是沿结构面滑移。岩体的扩容现象也越来越明显。
(4)破坏阶段。在塑性阶段中，随载荷的增长，其变形增长率不断增加，当应力增加到极限强度时，使岩体沿着某些破损面滑动而导致岩体破坏，于是进入
第四阶段—破坏阶段(Ⅳ)。
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3
流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：
当前位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质 第三节岩块的强度性质 岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。 一、单轴抗压强度σ c 1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）。 2、研究意义 （1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。 3、测定方法 抗压强度试验 点荷载试验 4、常见岩石的抗压强度 常见岩石的抗压强度 岩石名称抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 辉长岩180~300辉绿岩200~350页岩10~100花岗岩100~250玄武岩150~300砂岩20~200流纹岩180~300石英岩150~350砾岩10~150闪长岩100~250大理岩100~250板岩60~200 安山岩100~250片麻岩50~200千枚岩、片 岩 10~100 白云岩80~250灰岩20~200 二、单轴抗拉强度σt 1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。 2、研究意义
（1）衡量岩体力学性质的重要指标
（2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 （3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 直接拉伸法 间接法（劈裂法、点荷载法） 4、常见岩石的抗拉强度 常见岩石的抗拉强度 5、抗拉强度与抗压强度的比较 岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。 岩块的几种强度与抗压强度比值
一、绪论 一、解释下例名词术语 岩体力学：研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的科学。. 二、简答题 1．从工程的观点看，岩体力学的研究内容有哪几个方面？ 答：从工程观点出发，大致可归纳如下几方面的内容： 1）岩体的地质特征及其工程分类。 2）岩体基本力学性质。 3）岩体力学的试验和测试技术。 4）岩体中的天然应力状态。 5）模型模拟试验和原型观测。 6）边坡岩体、岩基以及地下洞室围岩的变形和稳定性。 7）岩体工程性质的改善与加固。 2．岩体力学通常采用的研究方法有哪些？ 1）工程地质研究法。目的是研究岩块和岩体的地质与结构性，为岩体力学的进一步研究提供地质模型和地质资料。 2）试验法。其目的主要是为岩体变形和稳定性分析提供必要的物理力学参数。 3）数学力学分析法。通过建立岩体模型和利用适当的分析方法，预测岩体在各种力场作用下变形与稳定性。 4）综合分析法。这是岩体力学研究中极其重要的工作方法。由于岩体力学中每一环节都是多因素的，且信息量大，因此，必须采用多种方法考虑各种因素进行综合分析和综合评价才能得出符合实际的正确结论，综合分析是现阶段最常用的方法。 二、岩块和岩体的地质基础 一、解释下例名词术语 1、岩块：岩块是指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体。有些学者把岩块称为结构体、岩石材料及完整岩石等。 2、波速比k v：波速比是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块的纵波速度之比。 3、风化系数k f：风化系数是国标提出的用来评价岩的风化程度的指标之一，即风化岩块和新鲜岩块饱和单轴抗压强度之比。 4、结构面：其是指地质历史发展过程中，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面或带。它包括物质分异面和不连续面，如层面、不整合、节理面、断层、片理面等，国内外一些文献中又称为不连续面或节理。 5、节理密度：反映结构发育的密集程度，常用线密度表示，即单位长度内节理条数。 6、节理连续性：节理的连续性反映结构面贯通程度，常用线连续性系数表示，即单位长度内贯通部分的长度。 7、节理粗糙度系数JRC：表示结构面起伏和粗糙程度的指标，通常用纵刻面仪测出剖面轮廓线与标准曲线对比来获得。 8、节理壁抗压强度JCS：用施密特锤法（或回弹仪）测得的用来衡量节理壁抗压能力的指标。 9、节理张开度：指节理面两壁间的垂直距离。 10、岩体：岩体是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构，赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。 11、结构体：岩体中被结构面切割围限的岩石块体。 12、岩体结构：岩体中结构面与结构体的排列组合特征。
第一讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之一) 一、内容提要： 本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验方法，岩石的强度特性。 二、重点、难点： 岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验方法作一般了解。 一、概述 岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。 所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。通常认为岩体是由岩石和结构面组成。所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不连续面，它包括一切地质分离面。这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对比较薄弱的环节。因此，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。 【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。 A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩答案：A 【例题2】片麻岩属于( )。 A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案：C 【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。 A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小答案：C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验方法 (一)岩石的质量指标 与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。 1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。其试验方法见相关的国家标准。岩石颗粒密度可按下式计算 2 岩石的块体密度 岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。按照岩块含水率的不同，可分成干密度、饱和密度和湿密度。 (1)岩石的干密度 岩石的干密度通常是指在烘干状态下岩块单位体积的质量。该指标一般都采用量积法求得。即将岩块加工成标准试件(所谓的标准试件是指满足圆柱体直径为48～54mm，高径比为2.0～2.5，含大颗粒的岩石，其试件直径应大于岩石最大颗粒直径的10倍；并对试件加工具有以下的要求；沿试件高度，直径或边长的误差不得大于0.3mm；试件两端面的不平整度误差不得大于0.05mm；端面垂直于试件轴线，最大偏差不得大于0.25。)。测量试件直径或边长以及高度后，将试件置于烘箱中，在105～110℃的恒温下烘24h，再将试件放入干燥器内冷却至重温，最后称试件的质量。岩块干
―――岩体力学作业之二 一、名词释义 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。 2.原生结构面：在成岩阶段形成的结构面，根据岩石成因的不同，可分为沉积结构面、岩浆（火成）结构面和变质结构面三类。 3.构造结构面：指在构造运动作用下形成的各种结构面，如劈理、节理、断层面等。 4.次生结构面：指在地表条件下，由于外力(如风力、地下水、卸荷、爆破等)的作用而形成的各种界面，如卸荷裂隙、爆破裂隙、风化裂隙、风化夹层及泥化夹层等。 5.结构面频率：即裂隙度，是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目。 6.结构体：结构面依其本身的产状，彼此组合将岩体切割成形态不一、大小不等以及成分各异的岩石块体，被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。 7.结构效应：是指岩体中结构面的方向、性质、密度和组合方式对岩体变形的影响。 8.剪胀角（angle of dilatancy）：岩体结构面在剪切变形过程中所发生的法向位移与切向位移之比的反正切值。 9.节理化岩体：是指被各种节理、裂隙切割呈碎裂结构的岩体。 10.结构面产状的强度效应：指结构面与作用力之间的方位关系对岩体强度所产生的影响。 11.结构面密度的强度效应：指结构面发育程度(数量)对岩体强度所产生的影响。 12.岩体完整性指标：是指岩体弹性纵波与岩石弹性纵波之比的平方。 13.岩体基本质量：岩体所固有的、影响工程岩体稳定性的最基本属性，岩体基本质量由岩石坚硬程度和岩体完整程度决定。 14.自稳能力：在不支护条件下，地下工程岩体不产生任何形式破坏的能力。 15.体积节理数：是指单位岩体体积内的节理(结构面)数目。 16.岩石质量指标(RQD)：长度在10cm（含10 cm)以上的岩芯累计长度占钻孔总长的百分比，称为岩石质量指标RQD(Rock Quality Designation)。 二、填空题 1.岩体是指经历过多次反复地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成了一定的岩石成分和结构，赋存于一定地质环境中的地质体。因此，岩体力学性质与岩体中的、以及 2 密切相关。 2.岩体由结构面和结构体组成，结构面根据形成原因通常可分为三种类型：、 和。 3.在工程岩体范围内，结构面按贯通情况可分为、以及三种类型。 4.在岩体中被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体。结构体的形状主要有、、1 以及菱形和锥形等，如果风化强烈或挤压严重，也可形成、、 1 等。 5.岩体抵抗外力作用的能力称为岩体的力学性质。它包括岩体的特征、特征和1 特征等。 6.岩体结构面的剪切变形与、和有关。 7.岩体结构面的几何特性是反映节理的外貌，它的组成要素包括：、、、 以及和。 8.岩体的力学性质不仅取决于岩石本身及结构面的力学性质，也与密切相关。 9.岩体的强度不仅与组成岩体的的性质有关，而且与岩体内的有关，此外还与岩体有关。 10.岩体中存在各种结构面，结构面的变形大小主要由和控制的。
岩石的基本物理力学性质 岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重 要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善 的力学性质。 岩石密度：天然密度、饱和密度、 质量指标密度、重力密度 岩石颗粒密度 孔隙性孔隙比、孔隙率 含水率、吸水率 水理指标 渗透系数 抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率 抗冻性抗冻性系数 单轴抗压强度 单轴抗拉强度 抗剪强度 三向压缩强度 岩石的基本物理力学性质 ◆岩石的变形特性 ◆岩石的强度理论 试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。 第二章岩石的基本物理力学性质 第一节岩石的基本物理性质 第二节岩石的强度特性 第三节岩石的变形特性
第四节岩石的强度理论 回顾----岩石的基本构成 岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。 岩石是构成岩体的基本组成单元。相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。 岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。 回顾----岩石的基本构成 一、岩石的物质成分 ●岩石是自然界中各种矿物的集合体。 ●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。 ●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。 ●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。 回顾----岩石的基本构成 二、岩石的结构 是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。 回顾----岩石的基本构成 ●岩石结构连结 结晶连结和胶结连结。 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、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。 胶结连结：指颗粒与颗粒之间通过胶结物在一起的连结。对于这种连结的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。从胶结物来看，硅质铁质胶结的岩石强度较高，钙质次之，而泥质胶结强度最低。 回顾----岩石的基本构成 ●岩石中的微结构 岩石中的微结构面（或称缺陷），是指存在于矿物颗粒内部
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。
作者：非成败 作品编号：92032155GZ5702241547853215475102 时间：2020.12.13 当前位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质 第三节岩块的强度性质 岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。 一、单轴抗压强度σ c 1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）。 2、研究意义 （1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。 3、测定方法 抗压强度试验 点荷载试验 4、常见岩石的抗压强度 常见岩石的抗压强度 岩石名称抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 辉长岩180~300辉绿岩200~350页岩10~100花岗岩100~250玄武岩150~300砂岩20~200流纹岩180~300石英岩150~350砾岩10~150闪长岩100~250大理岩100~250板岩60~200 安山岩100~250片麻岩50~200千枚岩、片 岩 10~100
二、单轴抗拉强度σt 1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。 2、研究意义 （1）衡量岩体力学性质的重要指标 （2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 （3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 直接拉伸法 间接法（劈裂法、点荷载法） 4、常见岩石的抗拉强度 常见岩石的抗拉强度 5、抗拉强度与抗压强度的比较 岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。 岩块的几种强度与抗压强度比值
各类常见岩石的主要特征 。常见三大类岩石以其固有的特点相互区别，如表1所示。 表1深成岩、浅成岩、喷出岩的产状、结构、构造间的区别火成岩沉积岩变质岩均为原生矿物，成分复杂， 除石英、长石、白云母等原生矿物外，除具有原岩的矿物成分判尚常见的有石英、长石、角闪 矿物成分次生矿物占相当数量，如方解石、白有典型的变质矿物，如绢云石、辉石、橄榄石、黑云母 云石、高岭石、海绿石等母、石榴子石等等矿物成分 结构以粒状结晶、斑状结构为其以碎屑、泥质及生物碎屑、化学结构以变晶、变余、压碎结构为其特征 具流纹、气孔、杏仁、块状 构造 多以侵入体出现，少数为喷 发岩，呈不规则状为其特征特征构造多具层理构造、有些含生物化石具片理、片麻理、块状等构造产状有规律的层状随原岩产状而定分布粘土岩分布最广，其次是砂岩、石灰区域变质岩分布最广，次为接花岗岩、玄武岩分布最广 岩触变质岩和动力变质岩3、岩石综合肉眼鉴定步骤提示 肉眼对岩石进行分类和鉴定，除了在野外要充分考虑其产状特征外，在室内对手标本的观察上，最关键的是要抓住它的结构、构造、矿物组成等特征。具体步骤如下：
观察岩石的构造，因为构造从岩石的外表上就可反映它的成因类型：如具气孔、杏仁、流纹构造形态时一般属于火成岩中的喷出岩类；具层理构造以及层面构造时是沉积岩类；具板状、千枚状、片状或片麻状构造时则属于变质岩类。应当指出，火成岩和变质岩构造中，都有“块状构造”。如火成岩中的石英斑岩标本，变质岩中的石英岩标本，表面上很难区分，这时，应结合岩石的结构特征和矿物成分的观察进行分析：石英斑岩具火成岩的似斑状结构，其斑晶与石基矿物间结晶联结，石英斑岩中的石英斑晶具有一定的结晶外形，呈棱柱状或粒状；经过重结晶变质作用形成的石英岩，则往往呈致密状，肉眼分辨不出石英颗粒，且石质坚硬、性脆。 对岩石结构的深入观察，可对岩石进行进一步的分类。如火成岩中深成侵入岩类多呈全晶质、显晶质、等粒结构；而浅成侵入岩类则常呈斑状结晶结构。沉积岩中根据组成物质颗粒的大小、成分、联结方式可区分出碎屑岩、黏土岩、生物化学岩类(如砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等)。 岩石的矿物组成和化学成分分析，对岩石的分类和定名也是不可缺少的，特别是与火成岩的定名关系尤为密切，如斑岩和玢岩，同属火成岩的浅成岩类，其主要区别在于矿物成分。斑岩中的斑晶矿物主要是正长石和石英，玢岩中的斑晶矿物主要是斜长石和暗色矿物(如角闪石、辉石等)。沉积岩中的次生矿物如方解石、白云石、高岭石石膏、褐铁矿等不可能存在于新鲜的火成岩中。而绢云母、绿泥石、滑石、石棉、石榴子石等则为变质岩所特有。因此，根据某些变质矿物成分的分析，就可初步判定岩石的类别。 在岩石的定名方面，如果由多种矿物组份组成，则以含量最多的矿物与岩石的基本名称紧密相联，其他较次要的矿物，按含量多少依次向左排列，如“角闪斜长片麻岩”，说明其矿物成分是以斜长石为主，并有相当数量的角闪石，其他火成岩、沉积岩的多元定名涵义也是如此。 最后应注意的是在肉眼鉴定岩石标本时，常有许多矿物成分难于辨认，如具隐晶质结构或玻璃质结构的火成岩，泥质或化学结构的沉积岩，以及部分变质岩，由结晶细微或非结晶的物质成分组成，一般只能根据颜色的深浅、坚硬性、比重的大小和“盐酸反应”进行初步判断。火成岩中深色成分为主的，常为
浅谈岩石与岩体 一岩体与岩石的定义 I岩体： 在工程地质中，把工程作用范围内具有一定岩石成分，结构特征赋存于某种地质环境中的地质体叫做岩体。 岩体与完整的岩石材料不同，它是地质体的一部分，其中存在着断层，节理，层面等各种不连续面（结构面），岩体在这些不连续面的切割下，形成一定的岩石结构并赋存于一定的地质环境之中，因此岩体在力的作用下的变形与强度特征要比岩石材料复杂得多。 2岩石： 岩石是矿物的聚合体，具有复杂的成分与结构，明确点说，岩石是天然产出的矿物或矿物与其他物质（火山玻璃，生物骨骼，胶体和延续等）组成的固态集合物。 岩石根据成因可以分为火成岩（岩浆岩），沉积岩，变质岩。 火成岩（岩浆岩）是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石，也称火成岩或喷出岩。程吉燕是在地表条件下由风化作用，生物作用和火山作用的产物经水，空气和冰川等外力的搬运，沉积和成岩作用固结形成的岩石。变质岩是由先形成的岩浆岩，沉积岩，变质岩，由于其所处的地质环境的改变，经变质作用而形成的岩石。
二岩石与岩体的区别 岩石是天然产出的具有稳定外形的矿物，按照一定成因的方式结合而成，是构成地壳和以上地幔的物质基础。按成因分岩浆岩，沉积岩和变质岩。而岩石与大范围天然岩体的力学性质有很大差异，可分为3类： ①:岩体赋存于一定地质环境之中，地应力，地温，地下水等因素对其物理力学性质有很大影响。而岩石试件只是为了实验室实验而加工的岩块，已完全脱离了原来的地质环境。 ②岩体在自然状态下经历了漫长的地质作用过程，其中存在着各种地质构造和弱面，如不整合面，褶皱，断层，节理，裂隙等等。 ③一定数量的岩石组成岩体，且岩体中无特定自然边界，只能根据解决问题为需要来圈定范围。根据上述特征将岩石定义为地质体的一部分，并且是由处于一定地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的集合体，也可以看成是由结构面所包围的结构体和结构面所共同组成的。 岩体是在内部的联结力较弱的层面，片理和节理，断层的等切割下，具有明显的不连续性。这是岩体的重要特点。使岩体结构的力学效应减弱和消失。使岩体强度远远小于岩石强度，岩体变形远远大于岩石本身，岩体的渗透性远大于岩石的渗透性。 三岩体与岩石的联系 岩体是由各种岩石构成的，不同岩石构成成的岩体其特点是不一
(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用
各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。
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℃烘箱内烘至恒重时的密度。 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：
各类常见岩石的主要特征九 各类常见岩石的主要特征。常见三大类岩石以其固有的特点相互区别，如表1 所示。 表1 深成岩、浅成岩、喷出岩的产状、结构、构造间的区别 火成岩沉积岩变质岩 矿物成分均为原生矿物，成分复杂，常见的有石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石、黑云母等矿物成分除石英、长石、白云母等原生矿物外，次生矿物占相当数量，如方解石、白云石、高岭石、海绿石等除具有原岩的矿物成分判尚有典型的变质矿物，如绢云母、石榴子石等 结构以粒状结晶、斑状结构为其特征以碎屑、泥质及生物碎屑、化学结构为其特征以变晶、变余、压碎结构为其特征 构造具流纹、气孔、杏仁、块状构造多具层理构造、有些含生物化石具片理、片麻理、块状等构造 产状多以侵入体出现，少数为喷发岩，呈不规则状有规律的层状随原岩产状而定 分布花岗岩、玄武岩分布最广粘土岩分布最广，其次是砂岩、石灰岩区域变质岩分布最广，次为接触变质岩和动力变质岩 3 、岩石综合肉眼鉴定步骤提示 肉眼对岩石进行分类和鉴定，除了在野外要充分考虑其产状特征外，在室
内对手标本的观察上，最关键的是要抓住它的结构、构造、矿物组成等特征。具体步骤如下： ? 观察岩石的构造，因为构造从岩石的外表上就可反映它的成因类型：如具气孔、杏仁、流纹构造形态时一般属于火成岩中的喷出岩类；具层理构造以及层面构造时是沉积岩类；具板状、千枚状、片状或片麻状构造时则属于变质岩类。应当指出，火成岩和变质岩构造中，都有“块状构造”。如火成岩中的石英斑岩标本，变质岩中的石英岩标本，表面上很难区分，这时，应结合岩石的结构特征和矿物成分的观察进行分析：石英斑岩具火成岩的似斑状结构，其斑晶与石基矿物间结晶联结，石英斑岩中的石英斑晶具有一定的结晶外形，呈棱柱状或粒状；经过重结晶变质作用形成的石英岩，则往往呈致密状，肉眼分辨不出石英颗粒，且石质坚硬、性脆。 ? 对岩石结构的深入观察，可对岩石进行进一步的分类。如火成岩中深成侵入岩类多呈全晶质、显晶质、等粒结构；而浅成侵入岩类则常呈斑状结晶结构。沉积岩中根据组成物质颗粒的大小、成分、联结方式可区分出碎屑岩、黏土岩、生物化学岩类(如砾岩、砂岩、页岩、石灰岩等)。 ? 岩石的矿物组成和化学成分分析，对岩石的分类和定名也是不可缺少的，特别是与火成岩的定名关系尤为密切，如斑岩和玢岩，同属火成岩的浅成岩类，其主要区别在于矿物成分。斑岩中的斑晶矿物主要是正长石和石英，玢岩中的斑晶
实用文档之"" 当前位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质 第三节岩块的强度性质 岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。 一、单轴抗压强度σ c 1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）。2、研究意义 （1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。 3、测定方法 抗压强度试验 点荷载试验 4、常见岩石的抗压强度 常见岩石的抗压强度 岩石名称抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 辉长岩180~300辉绿岩200~350页岩10~100花岗岩100~250玄武岩150~300砂岩20~200流纹岩180~300石英岩150~350砾岩10~150闪长岩100~250大理岩100~250板岩60~200 安山岩100~250片麻岩50~200千枚岩、 片岩 10~100 白云岩80~250灰岩20~200二、单轴抗拉强度σt
1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。 2、研究意义 （1）衡量岩体力学性质的重要指标 （2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线 （3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 直接拉伸法 间接法（劈裂法、点荷载法） 4、常见岩石的抗拉强度 常见岩石的抗拉强度 5、抗拉强度与抗压强度的比较 岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。 岩块的几种强度与抗压强度比值
1、花岗岩 花岗岩属火成岩，由地下岩浆喷出和侵入冷却结晶，以及花岗质的变质岩等形成。具有可见的晶体结构和纹理。它由长石（通常是钾长石和奥长石）和石英组成，搀杂少量的云母（黑云母或白云母）和微量矿物质，譬如：锆石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿和榍石等等。花岗石主要成分是二氧化硅，其含量约为65%—85%。花岗石的化学性质呈弱酸性。通常情况下，花岗岩略带白色或灰色，由于混有深色的水晶，外观带有斑点，钾长石的加入使得其呈红色或肉色。花岗岩由岩浆慢慢冷却结晶形成，深埋于地表以下，当冷却速度异常缓慢时，它就形成一种纹理非常粗糙的花岗岩，人们称之为结晶花岗岩。花岗岩以及其它的结晶岩构成了大陆板块的基础，它也是暴露在地球表面最为常见的侵入岩。 尽管花岗岩被认为是由融化的物质或者岩浆形成的火成岩，但是有大量证据表明某些花岗岩的形成是局部变形或者先前岩石的产物，它们未经过液态或者融化过程而重新排列和重结晶。 花岗岩的比重在到之间，其抗压强度为1,050~14,000 千克/平方厘米 （15,000~20, 000磅/平方英寸）。因为花岗岩的强度比沙岩、石灰石和大理石大，因此比较难于开采。由于花岗石形成的特殊条件和坚定的结构特点，使其具有如下独特性能： （1）具有良好的装饰性能，可适用公共场所及室外的装饰。 （2）具有优良的加工性能：锯、切、磨光、钻孔、雕刻等。其加工精度可达μm以下，光度达1600以上。 （3）耐磨性能好，比铸铁高5-10倍。 （4）热膨胀系数小，不易变形，与铟钢相仿，受温度影响极微。
（5）弹性模量大，高于铸铁。 （6）刚性好，内阻尼系数大，比钢铁大15倍。能防震，减震。 （7）花岗石具有脆性，受损后只是局部脱落，不影响整体的平直性。 （8）花岗石的化学性质稳定，不易风化，能耐酸、碱及腐蚀气体的侵蚀，其化学性与二氧化硅的含量成正比，使用寿命可达200年左右。 （9）花岗石具有不导电、不导磁，场位稳定。 通常，花岗岩分成三个不同的类别： 1. 细粒花岗岩：长石晶体的平均直径为1/16~1/8英寸。 2. 中粒花岗岩：长石晶体的平均直径约为1/4英寸。 3. 粗粒花岗岩：长石晶体的平均直径约为1/2英寸和直径更大的晶体，有的甚至达到几个厘米。粗粒花岗岩的密度相对较低。 2、大理石 大理石由沉积岩和沉积岩的变质岩形成，是石灰石重结晶形成后的一种变质岩，通常伴随有生物遗体的纹理。主要成分是碳酸钙，其含量约为50%-75% ，呈弱碱性。有的大理石含有一定量的二氧化硅，有的不含有二氧化硅。颗粒细腻（指碳酸钙），表面条纹分布一般较不规则，硬度较低。大理石的成分极其结构特点使其具有如下性能： （1）良的装饰性能，大理石不含有辐射且色泽艳丽、色彩丰富，被广泛用于室内墙、地面的装饰。具有优良的加工性能：锯、切、磨光、钻孔、雕刻等。
*实用文库汇编之当前位置：课程学习/第四章岩块的变形与强度性质/第三节岩块的强度性质* 第三节岩块的强度性质 岩块的强度是指岩块抵抗外力破坏的能力。 根据受力状态不同，岩块的强度可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、剪切强度、三轴压缩强度等。 一、单轴抗压强度σ c 1、定义 在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力，简称抗压强度（MPa）。 2、研究意义 （1）衡量岩块基本力学性质的重要指标。 （2）岩体工程分类、建立岩体破坏判据的重要指标。 （3）用来估算其他强度参数。 3、测定方法 抗压强度试验 点荷载试验 4、常见岩石的抗压强度 常见岩石的抗压强度 岩石名称抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 岩石名称 抗压强度 （MPa） 辉长岩180~300辉绿岩200~350页岩10~100花岗岩100~250玄武岩150~300砂岩20~200流纹岩180~300石英岩150~350砾岩10~150闪长岩100~250大理岩100~250板岩60~200 安山岩100~250片麻岩50~200千枚岩、片 岩 10~100 白云岩80~250灰岩20~200 二、单轴抗拉强度σt 1、定义 单向拉伸条件下，岩块能承受的最大拉应力，简称抗拉强度。 2、研究意义 （1）衡量岩体力学性质的重要指标 （2）用来建立岩石强度判据，确定强度包络线
（3）选择建筑石材不可缺少的参数 3、测定方法 直接拉伸法 间接法（劈裂法、点荷载法） 4、常见岩石的抗拉强度 常见岩石的抗拉强度 5、抗拉强度与抗压强度的比较 岩石中包含有大量的微裂隙和孔隙，岩块抗拉强度受其影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。相对而言，空隙对岩块抗压强度的影响就小得多，因此，岩块的抗拉强度一般远小于其抗压强度。 通常把抗压强度与抗拉强度的比值称为脆性度，用以表征岩石的脆性程度。 岩块的几种强度与抗压强度比值