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。
%10011⨯=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。
%10022⨯=
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。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧===5050
5001εσεσ
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。
h h d d U ∆=∆==⊥⊥
1111εεεε
二、强度：指岩石受力破坏时承受的最大应力。
1、抗压强度：（烘干、垂直结构面受压、单轴）
A P R =
⎪⎩⎪⎨⎧⨯⨯⨯33105555cm cm φ试样尺寸： 2、抗拉强度：（一般用劈裂法）
22a P
R t π=
3、抗剪强度
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====+=岩石粘聚力岩石内摩擦角
C A P A P c tg ϕθτθσϕστ/cos /sin
4、点荷载强度：
2D P
I s =
第四节 风化作用
一、定义：地表及地下一定深度的岩石，在自然因素作用下，发生机械破碎和
成分改变的过程。
二、风化作用类型：
1、物理风化：指岩石在自然因素作用下以机械破碎为主，无明显成分改变
的过程。
（1）热胀冷缩作用：主要发生在昼夜温差变化大的地区。
（2）冰劈作用：主要发生在雪线附近。
（水结冰时，体积增加1／11，对两壁岩石产生96Mpa 的压力）
（3）盐类结晶作用：主要发生在强烈蒸发的干旱地区。
（明矾结晶，体积膨胀50％，压力达40kg/cm 2）
2、化学风化：指岩石在自然因素作用下以化学成分改变为主，无明显机械
破碎的过程。
（1）溶解作用：-++→→++32232232)(HCO C HCO Ca CO O H CaCO a
（2）水化作用：)5.1(22424倍体积增大O H CaSO O H CaSO ⋅→+
（3）氧化作用：4223222283211154SO H O H O Fe O H O FS +⋅→++
（4）碳酸化作用：
45222232223)(432OH O Si Al O H SiO CO K O H O KAISi +⋅+→+ 3、生物风化：指由生物活动过程引起的岩石风化。
（1）生物物理风化：根劈作用
（2）生物化学风化：有机酸侵蚀
（三）影响风化的内部因素：
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧），越易风化。：气孔、层理、片理等构造：构造越复杂（如易风化。结晶程度：结晶越好越状矿物易风化。颗粒形态：针、柱、片化。易风化；斑状结构易风颗粒大小：颗粒越粗越结构：物易风化。色矿物）易风化；复矿成分：热敏感矿物（暗
易风化。目前环境差异越大，越成因：岩石形成环境与、岩石性质：1
⎩⎨⎧。岩石越破碎，越易风化。数和密度），越易风化节理越复杂（指节理组、地质构造：2
⎩⎨⎧→→化学风化为主温暖潮湿物理风化为主寒冷干燥、气候：3
⎩⎨⎧→→化学风化为主平缓：
物理风化为主陡峻：、地形：4 （四）岩石风化程度分级：
1、分级依据：
⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧差，风化程度越高。岩体结构：岩体结构越低，风化越严重。岩石相比，力学强度越岩石力学性质：与新鲜隙越多，风化越严重。岩石破碎程度：风化裂
矿等），风化越严重。多（如次生粘土、褐铁矿物成分：次生矿物越化越严重。相比，颜色越暗淡，风矿物颜色：与新鲜岩石
2、分级：（共五级）
