三岩石物理性质

岩石力学岩石的物理性质 一、 岩石的分类火成岩：侵入岩和喷出岩。

沉积岩：砂岩（95%的油气储量）、页岩（待开采，如页岩气、煤层气）、石灰岩。

变质岩：不含油气。

二、 岩石的强度主要取决于：组成其矿物的强度、连接结构形式、岩石的结构和整体构造、胶结物的成分和胶结方式 三、岩石的物理性质孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。

1、 孔隙度：绝对孔隙度：φ = V 孔/V 岩总 孔隙度越高，岩石的力学性质越差。

有效孔隙度： φ有效 =V 连通/V 孔总。

2、 渗透性：在一定压力作用下，孔隙具有让流体（油、气、水）通过的性质。

其大小用渗透率来描述，反映了流体在岩石孔隙中流动的阻力的大小。

达西定律：A LhK Q ∆=φ...K Φ——反应岩石性质系数 含义：以粘度为1厘泊的流体完全饱和于岩石孔隙中，在1个大气压差的作用下，以层流的方式用过截面积为1cm 2,长度为1cm 的岩样时，其流量为1cm 3/s 。

则渗透率为1达西（D ）。

3、 岩石中的油、气、水饱和度。

…4、 岩石的粒度组成和比表面积：粒度组成的分析方法：筛分析法和沉降法。

通过粒度得孔隙度。

比表面积：单位体积岩石内颗粒的总表面积。

通过粒度组成估算比面。

孔隙度、粒度、比表三者之二求一岩石的力学性质岩石的类型、组成成分、结构构造、围压、温度、应变率、载荷等对其力学性质都有影响 一、 岩石变形性质的基本概念1、 弹性：… 基本弹性参数E 、υ。

2、 塑性3、 黏性：物体受力后，变形不能在瞬时完成，且应变率随应力的增加而增加的性质。

4、 脆性：受力后变形很小就发生破裂的性质。

（ε>5%就发生破裂的称为塑性材料,小于的称脆性材料）5、 延性：发生较大塑性变形，但不丧失其承载能力的性质。

岩石在常温，常压下，并不是理想的弹性或塑性材料，而是几种的复合体，如塑弹性、塑弹塑、弹塑蠕。

其本构关系略。

6、常温常压下岩石的典型应力-应变曲线：（重点）OA---塑性，应力增加快，但应变增加不多。

知识探究三大类岩石的特点岩石是地球表面的常见物质，构成了地壳的主要组成部分。

根据岩石的形成过程和性质，可以将岩石分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。

每一类岩石都有自己独特的特点和形成机制。

1.火成岩：火成岩是在地球内部高温和高压条件下的岩浆（地球内部熔融的岩石）在地壳表面或地下凝固形成的。

火成岩可以分为深火成岩和浅火成岩。

深火成岩主要由于地壳深部岩浆侵入或喷发时的凝固形成，如花岗岩、正长岩等。

这些岩石的特点是结晶颗粒大、晶体完整、质地坚硬，具有优异的机械强度。

浅火成岩是形成于地壳浅部的火山喷发产物，如玄武岩、安山岩等。

这些岩石通常呈细粒状或玻璃状，结晶颗粒很小，质地相对较软，易于风化和磨损。

2.沉积岩：沉积岩是由于风、水、冰等作用，将从其他地方搬运来的碎屑、有机物质等沉积在地壳表面，经过时间和压力的作用形成的。

沉积岩可以分为碎屑岩和化学沉积岩。

碎屑岩是由碎石、砂砾、泥等被搬运到特定地点后沉积形成的，如砂岩、砾岩、泥岩等。

这些岩石通常含有明显的层状结构，颗粒之间没有明显的结晶，具有较强的透水性。

化学沉积岩是由于水中溶解物质的沉积形成的，如石盐、石膏等。

这些岩石的形成通常需要特殊的地球化学环境，如盐湖、盐沼等，具有特殊的物理和化学特性。

3.变质岩：变质岩是在地壳深部高温和高压的条件下，由于地壳的构造活动或岩石深埋的作用下，原有岩石发生物理、化学或结构性变化而形成的。

变质岩可以分为构造变质岩和接触变质岩。

构造变质岩是由于地壳构造变动引起的岩石变质，如片麻岩、云母片岩等。

这些岩石具有平行排列的矿物颗粒，呈层状或片状，具有较强的抗压性能。

接触变质岩是由于岩浆侵入地壳或岩石受到高温的周围岩石对其进行加热而形成的，如大理岩、角闪岩等。

这些岩石通常含有明显的矿物变质，具有独特的纹理和颜色。

总之，三大类岩石具有各自独特的特点和形成机制。

火成岩具有完整的晶体结构和坚硬的特性；沉积岩具有层状结构和较强的透水性；变质岩具有平行排列的矿物和较强的抗压性能。

几种常见岩石的辨别和描述（野外编录）三种常见的岩浆岩：1.花岗岩是分布最广的深成侵入岩。

主要矿物成分是石英、长石和黑云母，颜色较浅，以灰白色和肉红色最为常见，具有等粒状和块状构造。

花岗岩既美观抗压强度又高，是优质建筑材料。

2.橄榄岩侵入岩的一种。

主要矿物成分是橄榄石及辉石，深绿色或绿黑色，比重大，粒状结构。

是钳及铭矿的惟一母岩，馍、金刚石、石棉、菱铁矿、滑石等也同这类岩石有关。

3.玄武岩一种分布最广的喷出岩。

矿物成分以斜长石、辉石为主，黑色或灰黑色，具有气孔构造和杏仁状构造，玄武岩本身可用作优良耐磨的铸石原料。

沉积岩又叫“水成岩”。

是在常温常压条件下岩石遭受风化作用的破坏产物，或生物作用和火山作用的产物，经过长时间的日晒、雨淋、风吹、浪打，会逐渐破碎成为砂砾或泥土。

在风、流水、冰川、海浪等外力作用下，这些破碎的物质又被搬运到湖泊、海洋等低洼地区堆积或沉积下来，形成沉积物。

随着时间的推移，沉积物越来越厚，压力越来越大，于是空隙逐渐缩小，水分逐渐排出，再加上可溶物的胶结作用，沉积物便慢慢固结而成岩石，这就是沉积岩。

沉积岩分布极广，占陆地面积的75%,是构成地壳表层的主要岩石。

四种常见的沉积岩：1.砾岩一种颗粒直径大于2毫米的卵石、砾石等岩石和矿物胶结而成的岩石，多呈厚层块状，层理不明显，其中砾石的排列有一定的规律性。

2.砂岩颗粒直径为0.1〜2毫米的砂粒胶结而成的岩石。

分布很广，主要成分是石英、长石等，颜色常为白色、灰色、淡红色和黄色。

3.页岩由各种黏土经压紧和胶结而成的岩石。

是沉积岩分布最广的一种岩石，层理明显，可以分裂成薄片，有各种颜色，如黑色、红色、灰色、黄色等。

4.石灰岩俗称“青石”，是一种在海、湖盆地中生成灰色或灰白色沉积岩。

主要由方解石的微粒组成，遇稀盐酸会发生化学反应，放出气泡。

石灰岩的颜色多为白色、灰色及黑灰色，呈致密块状。

变质岩：地壳中的火成岩或沉积岩，由于地壳运动、岩浆活动等所造成的物理、化学条件的变化，使其成分、结构、构造发生一系列改变，这种促成岩石发生改变的作用称为变质作用。

第三章岩石的物理、水理与热学性质第一节岩石的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。

所谓物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态。

与工程密切相关的物理性质有密度和空隙性。

一、岩石的密度岩石密度(rock density)是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3。

它是建筑材料选择、岩石风化研究及岩体稳定性和围岩压力预测等必需的参数。

岩石密度又分为颗粒密度和块体密度，各类常见岩石的密度值列于表3-1。

表3-1 常见岩石的物理性质指标值(一)颗粒密度岩石的颗粒密度(ρs)是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。

它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。

如基性、超基性岩浆岩，含密度大的矿物较多，岩石颗粒密度也大，一般为 2.7～3.2g ／cm3；酸性岩浆岩含密度小的矿物较多，岩石颗粒密度也小，多变化在2.5～2.85g ／cm3之间；而中性岩浆岩则介于上二者之间。

又如硅质胶结的石英砂岩，其颗粒密度接近于石英密度；石灰岩和大理岩的颗粒密度多接近于方解石密度，等等。

岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。

(二)块体密度块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石试件的含水状态，又有干密度(ρd)、饱和密度(ρsat)和天然密度(ρ)之分，在未指明含水状态时一般是指岩石的天然密度。

各自的定义如下： V m sd =ρ (3-1)Vm satsat =ρ (3-2) V m=ρ (3-3) 式中：ms 、msat 、m 分别为岩石试件的干质量、饱和质量和天然质量；V 为试件的体积。

岩石的块体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密切相关。

致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度很接近，随着孔隙、裂隙的增加，块体密度相应减小。

岩石的块体密度可采用规则试件的量积法及不规则试件的蜡封法测定。

二、岩石的空隙性岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。

三大岩类野外工作描述一、岩浆岩的观察与描述对岩浆岩的观察，一般是观察其颜色、结构、构造、矿物成分及其含量，最后确定其岩石名称。

肉眼鉴定岩浆岩，首先看到的就是颜色。

颜色基本可以反映出岩石的成分和性质。

-对岩浆岩进行肉眼鉴定第一步是要依据其颜色大致定出属于何种岩类。

比如，若是浅色，一般为酸性岩（花岗岩类）或中性岩（正长岩类）；若是深色，一般为基性岩或超基性岩。

由酸性岩到基性岩，深色矿物的含量逐渐增多，岩石的颜色也就由浅到深。

同时还要注意区别岩石新鲜面的颜色和风化后的颜色。

还可根据其中暗色矿物与浅色矿物的相对含量来进行描述，如暗色矿物含量超过60%者为暗色岩，在30—60%者为中色岩，在30%以下者为浅色岩。

第二步是观察岩浆岩的结构与构造。

据此，便可区分出是属深成岩类、浅成岩类或是喷出岩类。

根据岩石中各组分的结晶程度，可分为全晶质、半晶质和玻璃质等结构。

不仅要对全晶质的结构区分出显晶质或隐晶质结构，还要对其中的显晶质结构岩石按其矿物颗粒大小，进一步细分出等粒、不等粒、粗粒或细粒等结构。

对具有斑状结构的岩石要描述斑晶成分、基质的成分及结晶程度。

假如岩石中矿物颗粒大，呈等粒状、似斑状结构，则属深成岩类；假如矿物颗粒微细致密，呈隐晶质、玻璃质结构，则一般皆属喷出岩类；假如岩石中矿物为细粒及斑状结构，即介于上述两者之间，属于浅成岩类。

观察岩石中矿物有无定向排列，进而就能推断岩石的形成环境，含挥发组分多少以及岩浆流动的方向。

若无定向排列称之为块状构造；若有定向排列，则可能是流纹构造、气孔构造或条带状构造。

深成岩、浅成岩大多是块状构造；喷出岩则为流纹构造和气孔构造等。

对于岩石中有规律排列的长柱状矿物、气孔捕虏体等均要观测其方向。

对于那些在接触面上有规则排列的片状矿物，要描述其组成成分，并测其产状要素。

第三步是观察岩浆岩的矿物成分。

矿物成分是岩石定名最重要的依据。

岩浆岩类别是根据SiO2含量百分比确定的，而SiO2含量可在岩石矿物成分上反映出来。

岩石分类及其特征岩石是地球上最基本的物质之一，它们是由不同的矿物质组成的固态物质。

根据其形成过程和组成成分的不同，岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。

下面将对这三类岩石的分类及其特征进行介绍。

一、火成岩火成岩是由岩浆在地质过程中冷却凝固形成的岩石。

根据其形成环境和结晶方式的不同，火成岩可分为火山岩和深成岩。

1. 火山岩火山岩是由火山喷发时所喷出的岩浆在地表冷却、硬化形成的岩石。

常见的火山岩有玄武岩、安山岩和流纹岩等。

火山岩具有以下特征：质地细腻，颜色深浅不一，有些种类质地泡沫状；具有玻璃状质地，容易进行摩擦火花；具有多孔结构，孔隙度较高。

2. 深成岩深成岩是由岩浆在地壳深部冷却形成的岩石。

常见的深成岩有花岗岩、二长岩和橄榄岩等。

深成岩具有以下特征：晶体发育良好，颗粒细致；岩石中的矿物质颗粒较大，肉眼可见；结构均匀致密，没有孔隙。

二、沉积岩沉积岩是由岩层在地表产生的物理、化学作用和生物作用影响下，经过风化、侵蚀、沉积、压实等过程形成的岩石。

根据其成因和组成特点，沉积岩可分为碎屑岩、生物碎屑岩和化学沉积岩。

1. 碎屑岩碎屑岩是由岩屑颗粒通过风化和侵蚀作用剥离、运移和沉积形成的岩石。

常见的碎屑岩有砂岩、泥岩和粉砂岩等。

碎屑岩具有以下特征：颗粒较大，可肉眼分辨；结构松散，含有明显孔隙；容易分解成颗粒状物质。

2. 生物碎屑岩生物碎屑岩是由藻类、贝壳、骨骼等有机物质通过生物作用堆积形成的岩石。

常见的生物碎屑岩有石灰岩和磷灰岩等。

生物碎屑岩具有以下特征：颗粒尺寸不一，可见贝壳和化石；含有丰富的有机物，不易分解。

3. 化学沉积岩化学沉积岩是由水中溶解的化学物质沉积形成的岩石。

常见的化学沉积岩有盐岩、石膏岩和硫化岩等。

化学沉积岩具有以下特征：质地坚硬、致密；不含岩屑，没有明显的颗粒；具有特殊的化学成分和结构。

三、变质岩变质岩是由原来的岩石在高温、高压和地壳运动等作用下发生化学、物理变化而形成的岩石。

根据变质程度和组成成分的不同，变质岩可分为页岩、片岩和大理岩。

1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和蔼体相组成的多相体系。

理论以为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。

在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。

岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。

主要包括基本物理性质和水理性质。

岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。

岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表如今性质指标的差异上。

岩石的物理力学性质通常经过岩石物理力学性质测试才干确定。

1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。

反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。

为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中举行现场试骀。

在选用岩样时应思量到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。

最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。

下面分述各种物理性质指标。

1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。

重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。

2、计算式密度：V M =ρ(g/cm 3，t/m 3)容重度：V MgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：γ=ρg。

上述各式中，M —岩石质量；W —岩石分量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上普通取10m/s 2。

密度与容重的种类：天然密度ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。

天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。

3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。

第2章 岩石的物理力学性质§2.1 岩石的结构和构造岩石的物理力学性质除与其组成成分有关外，还取决于岩石的结构和构造。

岩石的结构是指矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征，岩石的构造则是指各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。

一般来说，岩石“结构”一词是针对构成岩石的微细粒子部分而言，而岩石“构造”是指较大的部分，“构造”比“结构”使用更广泛。

矿物颗粒间具有牢固的联结是岩石区别于土壤并使岩石具有一定强度的主要原因。

受风化作用或土壤化作用侵蚀的地壳表层岩石称为土壤。

岩石颗粒间联结分为结晶联结和胶结联结两类。

结晶联结是矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩和部分沉积岩具有这种联结。

它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触，故一般强度较高。

胶结联结是矿物颗粒通过胶结物联结在一起，这种联结的岩石的强度取决于胶结物成分和胶结类型。

岩石的矿物颗粒结合胶结物质有：硅质、铁质、钙质、泥质等。

一般来说，硅质胶结的岩石强度最高，铁质和钙质胶结的次之，泥质胶结的岩石强度最差，且抗水性差。

以风化程度划分，岩石又分为微风化、中等风化和强风化岩石。

在岩石力学中，根据岩石坚硬程度可分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。

§2.2 岩石的基本物理性质在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标，常用的岩石物理性质指标有容重、比重、孔隙率、吸水率、膨胀性、崩解性等。

2.2.1 容重和密度岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的重量称为容重。

岩石容重的表达式为：VW =γ （2-1） 式中，γ——岩石容重（kN/m 3）；W ——岩样的重量（kN ）； V ——岩样的体积（m 3）。

根据岩石试样的含水情况不同，容重可分为干容重（d γ）、天然容重（γ）和饱和容重（sat γ），一般未说明含水状态时是指天然容重。

岩石的密度定义为岩石单位体积(包括岩石中孔隙体积)的质量，用ρ表示，单位一般为kg/m 3。

我国岩石物理力学性质指标一.岩石的主要物理性质指标值（一）岩石比重一般岩石的比重岩石名称比重岩石名称比重花岗石 2.5-2.84 页岩 2.63-2.73 流纹岩 2.65左右泥质灰岩 2.7〜2.8 凝灰岩 2.56左右石灰岩 2.48-2.76 闪长岩 2.6〜3.1 白云岩 2.78左右斑岩 2.3~2・8 贝壳灰岩 2.70左右盼岩 2.6〜2.9 板岩 2.7-2.84 辉长岩 2.7 〜3.2 大理岩 2.7-2.87 辉绿岩 2.6〜3.1 石英片岩 2.6〜2.8 玄武岩 2.5 〜3.3 绿泥石片岩 2.8 〜2.9 橄榄岩 2.9〜3.4 粘土质片岩 2.4~2・6 蛇纹岩 2.4〜2.8 角闪片麻岩 3.07左右响岩 2.4〜2.7 花岗片麻岩 2.63左右砂岩 1.8-2.75 石英岩 2.63-2.84（二）岩石的密度各种岩石的一般天然密度岩石名称天然密度(g/cm3) 岩石名称天然密度(g/cm3) 花岗右 2.3 〜2.8 坚固的页岩 2.80左右止长岩 2.5 〜3.0 砂质页岩 2.60左右闪长岩 2.52-2.96 砂质钙质页岩 2.50左右辉长岩 2.55-2.98 页岩 2.30左右辉绿岩 2.53-2.97 硅质灰岩2・81〜2.90轨长斑岩 2.20-2.74 白云质灰岩 2.80左右盼岩 2.40-2.86 坚硬致密灰岩 2.70左右粗面岩 2.30-2.77 致密灰岩 2.50左右玄武岩 2.60-3.10 泥质灰岩 2.30左右安山岩 2.70-3」0 新鲜花岗片麻岩 2.90-3.30蛇纹岩 2.60左右强化风花岗片麻岩 2.30-2.50 火山凝灰岩 1.60-1.95 角闪片麻岩 2.76-3.05凝灰岩0.75-1.40 混合片麻岩 2.40-2.63 凝灰角砾岩 2.20-2.90 特别坚硬的石英岩 3.00-3.30含岩浆岩卵石的砾岩 2.90左右坚固细粒石英岩 2.80左右钙质胶结砾岩230左右片状石英岩 2.80-2.90 粘土质胶结砾岩 2.20左右风化的片状石英岩 2.70左右胶结不好的砾岩 1.90左右坚硬白云岩 2.90左右石英砂岩 2.61-2.70 白云岩 2.10-2.70 硅质胶结砂岩 2.50左右大理岩 2.70左右泥质胶结砂岩 2.20左右板岩 2.60左右（三）岩石的孔隙性各种岩石的孔隙率岩石名称孔隙率（％）岩石名称孔隙率（％）花岗岩0.04-2.8 页岩0.7-1.87 闪长岩0.25左右砂质页岩0.8-4.15 辉绿岩0.29-1.13 泥质页岩0.4-10辉长岩0.29-1」3 泥灰岩16-52斑岩0.29-2.75 石灰岩0.53-27.0 玄武岩 1.28左右口云岩0.3-25粗面凝灰岩25.07 白垩 3.0-53蛇纹岩0.56左右石膏0.1-4.0一般砂岩 1.60-28.30 片麻岩0.3 〜2.4 第三纪砂岩 2.2-42 大理岩0.1 〜6白垩纪砂岩7.2-37.7 板岩0.45左右侏罗纪砂岩 4.2-24.6 石英岩0-8.7三叠纪砂岩0.6-27.7 结晶片岩0.02-1.85 （四）岩石的水理性质各种岩石的一般吸水范围岩石名称吸水率（％）岩石名称吸水率（％）花岗岩花岗闪长岩0.10-0.700.30-0.38石灰岩泥质灰岩0.10-4.452.14^8.16正长岩0.47-1.94 花岗片麻岩0.10-0.70辉绿岩0.80-5.00 角闪片麻岩0.10-3.11. 玄武岩0.30左右混合片麻岩0.64-3.15 坊岩0.07-0.64 冇英片岩0.10-0.20 闪长玲岩 1.0-2.0 角闪片岩0.10-0.20 伟晶岩0.20-0.40 云母片岩0.10-0.20 霏细岩0.10-1.21 板岩0.10-0.30 角砾岩 1.00-5.00 大理岩0.10-0.80砂岩0.20-7.0 石英岩0.10-1.45各种岩石的软化系数岩石名称抗压强度(MPa)软化系数岩石名称抗压强度(MPa)软化系数湿试样干试样湿试样干试样粗粒花岗岩208.0 239.0 0.87 粘土页岩11.0 24.0 0.46 细粒花岗岩241.0 265.0 0.91 泥灰岩21.0 46.0 0.46 花岗斑岩230.0 250.0 0.92 软质变质岩0.44068闪长岩80.0^100.090413000.7-0.8变质片麻岩——0.7484安山岩218」256.3 0.85 L±J IJU石浆石0.1645玄武岩186.5 266.3 0.70 0.68 砂岩102.8 109.3 0.93 0.50 石灰岩76.5 115.1 0.66 中等毗白繇端0.40 石英砂岩122.0 133」0.92 中o ro 0.54 粘土质砂岩36.0 54.0 0.67 新第三系红般0.33二.岩石的力学性质指标值(-)岩石的变形岩石的变形模量和泊松比岩石名称边界条件变形模量泊松比抗压强度(MPa) 应力范围(MPa) (104MPa)- L J-I花冈石105.0 1.0-13.0 1.94 0.10105.0 1.0-35.0 2.92 0.14 片麻岩133.2 1.0-61.0 3.17133.2 1.0-41.0 2.80 0.033133.2 1.0-5.0 2.10 0.015 大理岩147.5 1.0-6.0 5.60 0.032110.0 5.0〜15.0 7.88 0.026110.0 1.0-20.0 8.56 0.023 石灰岩8&7 1.0-9.0 9.75 0.037145.0 1.0-9.0 8.17 0.03284.6 1.0-25.0 7.83 0.032 砂岩76.5 0.5-50.0 1.1345.3 1.0-23.0 0.74 0.04374.6 0.5 〜1.5 0.33 0.013岩石的弹性模量及泊松比(室内静力试验) 岩石名称弹性模量E (104MPa) 泊松比卩平行层理垂直层理平行层理垂直层理粗粒花岗岩 4.94 5.02 0.22 0.21 细粒花岗岩8.53 8.44 0.24 0.29 花岗闪长岩 6./6 5.78 0.23 0.20 片麻岩 4.25 3.86大理岩 6.86 5.02 0.22 0.06 片岩7.30 4.50云母石英片岩0.25 石英岩7.14 6.58 0.15 0.16-0.36 粗砂岩 1.93-4.19 1.73-4.54 0.10-0.45 0.10-0.22 中砂岩 2.87-4.19 2.86-3.37 0.12 0.15-0.36 细砂岩 2.88-4.95 2.90-4.60 0.10-0.22 0.28-0.47 粉砂岩 1.01-3.23 1.91-3.05 0.15-0.50 0.14 页岩 4.28 4.22 0.09 0」4 石英砂岩 5.92 5.52 0.14(-)岩石的抗压强度各种岩石不同层理方向的单轴抗压强度(室内试验)岩石名称单轴抗压强度(MPa) 岩石名称单轴抗压强度(MPa)岩石名称单轴抗压强度(MPa)砂岩160.0〜180.0 带状页岩 6.0〜&0 石灰岩80.0-100.0砂岩 6.0〜7.0 煤质页岩丄25.0 〜58.0 石灰岩70.0-90.0 砂岩 4.5-10.0 1 40.0-80.0 石灰岩30.0-50.0 长石砂岩248.0-292.0 黑页岩丄66.4 石灰岩25.0-55.0 石英砂岩68.0-102.5 II 128.0 石灰岩17.0片状砂岩丄80.3 黑泥灰岩25.0-30.0 石灰岩10.0 II 130.0 泥灰岩 3.5-1 &0 石灰岩128.0-168.0 片状砂岩丄50.0-110.0 大理岩81.0-107.5 石灰岩丄180.0 II 70.0-140.0 石英岩87.0 151.0粗粒砂岩丄142.3-176.0 石英岩225.0〜360.0 有层理丄108.9 〜136.9II 118.5-136.8 斑岩136.0 的砂岩II 98.1中粒砂岩丄147.0 〜206.0斑岩159.0〜240.0 壯施款壯丄34.1 II 117.0-216.0 玄武岩180.0-260.0 岐纺的）II 23.6细粒砂岩丄133.5-220.5 L±j uLu 花冈石179.2〜246.4 粘土质丄60.81 137.8〜241.0 花岗岩94.0 页岩（碳II 45.7粉砂岩丄55.4 〜114.7-FH t I J x_L|花冈石87.5 酸盐类II 34.4〜104.5 L U花冈石75.0-86.0 胶结）软页岩20.0 石灰岩71.2-169.5柱：表中“丄”、“ II ”分别表示压力方向垂直于平行层理方向。

三大类岩石基本知识自然界有各种各样的岩石，按成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。

一、岩浆岩岩浆岩的形成：地壳下部，由于放射性元素的集中，不断地蜕变而放出大量的热能，使物质处于高温（1000"C以上）、高压（上部岩石的重量产生的巨大压力）的过热可塑状态。

成分复杂，但主要是硅酸盐，并含有大量的水汽和各种其他的气体。

当地壳变动时，上部岩层压力一旦减低，过热可塑性状态的物质就立即转变为高温的熔融体，称为岩浆。

岩浆内部压力很大，不断向地壳压力低的地方移动，以致冲破地壳深部的岩层，沿着裂缝上升。

上升到一定高度，温度、压力都要减低。

当岩浆的内部压力小于上部岩层压力时，迫使岩浆停留下，冷凝成岩浆岩。

岩浆的成分：主要有SiO2、TiO2、A1203、Fe203、FeO、MgO、 MnO、CaO、K2O、Na2O等。

依其含SiO2量的多少，分为：基性岩浆：特点是富含钙、镁和铁，而贫钾和钠，粘度较小，流动性较大。

酸性岩浆：富含钾、钠和硅，而贫镁、铁、钙，粘度大，流动性较小。

岩浆岩的分类：（成岩的地质环境）（1）深成岩：岩浆侵入地壳某深处（约距地表3km）冷凝而成的岩石。

由于岩浆压力和温度较高，温度降低缓慢，组成岩石的矿物结晶良好。

（2）浅成岩：岩浆沿地壳裂缝上升距地表较浅处冷凝而成的岩石。

由于岩浆压力小，温度降低较快，组成岩石的矿物结晶较细小。

（3）喷出岩：岩浆沿地表裂缝一直上升喷出地表，这种活动叫火山喷发，对地表产生的一切影响叫火山作用，形成的岩石叫喷出岩。

在地表的条件下，温度降低迅速，矿物来不及结晶或结晶较差。

肉眼不易看清楚。

岩浆岩的产状：是反映岩体空间位置与围岩的相互关系及其形态特征。

由于岩浆本身成分的不同，受地质条件的影响，岩浆岩的产状大致有下列几种：岩基：深成巨大的侵入岩体，范围很大，常与硅铝层连在一起。

形状不规则，表面起伏不平。

与围岩成不谐和接触，露出地面大小决定当地的剥蚀深度。

岩株：与围岩接触较陡，面积达几平方公里或几十平方公里，其下部与岩基相连，比岩基小。

三大类岩石的比较自然界中矿物以一定的规律由一种或多种组成的集合体，称为岩石。

有些岩石是由一些矿物组成，如纯大理岩是由方解石组成；而多数是由两种以上矿物组成，如花岗岩是由正长石、云英和云母等多种矿物组成。

岩石是组成地壳的主要物质成分。

自然界的岩石种类很多，按不同的成因可分为三类，即岩浆岩、沉积岩和变质岩。

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。

沉积岩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、沉积和成岩固结而形成的岩石；变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或变质岩，由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。

地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。

从地表向下16公里范围内火成岩和变质岩的体积占95%。

地壳表面以沉积岩为主，它们约占大陆面积的75%，洋底几乎全部为沉积物所覆盖。

1、三大类岩石的形成成因及其相关作用：（1）、岩浆岩岩浆在地下深处有很高的压力和温度。

当构造运动使岩石圈局部压力降低时，岩浆就向岩石圈压力降低的方向运移。

由于运移途中物理、化学条件的变化，岩浆也不断改变自己的性质和成分，最后岩浆上升到地壳上部或喷出地表，冷凝成岩石。

包括岩浆的形成、运移和冷凝成岩的整个活动过程，称为岩浆作用。

由岩浆冷凝而成的岩石叫岩浆岩，岩浆岩约占地壳总质量的95％，是三大类岩石的主体。

岩浆作用包括喷出作用（火山活动）和侵入作用，分别生成喷出岩（火山岩）和侵入岩。

岩浆喷出地表的活动称为喷出作用，由岩浆喷出作用形成的岩石称为喷出岩。

岩浆喷出物有气体、液体和固体三类：○1气体喷出物。

岩浆在向上运移的过程中，由于压力逐渐降低，溶解在岩浆中的挥发物就以气体形式分离出来而成为岩浆喷发的前导。

气体喷出物以水蒸气为主（一般占60％～90％），还有CO2、S、硫化物以及少量的HCl、HF、NaCl、NH4Cl等。

○2液体喷出物。

喷出地表而逸散了气体的岩浆称为熔浆，由熔浆冷凝形成的岩石称为熔岩。

岩浆岩（火成岩）地球内部呈熔融状态的岩浆喷出地表面，或者上升到接近于地表的不同深度的地壳中，冷却、固化后形成的岩石，称为岩浆岩，又称火成岩。

岩浆是地壳深处和上地幔富含挥发成分的复杂的硅酸盐与金属硫化物、氧化物的熔融体，其中含有挥发性成分（SO2、SO3、H2O、S、F、Cl等）。

另外，岩浆中也含有地壳中的各种元素。

一般认为，上地幔的软流层是岩浆的来源。

岩浆根据其化学成分的不同可分为三类：超基性岩浆，此种岩浆含SiO2很少，一般小于40%，含铁、镁多，含挥发成分少，色暗；基性岩浆，或称玄武岩岩浆，含SiO252-40%，含铁、镁亦较多，但比超基性岩浆少，含挥发性成分较多，色暗；酸性岩浆，或称花岗岩岩浆，含SiO2大于65%，含铁、镁少，含钾、钠、铝多，并含有大量挥发成分，色浅。

岩浆的成分不是固定不变的，常在岩浆运动或凝固的过程中发生变化，也可以由于吸收周围岩石的成分而改变性质。

一、岩浆活动和岩浆岩的产状由于岩浆的温度很高，又在高压的作用下，因此它的内压力很大，具有很大的物理—化学活性。

岩浆可以顺着地壳脆弱地带侵入上部或沿着构造裂隙喷出地表，这种岩浆沿着地壳上层压力减小的方向上升的活动称为岩浆活动或岩浆作用。

根据岩浆的活动情况，可以分为喷出活动和侵入活动两种。

岩浆岩的产状是指岩浆冷凝后所形成的岩体的形态、大小和围岩的关系，以及它形成时所处的构造环境而言。

（一）喷出活动和喷出岩体岩浆冲破上复岩层溢出或喷出地表，甚至喷至空中，这种活动称喷出活动，也叫火山喷发或火山作用。

火山喷发形成各种岩石并构成各种形式的火山。

由喷出活动所形成的岩石叫喷出岩，该岩体称为喷出岩体。

喷出岩体包括：（1）岩盖：喷出地表呈菌形的岩体。

（2）岩流：岩浆沿着倾斜的地面流动，则形成岩流。

（3）岩钟：浓而粘的岩浆由火山口溢出后，形成似钟状的岩体。

（二）侵入活动和侵入岩体岩浆由地壳深处上升，在地壳的不同部位凝固成岩石，这样的岩浆活动，称为侵入活动。

第二章岩石物理性质与岩体结构岩石是组成地壳的自然物体，是经过地质作用而形成的矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。

岩石按成因有三大类型：岩浆岩、沉积岩、变质岩。

岩石的种类不同，其物理力学性质差异较大，加之不同时期、不同强度的构造作用，也就决定岩石力学问题复杂多变。

本章主要介绍：岩石的基本物理性质、岩体结构特点及工程分类。

一、岩石物理性质指标用来描述岩石地某种物理性质地某种数值就是岩石物理性质指标。

1、 容重岩石单位体积（包括岩石孔隙体积）的重力，称为岩石的容重。

表达式：V W=γγ —容重（KN/m 3）W —岩石的重力（KN ）V —岩石的体积（m 3）根据岩石的含水程度不同，岩石容重可分为干容重、湿容重、饱和容重。

干容重 湿容重 饱和容重d γ γ m γ0 天然含水量θ → n （孔隙度）多数岩石 γ 在2.6－2.8KN/m 3之间。

书中P5表1 列出部分岩石的容重。

2、 密度岩石单位体积（包括孔隙体积）的质量， 表达式：VM =ρ ρ —密度（Kg/m 3）M — 岩石质量（Kg ）V — 岩石体积（m 3）容重与密度关系：ργ⨯=8.93、 比 重岩石干的重力除以岩石实体体积（不包括孔隙）,再与4℃时水的容重的比值。

表达式： ws s s V W G γ= G s —岩石比重（无量纲），W s —绝对干燥时的岩石重力（KN ） V s —岩石实体体积（m 3）＝V －孔隙体积w γ—水容重，4℃时等于10KN/m 3岩石的比重取决于组成岩石的矿物比重，大部分岩石的比重介于2.5—2.8之间。

4、 孔隙率岩石中孔隙体积与岩石总体积的百分比称为孔隙率。

表达式：%100⨯=VV n ν n —孔隙率， V ν—孔隙体积（m 3），V —岩石总体积（m 3）∵V ν＝V －V s （岩石实体体积），VW s d =γ，w s ss V W G γ=ws d ss s s s G V W V W V V V V V V V n γγν⋅-=-=-=-==111 5、 岩石含水性岩石天然吸水率岩石的天然吸水率是指干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下岩石吸入水的重力W w1，对岩石干重力W s 之比的百分率。