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岩土钻掘工程学 第一章PPT课件

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【采矿课件】岩土钻掘工程学 共81页PPT资料

【采矿课件】岩土钻掘工程学 共81页PPT资料


4.
最迟在公元前1世纪我们的祖先已开始有组织地钻这
种井来采盐水，同时提取地层深处的天然气用于燃烧和照
明。先民们用传统的方法于清道光6年（1835年）钻成了第
一口超1000m的井，被联合国教科文组织定为19世纪中叶前
的钻井世界纪录。自1835～2019年沿用传统的方法（裸眼
采气、竹管输气）累计产气1.4亿方。
中国钻探科学技术史，刘广志主编， 2019
金刚石钻探手册，刘广志主编， 1991，地质出版社，北京。
钻探设备，杨惠民主编， 1988， 地质出版社，北京。
钻探工程学，屠厚泽主编，1988， 中国地质大学出版社，武汉。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
2.岩土钻掘工程的渊源和发展概况
3.
中国是世界上最早开始进行岩土钻掘工作的国家。
•加深岩心将充满岩心管。 清洁孔底、冷却钻头切削具后，携带岩屑的冲洗液上返 流出孔口，并在沉淀槽、沉淀池中清除掉岩屑后，清洁的
•液体再流回泥浆池，如此循环。 把钻具提至地表，从岩心管内取出岩心。重新配好钻具， 再下放至孔内继续钻进。
钻孔冲洗方式可分为四种方式：
(1) 全孔正循环 (2) 全孔反循环 (3) 孔底局部反循环 (4) 孔底局部正循环
都与钻探工 程的内涵有 关。
岩土钻掘工程学
岩土钻掘工程学
以岩心钻探为例说明基本钻探工艺过程。
•平整场地，挖好循环系统，安装钻塔、钻机、泵和动力
机。
• 按设计的方向开孔，在孔口固定孔口管。 • 根据所钻岩石的物理力学性质、钻头直径、钻头类型和
孔深选择合理的规程参数，一边冲洗钻孔，一边通过给进
•机构、钻柱给钻头加轴向压力和回转速度。 钻头在孔底钻出一个环形空间，并形成岩心，随着钻孔
《岩土钻掘工程学》课件

《岩土钻掘工程学》课件


地下水开发目的： 满足人类生活、 生产用水需求
地下水开发方法： 钻井、抽水、监 测等
地下水开发实例 ：某地地下水开 发项目
地下水开发效果 ：提高地下水供 应能力，改善水 质，减少污染
矿产资源开发实例
矿产资源类型：煤炭、铁矿、铜 矿等
钻掘工程技术：钻探技术、采矿 技术、运输技术等
添加标题
添加标题
添加标题
土的渗透性：土中水通过的能力
土的压缩性：土在外力作用下体积 减小的特性
土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的 能力
土的力学性质
土的强度：抗压强度、抗剪强度、抗拉强度等 土的变形：压缩变形、剪切变形、拉伸变形等 土的渗透性：水在土中的渗透速度、渗透系数等 土的抗冻性：土在低温环境下的抗冻性能、抗冻系数等
01
01
岩土钻掘工程施工技术
岩土钻掘施工方法
钻孔：使用钻机进行钻孔，包 括钻头、钻杆、钻具等
钻孔液：使用钻孔液进行冷却、 润滑、清洗等
取芯：使用取芯器进行取芯， 包括取芯器、取芯管等
岩土钻掘施工技术：包括钻孔、 钻孔液、取芯等步骤，以及钻 孔液的配比、钻具的选择等
钻孔施工过程控制
钻孔设备选择：根据工程地质条 件和钻孔深度选择合适的钻孔设 备
岩石的力学性质
岩石的强度： 抗压、抗拉、
抗剪等
岩石的变形： 弹性、塑性、
脆性等
岩石的稳定 性：抗滑移、
抗倾覆等
岩石的渗透 性：水、气 等流体的渗
透能力
岩石的抗腐 蚀性：抵抗 酸、碱等化 学物质的侵
蚀能力
岩石的物理 性质：密度、 孔隙率、吸
水性等
土的物理性质
土的密度：单位体积内土的质量
土的含水量：土中水的质量与干土 质量的比值 土的孔隙率：土中孔隙体积与土总 体积的比值
最新岩土工程PPT课件

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3．生产方式停留在手工劳动阶段，施工消耗巨大的人力物力，施工周期长，效率低下。著名的历史遗址，如埃及金字塔、中国长城等，每项工程都历时几十年，动用数以万计的劳动力，耗资巨大。 4．建筑材料以天然材料为主，石灰和砖瓦在当时已是最好的人工材料，材料限制了建筑物的高度与体量，对地基承载力的要求一般不高。
第一历史时期 我国夏代大禹治水，分土地为九个等级，从疏导入手，换来九州平安，这是在4 200余年前的一项非凡的防治水患的岩土工程。 约旦西部边境的耶利哥城是世界上现存最古老的城市，已有9 000年的历史；在河南新密市古城寨村发现一座保存相当完好的4 000多年前的古城址，据推测，很可能是黄帝的故都。该城址东南部原为低洼地带，筑城时大面积填土夯实以筑墙基，其最深处达10m之深，墙基宽度大多在60m至100m之间。 由于城市的兴建，道路和桥梁渐渐为人类生活、生产和战争所必需，于是形成了与岩土工程密切相关的又一重要领域。 距今1 300多年的隋朝石匠李春主持修建的赵州石拱桥，是世界桥梁史上一座杰出的名桥，至今保存完好，仍在使用。其桥台设置于密实粗砂层上，若不是当时处理地基得当，何能至今仍在使用。 在河南南阳发现的大规模古石城是战国时代楚国长城的遗址，应是我国最早的长城。在江南，浙江临海保存着始建于东晋(距今1 600余年)的古城墙墙基，长达4 671m，并有7道城门，8座敌台，17座平台，其形态、功能与八达岭长城十分相似。
岩土工程这一术语之所以被我国接受，俞调梅教授认为，“这可能是由于在50年代初期，学习了苏联的文献资料，把通常说的土(砂土、粘土)称之为疏松岩石或疏松土，因此曾经用岩土力学这一名词来代替土力学，而岩土工程这一名词就可能由此产生的”。从上述历史回顾中可以看出，岩土工程是以土力学与基础工程为基本内容逐步发展起来的，同时讲到了要重视工程地质学，也说到了岩石力学的出现与发展。俞词梅教授对从1773年至1982年漫长的200多年岩土工程学科形成的这一回顾言简意赅，阐述了组成岩土工程的三个基本学科的历史关系。
第一章 土石方工程PPT课件

第一章 土石方工程PPT课件


• h挖（填） —方格角点挖或填施工高度绝对值之和；
•
h —方格四个角点施工高度绝对值总和。
➢三角棱柱体法（见教材）
第16页/共126页
（二）场地土方量计算
• 1、计算各方格角点的施工高度 hn ：
hn= Hn－Hn’
• 即：hn=该角点的设计标高—自然地面标高（m）
• h1 =70.32－
+0.23
• V1 ——土在自然状态下的体积。 • V2 ——土经开挖后松散状态下的体积。 • V3 ——土经回填压实后的体积。
• 用途：开挖、运输、存放，挖土回填，留回填松土
第4页/共126页
4、土的含水量
土中水的质量与固体颗粒之比的百分率。反映土的干湿程度。
• 天然含水量
ω＝mw/ms×100％= （G湿-G干）/G干 ×100％
四、土的工程性质 （一）土的组成
由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）组成。 三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同。
（二）土的工程性质
1、土的天然密度
＝m/V；一般 =16~20 KN/m3
2、土的干密度
d ＝ms/V
第3页/共126页
3、土的可松性 天然土经开挖后，其体积因松散而增加，以后虽经回填压实，仍不能恢复原来的 体积。 • 最初可松性系数KS =V2/V1； 1.08~1.5 • 最终可松性系数K‘S=V3/V1； 1.01~1.3
——开挖、行车（25～30%陷车）、边坡稳 定 • 最佳含水量——可使填土获得最大密实度的含水量 （击实试验、手握经验确定）。
第5页/共126页
5、土的渗透性
• 土体被水透过的性质，用渗透系数K表示。
• K的意义：水力坡度（I=Δh/L）为1时，
岩土钻掘工程课件

岩土钻掘工程课件

特点
岩土钻掘工程具有高风险、高投入、高技术含量的特点，需 要综合考虑地质、环境、工程和经济等方面的因素，对技术 和设备的要求较高。
岩土钻掘工程的重要性
资源开发
岩土钻掘工程是资源开发的重要手段，如矿产、石油、天 然气等资源的勘探和开发，需要通过岩土钻掘工程获取地 下信息。
基础建设
在基础设施建设领域，如交通、水利、建筑等，岩土钻掘 工程是必不可少的环节，用于地质勘查、基础施工和地下 空间开发等。
VS
详细描述
孔内事故的发生与地层条件、钻进参数、 钻具质量等因素有关。为了预防孔内事故 的发生，可以采用定期检查钻具、优化钻 进参数、采用孔内加固等技术措施，确保 孔内安全。
钻掘过程中的环境保护问题
总结词
岩土钻掘工程中产生的噪音、振动、粉尘等环境问题是不可忽视的。
详细描述
为了减少岩土钻掘工程对环境的负面影响，可以采用低噪音、低振动的钻机和工艺，加强粉尘治理和 废水的处理，同时合理规划施工场地，减少对周围环境的影响。
02
岩土钻掘工程的基本原理
岩石力学基础
01
02
03
岩石的物理性质
包括密度、孔隙度、含水 量、温度等，这些性质对 岩石的力学行为有重要影 响。
岩石的力学性质
包括抗压、抗拉、抗剪等 强度，以及弹性模量、泊 松比等弹性性质。
岩石的变形与破坏
研究岩石在不同应力水平 下的变形、破裂和失稳行 为。
土力学基础
建设的发展，岩土钻掘工程技术得到了迅速发展和广泛应用。
发展
近年来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，岩土钻掘工程技术也在不断发展。 新型钻探技术和设备的研发和应用，如定向钻进、冲击回转钻进、超声波破碎等，提高 了钻探效率和精度，同时也为岩土钻掘工程的应用拓展提供了更多可能性。未来，岩土
岩土工程勘察精1工程勘察基本技术ppt课件

岩土工程勘察精1工程勘察基本技术ppt课件


安全等级 一级 二级 三级
破坏后果 很严重 严重 不严重
工程类型 重要工程 一般工程 次要工程
精选编辑ppt
2
对于不同类型的工程来说，应根据工程的规模和重要性 具体划分。目前房屋建筑与构筑 物的安全等级，已在国家标 准《建筑地基基础设计规范》GBJ7-89中明确规定。此外， 各产业部门和地方根据本部门(地方)建筑物的特殊要求和经验， 在颁布的 有关技术规范中也划分了适用于本部门(地方)的工 程安全等级，一般均划分为三级。
三、岩土工程勘察
1、可行性研究勘察（选址勘察） 搜集、分析已有资料，进行现场踏勘，工程地质测绘，少量勘探工作，
对场址稳定性和适宜性作出岩土工程评价，进行技术经济论证和方案比较。 2、初步勘察
建筑地段稳定性的岩土工程评价，为确定建筑物总平面布置、主要建 筑物地基基础方案、对不良地质现象的防治工程方案 进行论证。
期间继续进行。
精选编辑ppt
20
随着科学技术的飞速发展，在岩土工程 勘察领域中不断引进高新技术。例 如，工程地质 综合分析、工程地质测绘制图和不良地质现象监 测中遥感(RS)、地理信息系统 (GIS)和全球卫星 定位系统(GPS)即“3S”技术的引进；勘探工作中 地质雷达和地球物理层析 成像技术(CT)的应用等。
第一章 岩土工程勘察基本技术要求
第一节 岩土工程勘察的分级
岩土工程勘察等级划分的主要目的，是为了勘察工 作量的布置。显然，工程规模较大或较重 要、场地地质 条件以及岩土体分布和性状较复杂者，所投入的勘察工作 量就较大。反之则 较小。
岩土工程勘察的等 级，是由工程安全等级、场地和 地基的复杂程度三项因素决定的。首先应分别对三项因素 进行分级，在此基础上进行综合分析，以确定岩土工程勘 察的等级划分。下面先分别论述三项 因素等级划分的依 据及具体规定，随后综合划分岩土工程勘察的等级。
岩土钻掘工程学 第一章 岩芯钻探钻具

岩土钻掘工程学 第一章 岩芯钻探钻具


76
75
61
73
5.0 63.0
59
58.5
45
57
4.5 48.0
46
45.5
32.5
44
3.5 37.0
36
35.5
22.5
34
3.0 28.0
第二节 钻杆柱 drill string/column
一、钻杆柱的功用
１．传递动力
钻压 bit pressure 转矩 rotary torsion
2．作为通道
一、钻探设备的组成
3．钻塔derrick/mast(轻便) 用于升降钻具的构筑物。
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
二、钻机的分类
1．钻机按用途分类 石油天然气勘探与开发钻机 地质勘探钻机 矿山地质钻机 水文地质与水井钻机 工程地质勘察钻机 工程施工钻机
钻探设备中，以钻机作为主机来配备其它设备。
一、钻探设备的组成
1．钻机drill/rig
是进行钻探工作的主要设备。它的功能一般包括两个方面: 带动钻具向地层深部钻进； 通过升降机起、下钻具。
2．泥浆泵及泥浆制备、净化设备 泥浆泵 mud pump/slush pump向孔内输送冲洗液
以清洗孔底、冷却钻头和润滑钻具。 泥浆搅拌机 mud mixer 用于制备泥浆及其它类型的冲洗液。 泥浆净化设备mud purifying device:振动筛和泥浆旋流除砂器。
单根single 立根stand，多为三根
主动钻杆drive pipe/kelly： 孔口钻杆， 与动力机相接 水笼头water swivel： 输送冲洗介质的高压胶管与回转
工程地质与岩土力学1

工程地质与岩土力学1


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工程地质与岩土力学1
第十四章 区域地壳稳定性分析
u 学习指导 u 一、重点掌握 u 1、活断层、地震、水库诱发地震的基本概
念； u 2、场地土质与建筑物的地震反应； u 3、地震区抗震设计的原则。
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工程地质与岩土力学1
u 二、一般了解
u 区域稳定性的概念；区域稳定性的分析方 法，区域稳定性的分级分区评价。
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工程地质与岩土力学1
u 4.土的三个实测指标是（密度）、（比重） 及（含水量）。
u 5.岩石的吸水性常用（吸水率）、（饱和 吸水率）与（饱和系数）表示。
u 6.建筑物建造之前土中应力是（自重应 力），建筑物建造之后由荷载产生的应力 为（附加应力），两者之和是土中某一点 的（竖向总应力）。
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工程地质与岩土力学1
第四章 岩土（体）的物理性质与工 程分类
u 学习指导 u 一、重点掌握 u 1、岩土（体）的变形和破坏规律； u 2、对岩石（体）的物理力学性质、水理性
质等有清晰地认识； u 3、对岩体的稳定性做出合乎实际的分析和
评价。
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工程地质与岩土力学1
u 二、一般了解
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工程地质与岩土力学1
u 二、一般了解
u 地下工程岩土稳定性的影响因素；围岩稳 定性的定量评价与数值模拟及改善地下工 程岩体稳定性的措施等。
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工程地质与岩土力学1
第十三章 动力条件下的岩土体稳定 性分析
u 学习指导 u 一、重点掌握 u 1、沙土地基的液化机理、判别方法； u 2、动荷载作用下岩土的力学特征。 u 二、一般了解 u 弹性波在岩土中的传播。
岩土钻掘工程学—回转钻进用钻头课程课件

岩土钻掘工程学—回转钻进用钻头课程课件

回转钻进和长螺旋干式回转钻进； ② 采用液动、气动孔底冲击器的冲击回转钻进； ③ 钢丝绳冲击钻进； ④ 振动钻进。 使用最广泛的是回转钻进。冲击回转钻进是在回转的基础上
增加孔底冲击载荷；钢丝绳冲击钻进主要用于水井施工；振 动钻进、长螺旋干式回转钻进主要用于在土壤和软岩中打浅 孔（工程施工）。
2020/11/22
2020/11/22
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 岩土钻掘工程学
上式表明：
h0
Py bH y tg
塑性岩石的切入深度h0与轴向力Py成 正比，而与切削具的刃角β、刃宽b、 岩石的压入硬度Hy成反比。
虽然β角越小切削具刃尖切入岩石越 容易，但如果β很小则切削具会很快崩 裂，实际上β角的最小值为45°～50°。
水井、工程施工孔和浅井。
2020/11/22
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 岩土钻掘工程学
0、硬质合金钻进的基本概念与特点
1、硬质合金钻进的基本概念 利用镶焊在钻头钢体上的硬质合金切削具作为碎岩的 工具，这种钻进方法称为硬合金钻进。 硬合金钻进是岩土钻掘工程中的一种主要钻进方法， 它用于软岩层及中硬岩层的钻进（1—4级软的沉积岩、 中硬的5—7级及部分8级岩浆岩和变质岩）。
设钻进的初始钻速为 v0=A/S02，上式可写成：
v2t 2
v0 (1 k0t)2
式中： k0——钻速下降的特征系数，k0=θ/S0。 钻头在t时间内
总进尺为 H
t
0 vmdt
得到
2020/11/22
vm v0 (1 k0t)
第一节 硬质合金钻进孔底碎岩过程 岩土钻掘工程学
2020/11/22
第二节 硬质合金钻头
岩土钻掘工程学
一、取心式硬质合金钻头结构要素
国家课程岩土钻掘工程学土样与岩矿心的采取课件

国家课程岩土钻掘工程学土样与岩矿心的采取课件

第七章 土样及岩矿心的采取
国家精品课程
岩土钻掘工程学
第一节 土样的采取（另一门课程将展开，自习）
第二节 岩矿心采取
钻探工程是获得实物地质资料的唯一手段，直接影响着判断 地质构造、岩层性质、矿产资源及水文地质与工程地质的准 确性与可靠性。 对提交地质调查及矿产储量有重要意义；
工程地质勘察中取岩土样，了解地层的物理力学性质； 抽心验桩时，取心样以检查桩基的质量； 硬岩层中钻大直径钻孔时，为提高钻速也可采取取心钻进以
绳索取心钻具配套设备较多，一次性投资较大。 地质条件：适于各种地层，在6~9级中硬岩层中效果最好。
一般不宜钻10~12级岩石。这时钻效极低，钻头极易磨损， 不能充分发挥绳索取心钻进的优越性。
绳索取心与液动冲击器相配合，钻进硬地层有良好的前景。 绳索取心一般在深孔中采用。通常钻孔越深其经济技术效果
岩土钻掘工程学
双管钻具结构特点
为减弱机械力对岩 心破坏，钻具中设 置避振缓冲装置.
为减轻对岩心冲刷 作用，钻具中设置 隔水和分流装置.
为防止或缓解岩矿心互磨，双管钻具中增加减磨防磨装置. 为防止岩矿心污染，设置隔浆活塞、压入式内管钻头、密封
装置等.
为防止岩矿心脱落，设置爪簧、压卡装置、隔水球阀等.
倒，影响岩矿心的完整性，歪曲岩矿心的层次。
三、岩矿心取心难度分类
根据我国目前钻探工作所遇到的岩矿层，可大致分为五 类。是研究选用取心方法和工具的依据（表7-2）。
2024/3/3
国家课程岩土钻掘工程学——土样与岩 矿心的采取课件
第七章 土样及岩矿心的采取
国家精品课程
岩土钻掘工程学
第三节 常用取心工具及方法
2024/3/3
国家课程岩土钻掘工程学——土样与岩 矿心的采取课件
岩土工程勘察-第一章-绪论PPT课件

岩土工程勘察-第一章-绪论PPT课件


17.公路工程地质勘察规范【JTJ 064-98】
18.公路土工试验规程释义手册【JTG E40-2007】
19.公路路基设计规范【JTG D30-2004】 20.公路工程抗震设计规范【JTJ 004-89】
21.公路隧道设计规范【JTG D70-2004】
22.铁路工程地质勘察规范【TB 100122001】
第25页/共40页
我国的岩土工程师执业资格制度
我国的岩土工程自1986 年实行岩土工程体制以 来，取得 了很大进步。随着各类工程建设规模愈来 愈大，活动范围愈来愈广，工程难度也日益增大， 这就要求我们不断提高岩土工程技术水平。
从20世纪末，我们国家决定实行注册土木工程 师（岩土）执业资格制度，规定注册岩土工程师必 须经过全国统一考试，合格后才能获得执业资格， 并于2002年开始了定期考试。
它是由土木工程、地质、力学和材料科学等多 学科相互渗透、融合而形成的边缘学科。就学科的 内涵和属性来说，岩土工程是一门服务于工程建设 的综合性和应用性都很强的技术学科，属土木工程 范畴。
第9页/共40页
二、岩土工程勘察的特点和任务
据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）： 岩土工程勘察是指根据建设工程的要求，查明、 分析、评价场地的地质、环境特征和岩土工程条件， 编制勘察文件的活动。
第6页/共40页
第7页/共40页
对地下工程而言，岩土体既是建筑材料，又是工 程结构和建筑环境。它的岩土工程问题更为复杂和 多样，诸如围岩稳定、施工开挖、涌水、瓦斯爆炸 等，尤其是在复杂地质条件下大埋深、大跨度、高 边墙的地下工程，上述问题更具特殊性。
第8页/共40页
岩土工程学科
岩土工程以工程地质学、土力学、岩体力学和 基础工程学为理论基础，以解决在建设过程中出现 的与岩体和土体有关的工程技术问题，是一门地质 与工程紧密结合的学科。

石油钻井工程基础知识课件ppt


2021/3/10
5
⑴ 井深计算
井 深＝钻具总长+方入
钻具总长＝钻头长度+接头长度+钻铤长 度+钻杆长度
⑵ 方入的计算
到底方入＝井深-钻具总长
整米方入＝新钻杆到底方入+前一根单根 打完时的井深与其紧邻的整米井深之差 值
2021/3/10
6
⑶ 记录方法
就是将钻时、接单根、停钻、停泵、 变泵等一些情况详细记录在钻时记录表 上。钻时的变化能反映地层的坚硬或松 散程度。根据钻时的大小可以粗略地判 断岩性和进行地层对比。根据钻时记录 绘制钻时曲线，并结和有关地质资料， 对地层、岩性、含油气等情况进行综合 分析。
⑶砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和 井壁垮塌。
⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角 较大者也易发生井斜。
⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、 盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。
2021/3/10
4
二、钻井中地质录井工作
1、钻时录井
概念：是通过计时器把实钻一个规定 的单位进尺的时间反映并记录下来的过 程，一般用“分／米”表示。
⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石 的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破 碎强度的大小。
2021/3/10
2
2、岩石性质对钻井的影响
其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头 进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、 卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性 能变坏，井径不规则，进而影响到测井、 固井等。
• 4、固相含量高，钻井液的流变性难以控 制，且流阻大，功耗多，钻井效率低。
• 5、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械 设备的磨损。
• 6、在固相含量高时，钻井液受外界影响 大且敏感（如对温度、各种污染物等的 影响变大）。

电子课件-《掘进与支护(第二版)》-A10-3048 第一章 岩石性质与工程分级ppt

因此，由于成分和胶结物不同以及各种弱面的存在，使这类 岩体表现为非均质性、各向异性。
2020/3/22
6
2．裂隙性
沉积岩体在成岩过程中，形成各种原生裂隙。成岩以后， 由于地壳运动和外力（风化、地下水等）作用，使岩体产生错 动、断裂，形成各种次生裂隙。天然岩体，总是被这样或那样 的裂隙分割成大小不等的块体，所以也可把岩体称为多裂隙体。 常以孔隙度（率）表示：
单位体积岩石所具有的质量称为密度，用 表示：
M
V
式中 —岩石的密度，kg/ m3
M—岩石的质量，kg
V—岩石的体积，m3。
2020/3/22
8
5、岩石的碎胀性
岩石的碎胀性 岩石破碎后因岩块间空隙增多而总体
积增大的性质称为碎胀性。碎胀程度的大小可用碎胀系数表 示。
K V1 V
K—岩石的碎胀系数；
⑵同种岩石强度并非常数；
⑶不同受力情况下，岩石的极限强度相差悬殊。
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>单； 向抗剪强度>单向抗弯强度>单向抗拉强度。
2．岩石的硬度
岩石的硬；度，一般理解为岩石抵抗其他较硬物体侵入的能 力。硬度与抗压强度既有联系又有区别。对于凿岩而言，岩石 的硬度比岩石单向抗压强度更具有实际意义，因为钻具对孔底 岩石的破碎方式多数情况下是局部压碎，所以，硬度指标更接 近于反映钻凿岩石的实质和难易程度。
掘进与支护
第一章 岩石的性质与工程分级
2020/3/22
1
概述
基本概念
1. 岩石 组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定
规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。 2. 岩块 从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地
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固性系数
第一节岩石的物理力学性质概述
国家精品课程
岩土钻掘工程学
○、岩石的组成与分类
岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无 机物质。根据其成因，岩石可分为三类：
1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处 的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。
2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩 或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结 等成岩作用而形成的岩石。。
08.11.2020
中国地质大学勘察与基础工程系
第一节岩石的物理力学性质概述
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岩土钻掘工程学
2. 粘结性岩石 粘结性岩石由粘土矿物或主要由粘土矿物粘结的碎屑岩细 粒组成，特征： ① 湿润条件下，被破坏之前可以有大的残余变形； ② 质点间的内聚力，随湿润不同可在很宽的范围内变化； ③ 在粘结状态被破坏后，可采取高压和增湿的办法使其 内聚力得以恢复； ④ 某些粘结性岩石（粘土岩、白垩）在湿润状态下具有 膨胀性，易造成孔（井）壁缩径或坍塌。
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岩土钻掘工程学
课 时： 60 学时 教 材：《岩土钻掘工程学》 主讲人：鄢泰宁（教授）
勘查与基础工程系 2007-9-10
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第一章 岩土的物理力学 性质及其破碎机理
一、岩石的物理力学性质概述 二、土的物理力学性质特征 三、岩石在外载作用下的的破碎机理 四、岩石的可钻性及可钻性指标及坚
岩石的物理性质是由岩石的组成结构所表现出来的性 质。岩石的物理性质有很多，本节主要研究影响岩石破碎 过程的物理性质，如粘结状态、孔隙度、密度、结构和构 造等。
岩石的力学性质是在外载作用下才表现出来岩石抵抗 变形和破坏的能力。如强度、硬度、弹性、脆性、塑性和 研磨性等。
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
五、岩石的强度
1、岩石的强度的基本概念 岩石在载荷作用下抵抗破坏的能力。破坏前所能承受的最大 载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度 2、岩石的强度的类型 （1）根据受力条件，岩石的极限强度可分为抗压强度、抗拉 强度、抗剪强度等； （2）根据应力状态，岩石强度可分为单向、两向、、三向应 力状态下的强度； （3）根据加载速度，有静载强度和动载强度。
V
V cV P 1kP
岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。一般沉积岩具有高的孔隙
度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。
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第二节 岩石的物理力学性质
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三、岩石的密度与容重
1、岩石的密度ρs ：岩样的质量m与其总体积V之比。均质物
质的密度为质量与体积之比。
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
碎屑岩的胶结形式也对岩石的力学性质有着显著影响。沉 积岩通常具有层状构造，它是由层理决定的。层理反映岩 石在垂直方向上成分的变 化，即岩石颗粒大小在垂直方 向上的改变，不同成分颗粒的交替，或者某些岩石颗粒的 定向
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3. 松散性岩石
松散性岩石由相互之间无粘结性的不同形状与尺寸的细粒 （砂、砾石、卵石、漂砾等）聚集 而成。在这类岩石中 钻掘的同时必须加固孔（井）壁，以防止坍塌。
4. 流动性岩石
流动性岩石（流砂层）由含水的砂质粘土类岩石（细砂、 亚砂土）组成。当砂粒之间存在着极细小的粘土颗粒时， 这类岩石具有较强的流动性。如果位于上覆岩层形成的高 水头压力 之下，则流砂会沿着钻孔上涌。因此在这类岩 石中施工必须一边钻掘一边加固孔（井）壁。
变质岩是在高温高压下生成的，一般具有晶体结构、片理 状构造。所谓片理就是岩石沿平行 平面分裂为薄片的能 力。片理也会引起岩石的各向异性。
用各向异性系数来表征岩石在不同的方向上力学性质的差
Ka=x‖/x⊥
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
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二、岩石的孔隙比与孔隙度
1、岩石的孔隙比kP：岩石中的孔隙体积VP与岩石中固相骨 架的体积Vc 之比
kP=VP/Vc
2、岩石的孔隙度P：岩石中的孔隙体积VP与岩石总体积V 的
百分比 PV P 1% 0 0 V P 1% 0 0kP 1% 00
一、岩石按粘结状态的分类
1. 坚固岩石：
通常具有高硬度，岩石破碎后其矿物质点之间的分子连接 力都不会恢复。坚固岩石分含石英和不含石英两类，前者 硬度高，难以钻掘。通常在生产中会遇到无裂纹和裂隙性 两种坚固岩石。在完整的坚固岩石中施工时，孔（井）壁 稳定不必加固，而在强裂隙性岩石中穿过的孔（井）壁 必须加固。
3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身 在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的
岩石。
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岩土钻掘工程学
一般而言：金属和非金属矿床一般赋存于岩浆岩和变质岩中， 煤和石油等可燃性矿产通常与沉积岩共存。
s
m V Vc
m VP
2、岩石的容重γ.11.2020
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岩土钻掘工程学
四、岩石的结构和构造
岩石结构说明岩石的微观组织特征。与矿物颗粒的大小、形 状和表面特征有关，反映岩石的非均质性和孔隙性。
岩浆岩主要具有块状结构，其构造特征对钻掘破碎岩石没有 显著影响。
沉积岩的成因广泛，故其结构也比较复杂。碎屑岩具有碎屑 结构，按碎屑的大小可分为
砾状结构（碎屑直径＞2mm）、 粗粒结构（碎屑直径1~2mm）、 中砂结构（碎屑直径0.1~1m m）、 粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm）。。