岩石的分类及性质
- 格式：ppt
- 大小：6.93 MB
- 文档页数：72
下载文档原格式
合集下载
岩石力学
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。
岩石及岩体的基本性质
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异很大，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。
岩石的物理性质及分类
降值与融冻试验前的抗压强度σc之比的百分比代表抗 冻系数Cf ，即
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
五、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完 整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一 般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩 石的质量，相应的重度即为干重度。
Ws d V
（g/cm3） (kN /m3)
d d g
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ）和饱和重度(γw)
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；
3、了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§2－1 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。
一、密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩 石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体 积在内的体积。
Id2 m r W2 W0 100% m d W1 W 0
5、岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是
评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
岩石的抗冻性用抗冻系数Cf 表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
五、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完 整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一 般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积岩 石的质量，相应的重度即为干重度。
Ws d V
（g/cm3） (kN /m3)
d d g
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ）和饱和重度(γw)
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；
3、了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§2－1 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。
一、密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩 石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体 积在内的体积。
Id2 m r W2 W0 100% m d W1 W 0
5、岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是
评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
岩石的抗冻性用抗冻系数Cf 表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，
第一章岩石的性质及其工程分级
2、影响岩石性质的因素有哪些?
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
岩石类知识点总结归纳
岩石类知识点总结归纳一、岩石的分类地球上的岩石可以大致分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类，它们各自有着自己独特的形成过程和特点。
1. 火成岩火成岩是由地下熔岩在地表或地下冷却凝固而形成的岩石。
根据岩浆凝固的地点、速度和环境不同，可以分为深成岩和浅成岩两类。
（1）深成岩：深成岩是在地壳深部形成的岩石，其凝固速度较慢，结晶度高，晶粒明显，例如花岗岩、辉石岩等。
（2）浅成岩：浅成岩是在地表或浅部形成的岩石，凝固速度较快，结晶度低，晶粒细小，例如玄武岩、安山岩等。
2. 沉积岩沉积岩是由岩屑、有机物等在沉积作用下，经过压实、胶结而形成的岩石。
它是地球表面最为广泛的岩石类型，包括砂岩、页岩、煤等。
3. 变质岩变质岩是原有的岩石在高温、高压等条件下经历了变质作用而形成的岩石。
变质作用通常发生在岩石的深部，包括片岩、云母片麻岩、大理岩等。
二、岩石的成因不同类型的岩石具有各自独特的形成过程和成因。
1. 火成岩的成因火成岩是从地球内部升华或熔化的物质凝固而成。
其成因主要包括玄武质岩熔融、沉积岩熔融、地壳物质的再结晶等。
2. 沉积岩的成因沉积岩是由岩屑、生物残骸等在沉积过程中经受水、风、冰等力量的作用而形成的。
其成因主要包括机械沉积、化学沉积和有机沉积等。
3. 变质岩的成因变质岩是在高温、高压等条件下，原有岩石发生了结晶、融化等变质作用而形成的。
其成因主要包括热液变质、区域变质和动力变质等。
三、岩石的特征不同类型的岩石具有各自的特征，这些特征是我们进行岩石鉴定和研究的重要依据。
1. 火成岩的特征火成岩的特征包括晶粒结构、矿物成分和斑晶等。
晶粒结构主要有玻璃质、细粒、晶粒状等形态，矿物成分主要包括石英、长石、斜长石、黑云母、白云母等。
2. 沉积岩的特征沉积岩的特征包括层理、颗粒度和化石等。
层理主要反映了沉积过程中的沉积结构和沉积环境，颗粒度反映了岩石的颗粒大小和分布，化石则反映了沉积岩的年代和古生态环境。
3. 变质岩的特征变质岩的特征包括岩石的结构、矿物组成和构造特征。
岩石物理、化学性质及其分类
第一章
主要内容
岩石性质及其分类
1.1 岩石的物理性质 1.2 岩
1 岩石的孔隙度η
岩石的物理性质
η为岩石中孔隙总体积V0与岩石的总体积V之比，
用百分率表示。
V0 V 100%
2 密度ρ和容重γ
密度ρ:不包括孔隙在内的岩石密度。(g/cm3)
M V V0
坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗 岩、黄铁矿 一般的砂岩、铁矿 砂质页岩、页岩质砂岩
Ⅴ
中等
坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩
4
Ⅴa
Ⅵ Ⅵa Ⅶ Ⅶa Ⅷ Ⅸ Ⅹ
中等
较软弱 较软弱 软弱 软弱 土质岩石
各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩
软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石 膏、冻土 碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等
3）磨蚀性
岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。
4）凿岩性
岩石被凿碎的难易程度：用每米炮眼所消耗
的钎头数，纯凿速，比能三指标表示
5）爆破性 表示岩石被爆碎的难易程度：用单位原岩的
炸药消耗量和所需炮眼长度表示。
第三节
1 普氏分级法
岩石的分级
1）基本观点 是岩石的坚固性所综合上述各特性趋于一 致，即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 2）分级方法 用坚固性系数f来大致概括，作为分级的根 据。f=R/10,或 共分10级。
图1-2 冲击载荷与时间的关系
②岩石变形不均匀，质点运动速度不一致
即岩石中各质点不是以一致速度运动，岩石不是均匀地 变形，这是与静载作用根本区别所在。如图1-3。 运动与变形首先开始
于受冲击的端面，端面处
质点受到扰动后，产生变 形和应力，由于质点间的
主要内容
岩石性质及其分类
1.1 岩石的物理性质 1.2 岩
1 岩石的孔隙度η
岩石的物理性质
η为岩石中孔隙总体积V0与岩石的总体积V之比，
用百分率表示。
V0 V 100%
2 密度ρ和容重γ
密度ρ:不包括孔隙在内的岩石密度。(g/cm3)
M V V0
坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗 岩、黄铁矿 一般的砂岩、铁矿 砂质页岩、页岩质砂岩
Ⅴ
中等
坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩
4
Ⅴa
Ⅵ Ⅵa Ⅶ Ⅶa Ⅷ Ⅸ Ⅹ
中等
较软弱 较软弱 软弱 软弱 土质岩石
各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩
软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石 膏、冻土 碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等
3）磨蚀性
岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。
4）凿岩性
岩石被凿碎的难易程度：用每米炮眼所消耗
的钎头数，纯凿速，比能三指标表示
5）爆破性 表示岩石被爆碎的难易程度：用单位原岩的
炸药消耗量和所需炮眼长度表示。
第三节
1 普氏分级法
岩石的分级
1）基本观点 是岩石的坚固性所综合上述各特性趋于一 致，即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 2）分级方法 用坚固性系数f来大致概括，作为分级的根 据。f=R/10,或 共分10级。
图1-2 冲击载荷与时间的关系
②岩石变形不均匀，质点运动速度不一致
即岩石中各质点不是以一致速度运动，岩石不是均匀地 变形，这是与静载作用根本区别所在。如图1-3。 运动与变形首先开始
于受冲击的端面，端面处
质点受到扰动后，产生变 形和应力，由于质点间的
1.1岩石的性质及其分级
密度（g/cm）
2.6~2.7 2.8~3.0 2.85~3.0 2.71~2.85 2.5~2.6 2.58~2.69 2.2~2.4 2.3~2.7 2.9~3.0 2.6~2.7 2.65~2.9 1.6~2.1 1.5~1.7
容重（t/m3）
2.56~2.67 2.75~2.90 2.8~2.9 2.46~2.65 2.3~2.4 2.47~2.56 2.0~2.3 2.1~2.57 2.65~2.85 2.5 2.54~2.85 1.6~2.0 1.4~1.6
视频1
视频2
ρ不包括孔隙在内的岩石密度。
M
V
V0
γ包括孔隙在内的岩石单位体积重 量，也称岩石的体重。
G V
视频1 视频2
岩石的孔隙度、密度、容重主要影 响岩石的抛掷、堆积和装运。 一般来说，密度和容重越大，就越 难破碎，在抛掷爆破时需消耗较多的能 量去克服重力的影响。 几种岩石孔隙度、密度、容重 见表1-1。
第1章 岩石的性质及其分级
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩石的分级
凿岩爆破的对象是岩石， 正确认识岩石的相关性质，并 在此基础上对岩石进行分级， 能为爆破设计、施工、制定生 产定额以及成本核算等提供依 据。
1
岩石的矿物成分和组织特性
1）矿物成分 三大类岩石(侵入岩、沉积岩、变质 岩)具有不同的矿物成分，含有方解石 CaCO3，长石K[AlSi3O6]，硅酸盐和氧化 物(SiO2)的岩石硬度高，如花岗岩、玄武 岩；含泥质矿物的岩石硬度低，如石炭 岩、泥页岩等。 硬度高低对凿岩效果有重要影响。
视频1 视频2
2）岩石的结构构造 结构 矿物晶粒的形状及晶粒之间的连结。 一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越 大，凿爆越难，沉积岩还与胶结成分有关； 硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不 同。
岩石的基本物理性质以及工程分类
(1）吸水率：岩石的吸水率（a）是指岩石试件在大气压力条件下自 由吸入水的质量（mw1）与岩样干质量（ms）之比，用百分数表示，岩石 的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。
mW 1 100% ms
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 饱和吸水率
岩石的饱和吸水率（ ρ ）是指岩石在高压（一般压力为 15Mpa ）或真 空条件下吸入水的质量（ mw2）与岩样干质量（ ms ）之比 ,用百分数表示，
VV V
d *100%=(1- s
)100%
（1-4） （1-5） （1-6） （1-7） （1-8）
VV 0 V VVb V VVa V VVc V
*100% *100% *100%=n0-nb *100%=n-n0
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质：
岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水 性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。 1) 岩石的吸水性 岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常 用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。
Kh Rcw Rc
（1-13）
KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：岩石的软化性取决于岩石的 矿物组成与空隙性。 当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用冻融系数和质量损失 率来表示。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的膨胀性 岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。 大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，这是因为岩石中的矿物 亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有绢云母、石墨和 绿泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能 渗进片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也会引起岩石体积增大。 岩石膨胀大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可通 过室内试验确定。目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪的方法测 定岩石的膨胀性。
mW 1 100% ms
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 饱和吸水率
岩石的饱和吸水率（ ρ ）是指岩石在高压（一般压力为 15Mpa ）或真 空条件下吸入水的质量（ mw2）与岩样干质量（ ms ）之比 ,用百分数表示，
VV V
d *100%=(1- s
)100%
（1-4） （1-5） （1-6） （1-7） （1-8）
VV 0 V VVb V VVa V VVc V
*100% *100% *100%=n0-nb *100%=n-n0
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质：
岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水 性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。 1) 岩石的吸水性 岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常 用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。
Kh Rcw Rc
（1-13）
KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：岩石的软化性取决于岩石的 矿物组成与空隙性。 当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用冻融系数和质量损失 率来表示。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的膨胀性 岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。 大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，这是因为岩石中的矿物 亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有绢云母、石墨和 绿泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能 渗进片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也会引起岩石体积增大。 岩石膨胀大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可通 过室内试验确定。目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪的方法测 定岩石的膨胀性。
地质学：岩石的工程性质及工程分类
岩石的释荷
岩 石从 地 下 深 处 变 到 地表 条 件 时 由 于 上 覆静 压 力 减 小 而 产 生张 应 力 形 成 一 系 列与 地 表 平 行 的 宏 观和 微 观 的 内 部 破 裂面 。 形 成 这 种 裂 隙构 造 的 作 用称为剥离作用。
在物理风化作用强烈的地区，其结果是在陡坡、山 麓和沟谷中产生大量的危石、碎石和岩屑，这是造成崩 坍、落石、泥石洪流的基本条件。
岩浆岩：（酸性岩＞基性岩）
变质岩：（浅变质＞深变质）
2．矿物成分
岩浆岩抗风化能力的强弱与矿 橄榄石 ↓ 基性斜长石 物从岩浆中分异出来的顺序相反。 辉石 ↓ ↓ 单矿岩的抗风化能力强于复矿 中性斜长石 角闪石 岩； ↓ ↓ 浅色矿物（如正长石）抗风化 黑云母 酸性斜长石 ↙ ↘ 能力强于暗色矿物（如：橄榄石 正长石 等）。 ↓ 同种元素在不同的矿物中抗风 化能力不同。如石灰岩中的Ca易风 化，而斜长石中的Ca相对难风化。 白云母 ↓ 石英 抗 风 化 能 力 增 强
ds=ρs /ρw
孔隙比（e）与孔隙度（n）
e n ; 1 e n e 1 n
裂隙率（KT） ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
常见岩石的比重 (2.60~2.90)
岩石名称 花岗岩 比 重 2.50~2.84 岩石名称 泥灰岩 比 重 2.70~2.80
流纹岩
凝灰岩 闪长岩 斑岩
2.65左右
回弹强度： 用回弹仪弹击岩石面获得
回弹值，再由回弹值换算成抗压强度。
3、岩石破坏形式：
脆性破坏（没有明显变形突
然破坏）
塑性破坏（破坏前变形较大 ）
二、风化作用
地表及地面以下一定深度的岩石，在气温
变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用 下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎和矿物成分 的改变，丧失完整性的过程。
岩石的工程性质与分类
c ——内聚力，MPa。
当 0 ，即岩石受剪切时无法向压应力作用，只有内聚力抵抗剪切，此时抵抗剪切的最大
能力为 c ，称其为抗切强度。当岩石试样中已存在一个光滑、平直的裂开面并在此裂面上有
法向压应力 作用时，若沿裂面进行剪切，c 0，抵抗剪切的只有岩石裂面间的摩擦阻力，此时
抵抗剪切的最大能力为 tan，称其为抗剪（摩擦）强度。通常应用最广泛的是抗剪强度。
IS 的用途包括：直接用 IS 作为岩石强度分类的指标；通过不同的换算系数，把 IS 换算为单 轴抗压或间接抗拉等其他强度参数；用点荷载试验求得各种风化岩石的 IS 值。
图1-4 点荷载试验图
2）岩石的变形特性 岩石受力后的变形过程一般可分为压密变形、 弹性变形及破裂变形三个阶段。研究岩石变形规 律通常通过试验方法获得岩石的应力—应变曲线， 从而得到表示岩石变形特性的指标：变形模量、 弹性模量和泊松比。 （1）变形模量与弹性模量 变形模量 E0 是指岩石在单轴压缩条件下轴
向应力 与轴向应变 之比，即 E0 / 。在
一般情况下，岩石破坏前的应力—应变曲线如图 1-5所示。
图1-5 岩石的应力—应变曲线
（2）泊松比
岩石在单轴压缩条件下，横向应变1 与轴向应变2 之比称为泊松比 ，即 1 /2 。
表1-7列出了常见岩石的变形指标数值。
表1-7 常见岩石的变形指标数值
掩饰的抗冻性
岩石抵抗冰冻破坏 的性能称为抗冻性。
岩岩石抵抗外力作用的性质称为石的力学性质，它主要包括岩石在外力作用下的强度和变形 特性两大方面。
1）岩石的强度特性 岩石在外力作用下发生变形，随着外力不断增大，变形也不断加剧，岩石内个别地方开始出 现微裂隙。如果外力继续增加，达到或超过某一数值，微裂缝扩展连通形成破裂面，岩石变形就 转化为岩石破坏。岩石在达到破坏前所能承受的最大应力称岩石的强度。 表示岩石强度的指标有单向外力作用下的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度；还有 双向、三向外力作用下的岩石强度等。此外，若试验条件和方法不同，如试样的尺寸和形状、加 载速度、试样端部的约束条件、试样含水情况等不同，得到的强度值也不相同。目前，最常用的 是根据试验规范的规定通过室内试验获得的单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度。近年来，点荷 载强度也得到日益广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含
孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物
密度及其含量。
颗粒密度
s
ms Vs
固体部分质量 固体部分体积
(一) 岩石的密度
2. 岩石的块体密度
是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态， 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指岩石的天 然密度。
《岩土工程勘察规范》分类
坚硬程 度
坚硬岩
较硬岩
较软岩
饱和单
轴抗压 强度，
>60
30-60 15-30
MPa
软岩 5-15
极软岩 <5
岩体的工程分类
岩石：是固态矿物或矿物的混合物，由一种或多 种矿物组成，具有一定结构、构造的集合体。
岩体：含有结构面的原生地质体，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。特点：显著的不连续性。
密度(g／cm3) 2.37～2.75 2.75～2.80 2.59～3.06 2.70～2.90 2.75左右 2.72～2.84
(二) 岩石的孔隙特性
孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多 用百分数表示)。 裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总 体积之比称裂隙率。 孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于相对松 散土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。 一般岩石的孔隙度在10%-35%之间。
完整岩块的工程分类
编号 I
单轴饱和 类别 抗压强度
(MPa)
代表性岩石
中细粒花岗岩，花岗片麻岩，闪长岩， 硬质岩 > 80 辉绿岩，安山岩，流纹岩，石英砂岩，
硅质灰岩，硅质胶结砾岩
II
中等坚 硬岩
30-80
灰岩，大理岩，白云岩，砂岩，钙质砾 岩，板岩
泥质岩，泥质灰岩，部分凝灰岩，绿泥 III 软质岩 < 30 石片岩，千枚岩
石油工程岩石力学
Petroleum Engineering Rock Mechanics
教 师：李相臣 电子邮箱：li_xiangchen@
课程回顾
一个意义：为什么学习岩石力学？ 两个定义
岩石力学的定义 岩石的定义
一个特点：岩石力学研究对象的特点 一个方法：研究岩石力学的方法
各向异性地层
裂缝发育的 破碎性地层
层理发育 的各向异 性地层
岩石的组构特征
岩石的主要胶结类型：
基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体中， 这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关。
接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结 程度低，岩石强度也不大。
间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶 结物充填。
d
ms V
d=dry
sat
msat V
sat=saturated
m
V
常见岩石的密度
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
沉积岩的分类
碎屑沉积岩：砾岩、砂岩、粉砂岩、泥页岩 化学沉积岩：石灰岩、白云岩、燧石、蒸发岩 生物沉积岩：煤、石灰岩
岩心照片
砾岩
岩心照片
致密细砂岩
岩心照片
泥岩
岩心照片
硬脆性泥页岩
岩心照片
盐膏岩
4 岩石的工程分类
以工程实用为目的的岩石类型划分叫岩石的工程 分类(岩体的工程分类)。主要目的是指导工程技 术人员合理选择工程布局及技术处理方法。
5.岩石的崩解性
崩解性：岩石被水浸泡，内 部结构遭到完全破坏呈碎块 状崩开散落的性能。具有强 烈崩解性的岩石和土，短时 间内即发生崩解。 我国西北地区的黄土，在水 中浸泡一天左右即崩解，西 南某地风化钙泥质粉砂岩置 于水中仅十多分钟就全部崩 解了。
(四)岩石的热理性质
岩石的热理性是指岩石温度发生变化时所表现出 来的物理性质。（热胀冷缩）
RQD 115 3.3Jv
当Jv<4.5时，RQD取100。
根据RQD的岩体质量分级
RQD
岩石质 量描述
等级
<25 很差
I
25-50 差 II
50-75 一般 III
75-90 好 IV
>90 很好
V
第二节 岩石的物理性质
岩石的物理性质：
物理性质：物质不需要经过化学变化就表现出来 的性质叫做物理性质。 颜色、气味、形态、熔点、硬度、导电性等
裂缝性 地层
裂缝性地层扰动 产生剪切位移造
成套管变形
裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象
剪切位移引起的井眼形状变化
X方向井径降低
X
剪
Y
切
错
动
方
向
Y方向井径增加
不同剪切位移 方向的井眼形 状
井下电视测井观测到：
裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象
井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移 的情况
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
泊松比随含水量 的变化情况
弹性模量随 含水量的变 化情况
内摩擦角随 含水量的变 化情况
粘聚力随含 水量的变化 情况
3.岩石的抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
抗冻系数(Rd)：岩石试件经反复冻融后的干抗 压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用 百分数表示。
岩石质量指标RQD
岩石质量指标RQD (Rock Quality Designation):长度 大于10cm的岩心长度之和 与钻孔总进尺的百分比。
(迪尔，1964.)
RQD求取的经验方法
1) RQD与裂隙频率Kd之间存在以下关系：
RQD 100e0.1kd (0.1kd 1)
2) RQD与单位体积岩石中的节理总数Jv之间存在 以下关系：
Rd
c2 c1
100 %
3.岩石的抗冻性
质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1－ ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示。
Km
ms1 ms2 ms1
100%
Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高 吸水率Wa＜5％、软化系数KR＞0.75，饱水系数小于
硅酸盐类矿物
组成岩石的矿物
粘土矿物 碳酸盐类矿物
氧化物类矿物 组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决 定着岩石的力学性质
岩石的组构特征
2.岩石的结构
岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列 方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在 岩块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与 胶结连结。 颗粒大小 强度：细粒 ＞ 粗粒 颗粒形状 强度：粒状、柱状 ＞ 片状 ＞ 鳞状 排列形式 强度：等粒 ＞ 不等粒
0.8的岩石，抗冻性高。
4.岩石的膨胀性
膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏 的性能称膨胀性。
一般含有粘土矿物的岩石均具有—定的膨胀 性，特别是含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最 大。 在铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑将 造成严重危害。 钻井工程中，钻遇膨胀性岩石容易导致井眼 缩径、井壁坍塌等问题。
流纹岩
气孔状构造
杏仁状构造
沉积岩中的层理构造
白云钾长片麻岩
岩石的地质类型划分
1.岩浆岩：是由岩浆凝结形成的岩石。 2.变质岩：矿物成分、结构发生变化形成的岩石。 3.沉积岩：搬运、沉积、成岩作用而形成的岩石。
母岩
转变过程
产生的岩石
岩浆岩 沉积岩 变质岩
风化作用 热和压力 熔融作用
沉积岩 变质岩 岩浆岩
对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定量评价 岩石被裂隙切割后破碎程度的指标。
岩石中的裂隙
单向裂隙(或裂隙频率)
单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度 (m)内，法线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)表 示。即单向裂隙率的倒数为成组结构面之间的平 均间距，以d表示。
d 1 Kd
式中：Kd — 单向裂隙（1/m） d — 结构面间平均间距(m)
岩石的组构特征
岩石的微结构面
微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的 软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空 隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等
① 降低岩石强度 ② 导致岩石力学性质各向异性
裂缝性地层套管损坏
Elf公司的岩石力学专家Maury 和Sauzy在研究裂缝性地层套管损坏时 首先提出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析
位距离的损耗值。
Ct
QT LtT
岩石导热率的影响因素：矿物组成、结构构造以 及赋存环境。
第三节 岩石的各向异性和渗透性
岩石的不连续性 岩石的不均匀性 岩石的各向异性 岩石的渗透性
1.岩石的不连续性
岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还 是物质不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石 物理力学性质呈现不连续变化。
岩石的物理性质：指岩石的力学、热学、电学、 声学、放射学等特性参数和物理量。
岩石的物理性质
岩石和土一样，也是由固体、液体和气体组成的 多相体系。 物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系 不同所表现的物理状态。
1. 岩石的密度 2. 岩石的孔隙性 3. 岩石的水理性
(一) 岩石的密度
1. 岩石的颗粒密度
(二) 岩石的孔隙特性
孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比 称岩石的孔隙比(多以小数表示)。