岩石坚固性系数

岩石的坚固性系数

根据岩石的坚固性系数(f)可把岩石分成10级（见下表），等级越高的岩石越容易破碎。为了方便使用又在第Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ级的中间加了半级。考虑到生产中不会大量遇到抗压强度大于200MPa的岩石，故把凡是抗压强度大于200MPa的岩石都归入Ⅰ级。

这种方法比较简单，而且在一定程度上反映了岩石的客观性质。但它也还存在着一些缺点：

(1) 岩石的坚固性虽概括了岩石的各种属性（如岩石的凿岩性、爆破性，稳定性等），但在有些情况下这些属性并不是完全一致的。

(2) 普氏分级法采用实验室测定来代替现场测定，这就不可避免地带来因应力状态的改变而造成的坚固程度上的误差。

岩石级别 坚固程度 代 表 性 岩

石 f

Ⅰ 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他各种特别坚固的岩石。 20

Ⅱ 很坚固 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩。 15

Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石。 10

Ⅲa 坚 固 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁矿，不坚固的花岗岩。 8

Ⅳ 比较坚固 一般的砂岩、铁矿石 6

Ⅳa 比较坚固 砂质页岩，页岩质砂岩。 5

Ⅴ 中等坚固 坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软4 砾石。

Ⅴa 中等坚固 各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩。 3

Ⅵ 比较软 软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤。 2

Ⅵa 比较软 碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎石，坚固的煤，硬化的粘土。 1.5

Ⅶ 软 软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。 1

Ⅶa 软 软砂质粘土、砾石，黄土。 0.8

Ⅷ 土 状 腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。 0.6

Ⅸ 松散状 砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤。 0.5

Ⅹ 流沙状 流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤。 0.3

岩石级别 坚固程度 代表性岩石 Ⅰ 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他 各种特别坚固的岩石。(f=20) Ⅱ 很坚固 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固 的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15) Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿 脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石.(f=10)Ⅲa 坚 固 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁 矿，不坚固的花岗岩。(f=8)Ⅳ 比较坚固 一般的砂岩、铁矿石 (f=6) Ⅳa 比较坚固 砂质页岩，页岩质砂岩。(f=5) Ⅴ 中等坚固 坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾 石。(f=4) Ⅴa 中等坚固 各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩.(f=3) Ⅵ 比较软 软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏， 无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤.(f=2) Ⅵa 比较软 碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎 石，坚固的煤，硬化的粘土。(f=1.5)Ⅶ 软 软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。 (f=1) Ⅶa 软 软砂质粘土、砾石，黄土。(f=0.8) Ⅷ 土 状 腐殖土，泥煤，软砂质土壤，湿砂。(f=0.6) Ⅸ 松散状 砂，山砾堆积，细砾石，松土，开采下来的煤. (f=0.5) Ⅹ 流沙状 流沙，沼泽土壤，含水黄土及其他含水土壤. (f=0.3) A 表示矿岩的坚固性的量化指标. 人们在长期的实践中认识到，有些岩石不容易破坏，有一些则难于破碎。难于破碎的岩石一般也难于凿岩，难于爆破，则它们的硬度也比较大，概括的说就是比较坚固。因此，人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数，也叫普氏硬度系数f值）。 坚固性系数f=R/100 (R单位 kg/cm2) 式中R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。 通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。 如： ① 极坚固岩石 f=15～20（坚固的花岗岩，石灰岩，石英岩等） ② 坚硬岩石 f=8 ～10（如不坚固的花岗岩，坚固的砂岩等） ③ 中等坚固岩石 f=4 ～6 （如普通砂岩，铁矿等） ④ 不坚固岩石 f=0.8～3 （如黄土、仅为0.3） 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质，但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。 强度是指矿岩抵抗压缩，拉伸，弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗的外力却是一种综合的外力。（如抵抗锹，稿，机械碎破，炸药的综合作用力）。 岩石分类 岩石可分三大类:1,岩浆岩{喷出岩}.2,沉积岩.3,变质岩.1、岩浆岩主要有:花岗岩,安山岩,闪长岩,流纹岩,玄武岩辉长岩等等.2、沉积岩主要有:石英砂岩,石灰砾岩,泥铁岩,白云岩,泥岩,石膏等.3、变质岩主要有:片麻岩,绿泥石片岩,千枚岩,大理岩,云母片岩等等. 虽然岩石的面貌是千变万化的，但是从它们形成的环境，也就是从成因上来划分，可以把岩石分为三大类：沉积岩、岩浆岩和变质岩。1、沉积岩沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用，最后形成的岩石。不论那种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程，然后在合适的环境中沉积下来，经过漫长的压实作用，石化成坚硬的沉积岩。沉积岩依照沈积物颗粒的大小又分砾岩、砂岩、页岩、石灰岩.沉积岩的形成 1.风化侵蚀：在河流上的大石头，经年累月被侵蚀风化，逐渐崩解成小的沙泥、碎屑。 2.搬运：这些碎屑被水流从上游搬运到下游。 3.堆积：下游流速减缓，搬运力减小，岩石碎屑便沉积下来。 4.压密：新的沉积物压在旧的沉积物上，时间久了，底下的沉积物被压得较紧实。 5.胶结：地下水经过沉积物的孔隙，带来的矿物质填满孔隙，使岩石碎屑颗粒紧紧胶结在一起，形成沉积岩。 6.露出：堆积在海底的沉积岩层在板块运动的推挤下拱出海面，露出地表。2、岩浆岩岩浆岩也叫火成岩，是在地壳深处或在上地幔中形成的岩浆，在侵入到地壳上部或者喷出到地表冷却固结并经过结晶作用而形成的岩石。因为它生成的条件与沉积岩差别很大，因此，它的特点也与沉积岩明显不同。岩浆岩又分安山岩、玄武岩、花岗岩。 由地底岩浆冷却凝固形成，由于岩浆成分和冷却凝固方式不同，便形成不同的火成岩。岩浆岩的形成: 1.安山岩：岩浆藉由火山口喷发出地面，快速冷却形成的。 2.玄武岩：岩浆经由缓和喷发漫流而出，逐渐冷凝形成的。 3.花岗岩：岩浆并不喷出地面，而是在地底下慢慢冷却形成的。3、变质岩在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石，包括沉积岩、岩浆岩，由于后来地质环境和物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化，而形成一种新的岩石，这种岩石被称为变质岩。变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。变质岩又分：板岩、片岩、片麻岩、大理岩。 变质岩的形成:1.为变质前的岩层：由于沉积或火山作用，堆积出一层层岩层。 2.挤压岩层：在强大挤压和摩擦力之下，产生温度和压力，使得深埋在地底下的岩石发生变质作用。 3.变质成新岩石：岩石里零散分布的矿物结晶会呈规矩排列，或生出新矿物来，而变成各种新的变质岩。岩石对人类来说，并不陌生。由动物进化为人类后的第一个时代就是石器时代。那时，我们的祖先用石头作为与大自然作斗争的工具。那么什么是岩石呢？现代地质学称石头为岩石，岩石的“岩”字在古代是山崖和山穴的意思，表示山势高峻、峰岭陡峭的地势；“石”字则是指磬、碑、砚、陨星等。自从18世纪地质学诞生以来，“岩石”一词就不再沿用古义了，我们可以给岩石下这样一个定义：岩石是各种地质作用形成的自然历史产物，是构成地壳的基本组成单位，是由矿物及非晶质组成的，具有一定结构、构造的固态地质体。外观上岩石是多种多样的，但从成因上看，可将所有的岩石归为三大类，即岩浆岩、沉积岩和变质岩，这就是自然界三大类岩石。这三大类岩石在地壳中是怎样分布的呢？在全球陆地表面，沉积岩覆盖了75%，岩浆岩和变质岩加在一起才只占陆地面积的1/4。但是到了地下深处，沉积岩逐渐变成了“少数民族”。在整个地壳中，沉积岩只占到地壳体积的8%，变质岩占了27%，剩下的65%都是岩浆岩。岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的现象。导致上述现象的作用称风化作用。分为：①物理风化作用。主要包括温度变化引起的岩石胀缩、岩石裂隙中水的冻结和盐类结晶引起的撑胀、岩石因荷载解除引起的膨胀等。②化学风化作用。包括：水对岩石的溶解作用；矿物吸收水分形成新的含水矿物，从而引起岩石膨胀崩解的水化作用；矿物与水反应分解为新矿物的水解作用；岩石因受空气或水中游离氧作用而致破坏的氧化作用。③生物风化作用。包括动物和植物对岩石的破坏，其对岩石的机械破坏亦属物理风化作用，其尸体分解对岩石的侵蚀亦属化学风化作用。人为破坏也是岩石风化的重要原因。岩石风化程度可分为全风化、强风化、弱风化和微风化4个级别。大约在200年前，人们可能认为高山、湖泊和沙漠都是地球上永恒不变的特征。可现在我们已经知道高山最终将被风化和剥蚀为平地，湖泊终将被沉积物和植被填满，沙漠会随着气候的变化而行踪不定。地球上的物质永无止境地运动着。暴露在地壳表面的大部分岩石都处在与其形成时不同的物理化学条件下，而且地表富含氧气、二氧化碳和水，因而岩石极易发生变化和破坏。表现为整块的岩石变为碎块，或其成分发生变化，最终使坚硬的岩石变成松散的碎屑和土壤。矿物和岩石在地表条件下发生的机械碎裂和化学分解过程称为风化。由于风、水流及冰川等动力将风化作用的产物搬离原地的作用过程叫做剥蚀地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分也不新矿物的作用称物理风化作用。如矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐分结晶等作用均可使岩石由大块变成小块以至完全碎裂。化学风化作用是指地表岩石受到水、氧气和二氧化碳的作用而发生化学成分和矿物成分变化，并产生新矿物的作用。主要通过溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式进行。虽然所有的岩石都会风化，但并不是都按同一条路径或同一个速率发生变化。经过长年累月对不同条件下风化岩石的观察，我们知道岩石特征、气候和地形条件是控制岩石风化的主要因素。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造，不同矿物的溶解性差异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿物的粒度，又决定了岩石的易碎性和表面积。风化速率的差异，可以从不同岩石类型的石碑上表现出来。如花岗岩石碑，其成分主要是硅酸盐矿物。这种石碑就能很好地抵御化学风化。而大理岩石碑则明显地容易遭受风化。气候因素主要是通过气温、降雨量以及生物的繁殖状况而表现的。在温暖和潮湿的环境下，气温高，降雨量大，植物茂密，微生物活跃，化学风化作用速度快而充分，岩石的分解向纵深发展可形成巨厚的风化层。在极地和沙漠地区，由于气候干冷，化学风化的作用不大，岩石易破碎为棱角状的碎屑。最典型的例子，是将矗立于干燥的埃及已35个世纪并保存完好的克列奥帕特拉花岗岩尖柱塔，搬移到空气污染严重的纽约城中心公园之后，仅过了75年就已面目全非。地势的高度影响到气候：中低纬度的高山区山麓与山顶的温度、气候差别很大，其生物界面貌显著不同。因而风化作用也存在显著的差别。地势的起伏程度对于风化作用也具普遍意义：地势起伏大的山区，风化产物易被外力剥蚀而使基岩裸露，加速风化。山坡的方向涉及到气候和日照强度，如山体的向阳坡日照强，雨水多，而山体的背阳坡可能常年冰雪不化，显然岩石的风化特点差别较大。剥蚀与风化作用在大自然中相辅相成，只有当岩石被风化后，才易被剥蚀。而当岩石被剥蚀后，才能露出新鲜的岩石，使之继续风化。风化产物的搬运是剥蚀作用的主要体现。当岩屑随着搬运介质，如风或水等流动时，会对地表、河床及湖岸带产生侵蚀。这样也就产生更多的碎屑，为沉积作用提供了物质条件。岩石在日光、水分、生物和空气的作用下，逐渐被破坏和分解为沙和泥土，称为风化作用。沙和泥土就是岩石风化后的产物。山地的中的岩石极为多样，差别很大，进行工程分类十分必要。《94规范》首先按岩石强度分类，再进行风化分类。按岩石强度分为极硬、次硬、次软和极软，列举了代表性岩石名称。又以新鲜岩块的饱和抗压强度30MPa为分界标准。问题在于，新鲜的末风化的岩块在现场有时很难取得，难以执行。岩石的分类可以分为地质分类和工程分类。地质分类主要根据其地质成因、矿物成分、结构构造和风化程度，可以用地质名称(即岩石学名称)加风化程度表达，如强风化花岗岩、微风化砂岩等。这对于工程的勘察设计确是十分必要的。工程分类主要根据岩体的工程性状，使工程师建立起明确的工程特性概念。地质分类是一种基本分类，工程分类应在地质分类的基础上进行，目的是为了较好地概括其工程性质，便于进行工程评价。为此，本次修订除了规定应确定地质名称和风化程度外，增加了岩块的“坚硬程度”、岩体的“完整程度”和“岩体基本质量等级”的划分。并分别提出了定性和定量的划分标准和方法，可操作性较强。岩石的坚硬程度直接与地基的承载力和变形性质有关，其重要性是无疑的。岩体的完整程度反映了它的裂隙性，而裂隙性是岩体十分重要的特性，破碎岩石的强度和稳定性较完整岩石大大削弱，尤其对边坡和基坑工程更为突出。本次修订将岩石的坚硬程度和岩体的完整程度各分五级，二者综合又分五个基本质量等级。与国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)和《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)协调一致。划分出极软岩十分重要，因为这类岩石不仅极软，而且常有特殊的工程性质，例如某些泥岩具有很高的膨胀性；泥质砂岩、全风化花岗岩等有很强的软化性(单轴饱和抗压强度可等于零)；有的第三纪砂岩遇水崩解，有流砂性质。划分出极破碎岩体也很重要，有时开挖时很硬，暴露后逐渐崩解。片岩各向异性特别显著，作为边坡极易失稳。事实上，对于岩石地基，特别注意的主要是软岩、极软岩、破碎和极破碎的岩石以及基本质量等级为V级的岩石，对可取原状试样的，可用土工试验方法测定其性状和物理力学性质。举例：1 花岗岩，微风化：为较硬岩，完整，质量基本等级为Ⅱ级；2 片麻岩，中等风化：为较软岩，较破碎，质量基本等级为Ⅳ级；3 泥岩，微风化：为软岩，较完整，质量基本等级为Ⅳ级；4 砂岩(第三纪)，微风化：为极软岩，较完整，质量基本等级为V级；5 糜棱岩(断层带)：极破碎，质量基本等级为V级。岩石风化程度分为五级，与国际通用标准和习惯一致。为了便于比较，将残积土也列在表A.0.3中。国际标准ISO／TC182／SCl也将风化程度分为五级，并列入残积土。风化带是逐渐过渡的，没有明确的界线，有些情况不一定能划分出五个完全的等级。一般花岗岩的风化分带比较完全，而石灰岩、泥岩等常常不存在完全的风化分带。这时可采用类似“中等风化-强风化’“强风化-全风化”等语句表述。同样，岩体的完整性也可用类似的方法表述。第三系的砂岩、泥岩等半成岩，处于岩石与土之间，划分风化带意义不大，不一定都要描述风化。3. 2. 4 关于软化岩石和特殊性岩石的规定，与《94规范》相同，软化岩石浸水后，其承载力会显著降低，应引起重视。以软化系数0.75为界限，是借鉴国内外有关规范和数十年工程经验规定的。石膏、岩盐等易溶性岩石，膨胀性泥岩，湿陷性砂岩等，性质特殊，对工程有较大危害，应专门研究，故本规范将其专门列出。3. 2. 5、3. 2. 6 岩石和岩体的野外描述十分重要，规定应当描述的内容是必要的。岩石质量指标RQD是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法，国内也有较多经验，《94规范》中已有反映，本次修订作了更为明确的规定。岩石岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体，按照一定的方式结合而成。是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中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；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。岩石学主要研究岩石的物质成分、结构、构造、分类命名、形成条件、分布规律、成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。十八世纪末岩石学从矿物学中脱胎出来而发展成一门独立的学科。在岩石学发展的初期，主要研究的是火成岩，到了十九世纪中叶才开始系统地研究变质岩，而沉积岩直到二十世纪初才引起人们的注意。目前岩石学正沿着岩浆岩石

岩石分类及硬度级别

岩石级别 坚固程度 代表性岩石

Ⅰ 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他

各种特别坚固的岩石。(f=20)

Ⅱ 很坚固 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩，较坚固

的石英岩，最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15)

Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩，很坚固的砂岩和石灰岩，石英矿

脉，坚固的砾岩，很坚固的铁矿石.(f=10) Ⅲa 坚 固 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁

矿，不坚固的花岗岩。(f=8) Ⅳ 比较坚固 一般的砂岩、铁矿石

(f=6)

Ⅳa 比较坚固 砂质页岩，页岩质砂岩。(f=5)

Ⅴ 中等坚固 坚固的泥质页岩，不坚固的砂岩和石灰岩，软砾

石。(f=4)

Ⅴa 中等坚固 各种不坚固的页岩，致密的泥灰岩.(f=3)

Ⅵ 比较软 软弱页岩，很软的石灰岩，白垩，盐岩，石膏，

无烟煤，破碎的砂岩和石质土壤.(f=2)

Ⅵa 比较软 碎石质土壤，破碎的页岩，粘结成块的砾石、碎

石，坚固的煤，硬化的粘土。(f=1.5)

Ⅶ 软 软致密粘土，较软的烟煤，坚固的冲击土层，粘土质土壤。

岩石的密度:

大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有离子型或共价型结晶键密度为2.2～3.5克/厘米3（极少数达4.5克/厘米3）。

结晶键为离子-金属型或共价-金属型的矿物，如铬铁矿、黄铁矿、磁铁矿等密度较大,为3.5～7.5克/厘米3。

在金属矿区,岩石中金属矿物的含量增高，岩石的密度就增大。矿区花岗岩的密度有的就高达2.7克/厘米3以上。

矿物的密度是由构成该矿物各元素的原子量和矿物的分子结构决定的。

岩石按其磁性的不同可分为3类：

1、反磁性矿物,如石英、磷灰石、闪锌矿、方铅矿等。磁化率为恒量，负值，且较小。

2、顺磁性矿物大多数纯净矿物都属于此类。磁化率为恒量,正值，也比较小。

3、铁磁性矿物,如磁铁矿等含铁、钴、镍元素的矿物。磁化率不是恒量，为正值，且相当大。也可认为这是顺磁性矿物中的一种特殊类型。

岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性，并受成岩后地质作用过程的影响。一般说，橄榄石、辉长石、玄武岩等基性、超基性岩浆岩的磁性最强而变质岩次之，沉积岩最弱。

岩石具有的放射性：

天然放射性勘探方法所依据的是岩石和矿石中放射性元素成分和含量的差别。

放射性矿物如铀矿等的放射性元素含量最高，锆石等稀有副矿物和磁铁矿等金属矿物次之，绝大多数造岩矿物的放射性元素含量都比较低。

岩石的放射性元素含量以岩浆岩和变质岩为最高，沉积岩次之。岩浆岩中，按超基性、基性、中性、酸性的顺序，放射性元素含量逐渐增加。

人工放射性勘探方法中最重要的参数是元素的热中子俘获截面。氢、锂等元素的热中子俘获截面较小；镉、钆等元素的热中子俘获截面较大，钍、铀等元素的热中子俘获截面次之。