岩石学绪论
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岩石力学绪论
经典理论阶段：地质力学理论
注重研究地层结构与力学和岩石工程稳定性的关系。
20世纪20年代由德国人 克罗斯（H.Cloos）创立起来的。 观点：1）反对把岩体当作连续介质简单地利用固体力学的原理进行分析；
2）强调要重视对岩体节理、裂隙的研究，重视岩体结构面对岩石工 程稳定性的影响和控制作用。
➢ 1951年6月在奥地利成立了以斯 梯尼（J.Stini）和米勒(L.Müller)为首 的“地质力学研究组”，在萨尔茨堡 举行了第一届地质力学讨论会，形成 了“奥地利学派”。
➢ 由于当时地下岩石工程埋藏深度不大，因而曾一度认为 这些理论是正确的。但随着开挖深度的增加，越来越多
的人认识到上述理论是不准确的。
§1.4 岩石力学发展简史 一、发展阶段
（2）经验理论阶段(20世纪初~30年代)： 经验散体地压理论
➢ 该阶段出现了用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的 支护问题。
▪ 3)．能力培养要求：
▪ 岩石力学的实验技能，岩石力学的研究方法，地下工程 和边坡工程中岩体稳定性的分析评价及加固处理理论和 方法。
课程资料
▪ 教材
➢ 《岩石力学》徐志英主编，中国水利水电出版社，1985
▪ 参考书
➢ 《岩石力学与工程》蔡美峰主编，科学出版社，2002 ➢ 《工程地质学》陆兆溱主编，水利电力出版社，1989 ➢ 《岩体力学》沈明荣主编，同济大学出版社，1999 ➢ 《岩体力学》凌贤长主编，哈尔滨工业大学出版社，
岩体是具有DIANE物理力学特性的裂隙介质
——
(1)不连续（discontinuous）
(2)非均匀（inhomogeneous）
(3)各向异性（anisotropic） (4)非弹性（not–elastic）
岩石力学第1章 绪论.ppt
二、岩体的特征 1、岩体是非均质各向异性的材料
2、岩体内存在着原始应力场
主要包括重力和地质构造力，重力场是以铅垂应力为 主，构造应力场通常是以水平应力为主。
3、岩体内存在着一个裂隙系统
岩体既是断裂的又是连续的，岩体是断裂与连续的统 一体,可称之为裂隙介质或准连续介质。
当岩体应力超过其强度时，就会使原有断裂进一步扩 展，形成新的断裂。而旧断裂的扩展与新断裂的形成，又 均会导致岩体内的应力重新分布。
而计算机的发展使用有限元、边界元、离散元等解算岩石力学 问题得以实现。
20世纪70年代以后岩石力学发展比较迅速，岩石力学测试技术 不断完善，应力解除法可测试深部岩体应力。
刚性压力机的出现，可测试应力－应变全过程曲线，从而更深 刻的揭示了岩石的力学特性。
岩石力学已逐渐形成完整的科学体系作为力学的一个分枝，成 为一门独立的力学学科，服务于岩体工程。
岩石力学形成历史
1951年，在奥地利创建了地质力学研究组，并形成了独具一格的 奥地利学派。
1951年，国际大坝会议设立了岩石力学分会。 1956年，美国召开了第一次岩石力学讨论会。 1957年，第一本《岩石力学》专著出版。 1959年，法国马尔帕塞坝溃决，引起岩石力学界的关注和研究。 1962年，成立国际岩石力学学会(ISRM)。 1966年，第一届国际岩石力学大会在葡萄牙的里斯本召开。
3、岩石力学与工程的联系
岩石力学是为解决岩体工程中的力学问题服务的，这些工程学 科包括：采矿和其它地下空间工程、交通工程、水电工程和基础工 程等。因此，岩石力学是各种岩体工程学科的专业理论基础。
岩石力学的分支学科
工程岩体力学
------为各类建筑工程及采矿工程等服务的岩石力学，重 点是研究工程活动引起的岩体重分布应力以及在这种应 力场作用下工程岩体(如边坡岩体、地基岩体和地下洞 室围岩等)的变形和稳定性。
岩石学复习资料
岩⽯学复习资料第1讲绪论1. 岩⽯：天然产出的，由⼀种或多种矿物或⽕⼭玻璃、⽣物遗骸、胶体组成的固态集合体。
3.三⼤岩类：岩浆岩（⽕成岩）:它是由地壳深处或上地幔中形成的⾼温熔融的岩浆，在侵⼊地下或喷出地表冷凝⽽成的岩⽯。
4.沉积岩：它是由地壳风化产物、⽣物有关物质、⽕⼭碎屑物等，在外营⼒作⽤下搬运、沉积、固结⽽成的岩⽯。
变质岩：由岩浆岩、沉积岩经变质作⽤转化⽽成的岩⽯。
岩浆岩和变质岩⼜可统称为结晶岩。
6. 岩浆岩及其研究意义：（1）岩⽯类型及其鉴别特征（2）岩⽯系列与组合（3）岩⽯成因（4）岩浆作⽤与构造环境（5）⽕成岩岩⽯探针与当代地球科学前缘7．岩浆：岩浆是上地幔和地壳深处形成的，以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、含有挥发份的熔融体（熔体）。
岩浆的成份：主要成分为硅酸盐。
以氧化物形式表⽰SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, K2O, H2O。
SiO2 = 40%～75%。
挥发份（＜6％）H2O, CO2, CO, N2, SO2, SO3, H2S, HCl, H2F。
成矿⾦属元素。
岩浆的温度：a.观察现代熔岩流的温度：通常：700℃～1200℃。
基性熔岩：1025℃～1225℃。
酸性熔岩：735℃～890℃。
挥发份可以使起熔温度和液相线温度明显下降。
8．影响粘度的因素：a.氧化物：SiO2,Al2O3,Cr2O3的存在使粘度增加，尤其 SiO2。
基性岩粘度⼩，以溢流为主；酸性岩粘度⼤，多以爆发形式为主。
b.挥发份：其存在将显著降低岩浆粘度。
挥发份增加，粘度降低。
c.温度：温度升⾼，粘度降低。
d.压⼒：对于不含⽔的⼲岩浆，压⼒升⾼，粘度增加；对于富⽔岩浆：I. 压⼒增加,挥发份溶解度增加,粘度降低; II. 压⼒达到⼀定值,挥发份饱和,粘度随压⼒升⾼⽽增加9．岩浆作⽤：地下深处的岩浆，在其挥发份和地质应⼒的作⽤下，沿构造脆弱带上升到地壳上部或地表，岩浆上升运移过程中，由于物理化学条件的改变，⼜不断地改变⾃⼰的成分，最后凝固成岩浆岩的过程称为岩浆作⽤。
岩石力学复习重点资料
岩石力学复习重点资料岩石力学复习重点第一章、绪论1.岩石材料的特殊性：岩石材料不同于一般的人工制造的固体材料，岩石经历了漫长的地质构造作用，内部产生了很大的压应力，具有各种规模的不连续面和孔洞，而且还可能含有液相和气相，岩石远不是均匀的、各向同性的弹性连续体。
2.岩石与岩体的区别：（1）岩石：是组成地壳的基本物质，他是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律凝聚而成的自然地质体。
（2）岩体：是指一定工程范围内的自然地质体，他经历了漫长的自然历史过程，经受了各种地质作用，并在地应力的长期作用下，在其内部保留了各种永久变形和各种各样的地质构造形迹如不整合褶皱断层层理节理劈理等不连续面。
重要区别就是岩体包含若干不连续面。
起决定作用的是岩体强度，而不是岩石强度。
3.岩体结构的两个基本要素：结构面和结构体。
结构面即岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面与不连续面。
被结构面分割而形成的岩块，四周均被结构面所包围，这种由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体称为结构体。
第二章岩石的物理力学性质1.名词解释：孔隙比：孔隙的体积（Vv）与岩石固体的体积的比值。
孔隙率：是指岩石试样中孔隙体积与岩石总体积的百分比。
吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量与岩石干重量之比的百分率。
其大小取决于岩石中孔隙数量多少盒细微裂隙的连通情况。
膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。
崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结力，完全丧失强度时的松散物质的性质。
扩容：岩石在压缩载荷作用下，当外力继续增加时，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度增加的现象。
蠕变：应力恒定，变形随时间发展。
松弛：应变恒定，应力随时间减少。
弹性后效：在卸载过程中弹性应变滞后于应力的现象。
长期强度：当岩石承受超过某一临界应力时，其蠕变向不稳定蠕变发展，当小于该临界值时，其蠕变向稳定蠕变发展，称该临界值为岩石的长期强度。
2.岩石反复冻融后强度下降的原因：①构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时由于矿物的涨缩不均而导致岩石结构的破坏；②当温度减低到0℃以下时岩石孔隙中的水将结冰，其体积增大约9%，会产生很大的膨胀压力，使岩石的结构发生改变，直至破坏。
岩石学--1绪论
软流层：为高温塑性的层圈，为固态的地幔岩 石含部分熔融的熔体，具低地震波速。
4、王仁民主编，《变质岩石学》，地质出版社， 1989年8月
问题
1、什么是岩石？ 2、在学习本课程之前，接触过哪些岩石类 型？
绪论
一、岩石的概念与分类 岩石：天然产出的，由一种或多种矿物或火山 玻璃、生物遗骸、胶体组成的固态集合体。 岩石构成了岩石圈，即整个地壳和地幔的 固态部分。
强调： (1) 必须是天然产出的、固态的，例如固结的水 泥、陶瓷、石油等不是岩石。
岩石学 Petrology
关于《岩石学》
1. 课程性质 2. 考核方式与成绩 3. 主要参考书
⒈ 课程性质 课程名称：岩石学 课程编号：ZH106402 学 分：2学分
课程性质：专业核心课
2.考核方式与成绩
闭卷考试
平时成绩：
课堂考勤
30%
课后作业
实验报告
期末考试:
70%
3.主要参考书 1、路凤香、桑隆康主编，《岩石学》，地质出版 社，2002年8月（第一版） 2、徐夕生、邱检生主编，《火成岩岩石学》，科 学出版社，2010年11月（第一版） 3、赵澄林、朱筱敏主编，《沉积岩石学》，石油 工业出版社，2001年8月（第三版）
例2：变质岩与岩浆岩的过渡 混合岩是一种由浅色和暗色的两种岩石组成的，暗 色的是先存的变质岩，而浅色的是经就地熔融产生 的富硅、铝质的火成岩，它们是两种不同作用形成 的过渡类型，但通常将其列入变质岩类中。
例3：沉积岩与低级变质岩的过渡
沉积岩经历了成岩作用后，若埋藏深度逐渐 变大，受地温梯度的影响，温度也随压力加大而 增高，由于条件改变沉积岩中的矿物会转变为新 的矿物类型，部分结构构造也相应发生变化。这 种作用则与变质作用中的埋藏变质及低度变质过 渡，而所形成的岩石类型也呈现出了过渡的特点 。
4、王仁民主编，《变质岩石学》，地质出版社， 1989年8月
问题
1、什么是岩石？ 2、在学习本课程之前，接触过哪些岩石类 型？
绪论
一、岩石的概念与分类 岩石：天然产出的，由一种或多种矿物或火山 玻璃、生物遗骸、胶体组成的固态集合体。 岩石构成了岩石圈，即整个地壳和地幔的 固态部分。
强调： (1) 必须是天然产出的、固态的，例如固结的水 泥、陶瓷、石油等不是岩石。
岩石学 Petrology
关于《岩石学》
1. 课程性质 2. 考核方式与成绩 3. 主要参考书
⒈ 课程性质 课程名称：岩石学 课程编号：ZH106402 学 分：2学分
课程性质：专业核心课
2.考核方式与成绩
闭卷考试
平时成绩：
课堂考勤
30%
课后作业
实验报告
期末考试:
70%
3.主要参考书 1、路凤香、桑隆康主编，《岩石学》，地质出版 社，2002年8月（第一版） 2、徐夕生、邱检生主编，《火成岩岩石学》，科 学出版社，2010年11月（第一版） 3、赵澄林、朱筱敏主编，《沉积岩石学》，石油 工业出版社，2001年8月（第三版）
例2：变质岩与岩浆岩的过渡 混合岩是一种由浅色和暗色的两种岩石组成的，暗 色的是先存的变质岩，而浅色的是经就地熔融产生 的富硅、铝质的火成岩，它们是两种不同作用形成 的过渡类型，但通常将其列入变质岩类中。
例3：沉积岩与低级变质岩的过渡
沉积岩经历了成岩作用后，若埋藏深度逐渐 变大，受地温梯度的影响，温度也随压力加大而 增高，由于条件改变沉积岩中的矿物会转变为新 的矿物类型，部分结构构造也相应发生变化。这 种作用则与变质作用中的埋藏变质及低度变质过 渡，而所形成的岩石类型也呈现出了过渡的特点 。
岩石学第一章
d.压力：对于不含水的干岩浆，压力升高，粘度增加。 对于富水岩浆，较为复杂：
I.压力增加，挥发份溶解度增加，粘度降低；
II.压力达到一定值，挥发份饱和，粘度随压力升高而增 加。
粘 度
饱 合 点
Байду номын сангаас
压力
7.岩浆作用
地下深处的岩浆，在其挥发份和地质 应力的作用下，沿构造脆弱带上升到 地壳浅部或地表，岩浆上升运移过程 中，因物理化学条件的改变，又不断 地改变自己的成分，最后凝固成岩浆 岩，这一复杂过程，称为岩浆作用。
例如：方石英转变为鳞石英：1470℃
正长石分解为白榴石和二氧化硅：1170℃
普通角闪石暗化：1050℃
大气压下黑云母分解、暗化：1050～840℃ 鳞石英转变为β－石英：870℃ 棕色角闪石转变为绿色角闪石：750℃ β－石英转变为α－石英：575℃
c.熔化岩浆岩的方法 通过岩浆岩的重熔和再结晶实验，也可得知其大 致温度。一个大气压下， 玄武岩开始结晶的温度为：1235～1160℃ 完全结晶是：1060℃。 花岗岩的熔点为950±50℃
现代火山喷发
现代火山喷发的实地观测
火山锥
２地球圈层结构与岩浆起源条件
（1）地球的圈层结构
岩流圈
地壳
外核
内核
陆 壳 及 上 地 幔
（2）岩浆的起源条件
3岩浆岩及其研究意义
（1）岩石类型及其鉴别特征 （2）岩石系列与组合 （3）岩石成因 （4）岩浆作用与构造环境 （5）火成岩岩石探针与当代地球科学前缘
⑶岩浆的温度
a.观察现代熔岩流的温度 通常：700℃～1200℃ 基性熔岩：1025℃～1225℃ 酸性熔岩：735℃～890℃ 一般来说，熔岩流的温度总是 比地下深处同成分的、正在结 晶的岩浆高，这是因为地下深
岩石力学-绪论
4.发展动态
•岩体结构与结构面的仿真模拟、力学表述及其力学 机理问题 •裂隙化岩体的强度、破坏机理及破坏判据问题 •岩体与工程结构的相互作用与稳定性评价问题 •软岩的力学特性及其岩体力学问题 •水-岩-应力耦合作用及岩体工程稳定性问题 •高地应力岩体力学问题 •岩体结构整体综合仿真反馈系统与优化技术 •岩体动力学、水力学与热力学问题 •岩体流变与长期强度问题 •岩体工程计算机辅助设计与图像自动生成处理。
2．起步阶段 1958年10月三峡岩基专题研究组成立到70年 代初。
三峡岩基组的建立为培养岩石力学专业人才 和促进各地建立岩石力学科研机构做出了贡献，
结合工程开展了室内和现场试验。
3．成长阶段
70年代初到1985年中国岩石力学与工程学会 成立的20多年。主要是由以下几个因素加快了岩 石力学的发展： 1）计算机技术开始引入到岩石力学领域，使过去 无法计算的复杂工程问题通过数值计算得以解决， 有力地促进了岩石力学与设计施工的结合。 2）在一些高等院校中建立了岩体力学教研室，开 设了岩体力学课；在一些工程勘察设计院中建立 了岩体力学试验研究队伍，岩石力学队伍不断壮 大。
特征及分布、地下水等）
试 验 法
地质模型建立
（平、剖面图）
岩体力学性质，力学参数
（现场试验、模拟试验）
开挖后的重分 布应力、大小
数学、 力学 分析 法
力学模型建立（介质模型、应力、岩体力学参数、变形破坏机理…..） 稳定性分析计算（刚体极限平衡理论、有限元…..）
安全系数
综合 评价 法
工程设计要求
稳定、合理
综合评价
不稳定、不合理
工程设计 施工
处理方案或修改角
边坡岩体力学研究框图
研 究 内 容
简明岩石学----绪论
均一块状的火成岩区，裂隙的组数和面理方向会对公 路和铁路选线起着重要的制约作用。
岩性的差异也是建筑施工要考虑的因素，岩性相似地 区的地基较稳定，岩性差异较大时就会影响地基的稳 定性。
3.4、研究地球的组成和演化
3.4.1下地壳和上地幔的岩石研究
①地球的岩石探针。 火山喷出的岩浆源于下地壳或上地幔，所以火山岩可 以作为探测地球物质组成的探针，其内常携带有岩石 包体。 ②构造抬升的地体和深部残片，如蛇绿岩的橄榄岩单 元和片麻岩中的榴辉岩岩块。
花岗岩由钾长石、石英和黑云母集合而成
玄武岩由橄榄石、斜长石和火山玻璃集合而成
礁灰岩是由方解石矿物构成的生物骨骼堆积而成的
矿物是岩石的基本组成单位
造岩矿物是岩石学的基础
岩石根据其成因，可分为三类
(1)火成岩(Igneous rocks) 主要由地壳深处或上地幔中形成的
高温熔融的岩浆，在侵入地下或喷出地表冷凝而成的岩石。 它与岩浆岩(Magmatic rocks)是同义语，如花岗岩、玄武岩 等。
3.4、研究地球的组成和演化
3.4.2、岩石是地质历史的记录
太古宙地壳为灰色片麻岩（TTG）和紫苏花岗岩，火 山岩为科马提岩 。 元古宙地壳多出现块状斜长岩、更长环斑花岗岩，喷 发的火山岩为碱性玄武岩 显生宙多为沉积岩，其中的古生代为海相沉积岩，中 生代为由海向陆转化的沉积岩，并伴随大量的花岗质 岩浆活动
2、岩石的分布
2.1、地球
2.1.1、地球圈层结构
岩石圈的纵向结构和岩石分布 (据Wedepohl，1995)
2.1.2、板块构造与岩石
应力 状态
构造背景
火成岩
沉积岩 页岩 燧石岩 硅质岩（含 放射虫） 石灰岩
变质岩 浅变质岩（埋藏变质） 角闪岩 糜棱岩 碎裂岩
岩石学_岩浆岩课件 岩石学绪论
1、三大岩类-火山岩与侵入岩
炽热的岩浆喷出地表后形成火山(volcano)， 岩浆冷却、固结以后形成坚硬的岩石， 我们称其为火山岩(volcanic rocks)，或者 称为喷出岩(extrusive rocks)，如玄武岩 (basalt)。
被封存在地下的岩浆，通过缓慢的冷却、 结晶与固结形成的岩石称为侵入岩 (intrusive rocks)或深成岩(plutonic rocks)， 如花岗岩(granite)。
3、岩石学与其他地质学科的联系
岩石学是一个非常重 要的地学分支学科。 由图1-2可见，地质 学的所有其他分支 学科都是通过岩石 学发生联系的。所 以有人（例如В. В. Добрецов, 1980）称岩石学是 地质学的中心枢纽。 岩石学是一门很大 的学科，是地质学 的基础学科。
二、岩石分类
岩浆岩——又叫火成岩，由岩浆作用形成的岩石，是地壳或 者上地幔中的岩浆喷出地表或者侵入在地壳内形成的， 例如花岗岩，玄武岩
沉积岩——由沉积作用形成的，分布于地壳表层，占大陆面积 的75％以及大部分的海底沉积，例如砂岩，砾岩
变质岩——由变质作用形成的，多在地壳深处，与岩浆岩一起 占地壳体积的95％。例如大理岩。
1、三大岩ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-岩浆岩
岩浆岩(magmatic rock) 又称为火成岩(igneous rock)，是由岩浆作用 (magmatism)形成的。 岩浆(magma)在地下 深处形成以后，由于 各种因素的影响而发 生向上运移，岩浆直 接喷出地表和侵入地 壳浅部。
1、三大岩类-沉积岩
沉积岩(sedimentary rocks)是在水体中的沉积物经堆积、固 结成岩的。这些沉积物有的是通过流水的机械冲刷与搬 运带到水盆地中的，由于水流速度的减缓而沉积下来， 固结后形成的岩石称为碎屑岩(clastic rocks)，如砂岩； 另一方面，从高处流向低处的过程中，流水会溶解沿途 周边地区岩石、土壤中的易溶组分，将他们一起带到汇 水盆地，从而增加了汇水盆地中这些组分的浓度，因而 发生化学沉淀。这种岩石称为化学沉积岩(chemical sedimentary rocks)，如石灰岩和膏盐层。
岩石学—绪论
火成岩岩石学
是研究主要由岩浆作用形成的岩石的成分、结构构造， 及其形成条件和演化历史的学科。阐明各类岩浆的演化运移 和冷却结晶等过程，依据岩浆岩区域地质分布结合大地构造单 元，总结各类岩浆岩自然组合的时空分布规律。
沉积岩岩石学
是研究沉积物和沉积岩的组成、结构、构造和成因的学科。
变质岩岩石学
(1)水火之争
十八世纪后半叶至十九世纪初期，在岩石成因上出现了 很大的争论。 魏尔纳(A．C．Werner，1749—1817)倡导“水成 说”，认为所有岩石都是浑浊水在地球表面依次沉积而 成，该学说符合洪水说，受到教会的支持。 赫屯(J．Hutton,1827—1877)则提出“火成说”，认 为火山岩及花岗岩等是地下热影响下的熔融物体所形成， 此学说曾被教会指责为异端。两派争论激烈，各不相让。 十九世纪中叶，莱伊尔(S．C．Lyell，1883)总结了水 火之争，高度评价了火成说，从而把岩石分成水成岩、 火山岩、深成岩、变质岩四类，以多成因代替了单成因， 肯定了岩浆的存在。
三、岩石学的研究方法
1、野外 2、室内 3、地球物理 4、地球化学
四、岩石学的发展历史
古代人们把矿物、岩石统称为石(石头)。我国最早记述石头的有《山海经》，该 书 为春秋战国时期(公元前700—221年)所著。 岩石学有它自己的发展过程。 十八世纪中叶至十九世纪，随着地质调查及化学分析、 偏光显微镜的运用， 较系统地研究了岩石的产状、分布、组成、分类、命名等方面问题，建立 了岩类学，又称为描述岩石学或岩相学 十九世纪末至二十世纪初，应用了物理化学原理，采用实验方法，研究了 岩石的形成条件和成因机理等方面问题，建立了岩理学，又称理论岩石学 或成因岩石学。 二十世纪五十年代以来，采用了高温高压实验技术及现代测试技术，研究 了岩浆作用及变质作用过程，建立了实验岩石学。 现代的岩石学，一般是把岩类学与岩理学统一起来，把地质资料与实验成 果综合分析，研究岩石的组合、成因及在时间；空间上的分布规律。
岩石学概论绪论
似斑状钾长花岗岩
（广东南岭）
闪长岩 （新疆干沟）
气孔状玄武岩（龙南中侏罗统）
斑状安山玢岩的斜长石（伊犁石炭系）
流纹状流纹岩（新疆白杨沟早二叠世）
火山碎屑与火山弹 (六合方山)
枕状玄武岩（新疆白杨沟）
8、火成岩的主要类型
分类标准：
矿物成分、Si02含量、结构、构造、色率等 ● 色率：岩石中暗色矿物的含量 ● 结构构造：喷出岩-气孔、杏仁体、流动、枕状 浅成岩-斑状、隐晶
人面兽身像 (沉积岩,埃及)
2）化学岩 （1）硅质岩 ●成分：SiO2 ●成因：生物骨骼堆积而成（如：硅藻土）；火山作用 或风化作用使SiO2凝聚. ●Sio2结晶：水晶→乳石英（气泡）、紫石英（Fe）、 蔷薇石英（Fe少）、烟水晶（Mn） （2）石灰岩 a.非碎屑结构的石灰岩: 方解石颗粒，很致密；方解石由化学作用形成 b.碎屑结构的石灰岩 灰岩中碎屑及来源 内碎屑:已沉积的CaCO3被海水冲击破碎(内碎屑灰岩). C. 生物碎屑——生物碎屑灰岩 动物的骨骼(珊瑚礁灰岩)
土工程。因此，岩石是构成工程岩体的物质基础，是岩
土工程研究重要对象，岩石与岩体物理力学性质与结构
是影响这类工程稳定和正常运行的决定性因素。
2、地球固体圈层结构 地质学上，利用声波和其他地球物理性质将固体地 球结构划分出：地壳、上地幔、下地幔和地核等不同
圈层，据研究表明地壳和上地幔的上部是由岩石组成
花岗岩（安徽黄山）
侵入泥盆系的花岗岩基 （新疆马兰）
侵入花岗岩的基性岩墙（哈密）
侵入花岗岩中的基性岩墙 （新疆干沟）
平行泥盆系片理侵入的花岗质岩床 （新疆巴仑台）
5、喷出岩及其产状 岩浆喷到地表、气体逃逸、冷凝而成的岩石。又分 火山碎屑岩和熔岩两种 据喷出岩的产状可分为： 1）中心式喷发 火山锥，中心式喷发的熔岩流和火山碎屑物质在 火山口附近堆积而成 岩钟，黏度大的岩浆由火山口溢出后白易向四周 流散而形成的钟状火山岩体 岩针，黏度很大的岩浆溢出时形成的直立的像针 一样的火山岩体 2）裂隙式喷发，有熔岩流、熔岩被、熔岩瀑布等 3）熔透式喷发，有熔岩被
岩石力学绪论
岩石力学
轴向活塞 加压舱 孔隙流体出口 岩样 围压流体入口
筛网 岩样
孔隙流体入口 轴向力传感器
绪论
第一节 岩石力学的定义
• 岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科 和边缘学科，是一门应用性和实践性很强 的应用基础学科。 • 岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学 的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看 做连续介质。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 同时认识到，运用共同作用理论解决实际问题， 必须以原岩应力（即地应力）作为前提条件进 行理论分析，才能把围岩和支护的共同变形与 支护的作用力、支护设臵时间、支护刚度等关 系正确地联系起来。否则，使用假设的外荷载 条件计算，就失去它的真实性和实际应用价值。 • 这一认识促进了中国早期的地应力测量工作的 开展。
• 地质力学理论注重研究地层结构和力学性质与岩 石工程稳定性的关系，它是20世纪20年代由德国 人克罗斯创立起来的。该理论反对把岩体当作连 续介质简单地利用固体力学的原理进行岩石力学 特性的分析；强调要重视对岩体、节理、裂隙的 研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响 和控制作用。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 该理论对岩石工程的最重要贡献是提出了“研 究工程围岩的稳定性必须了解原岩应力和开挖 后岩体的力学强度变化”以及“节理裂隙对岩 石工程稳定性的影响”等观点。该理论同时重 视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状 态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 但是，早期的连续介质理论忽视了对地应力作用的正确认识， 忽视了开挖的概念和施工因素的影响。正如一开始就指出的， 地应力是一种内应力，由于开挖形成的“释放荷载”才是引 起围岩变形和破坏的根本作用力。 • 而传统连续介质理论采用固体力学或结构力学的外边界加载 方式，往往得出远离开挖体处的位移大，而开挖体内边缘位 移小的计算结果，这显然与事实不符。多数的岩石工程不是 一次开挖完成的，而是多次开挖完成的。
轴向活塞 加压舱 孔隙流体出口 岩样 围压流体入口
筛网 岩样
孔隙流体入口 轴向力传感器
绪论
第一节 岩石力学的定义
• 岩石力学是近代发展起来的一门新兴学科 和边缘学科，是一门应用性和实践性很强 的应用基础学科。 • 岩石属于固体，岩石力学应属于固体力学 的范畴。一般从宏观的意义上，把固体看 做连续介质。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 同时认识到，运用共同作用理论解决实际问题， 必须以原岩应力（即地应力）作为前提条件进 行理论分析，才能把围岩和支护的共同变形与 支护的作用力、支护设臵时间、支护刚度等关 系正确地联系起来。否则，使用假设的外荷载 条件计算，就失去它的真实性和实际应用价值。 • 这一认识促进了中国早期的地应力测量工作的 开展。
• 地质力学理论注重研究地层结构和力学性质与岩 石工程稳定性的关系，它是20世纪20年代由德国 人克罗斯创立起来的。该理论反对把岩体当作连 续介质简单地利用固体力学的原理进行岩石力学 特性的分析；强调要重视对岩体、节理、裂隙的 研究，重视岩体结构面对岩石工程稳定性的影响 和控制作用。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 该理论对岩石工程的最重要贡献是提出了“研 究工程围岩的稳定性必须了解原岩应力和开挖 后岩体的力学强度变化”以及“节理裂隙对岩 石工程稳定性的影响”等观点。该理论同时重 视岩石工程施工过程中应力、位移和稳定性状 态的监测，这是现代信息岩石力学的雏形。
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
（3）经典理论阶段 （20世纪30年代～20世纪60年代）
• 但是，早期的连续介质理论忽视了对地应力作用的正确认识， 忽视了开挖的概念和施工因素的影响。正如一开始就指出的， 地应力是一种内应力，由于开挖形成的“释放荷载”才是引 起围岩变形和破坏的根本作用力。 • 而传统连续介质理论采用固体力学或结构力学的外边界加载 方式，往往得出远离开挖体处的位移大，而开挖体内边缘位 移小的计算结果，这显然与事实不符。多数的岩石工程不是 一次开挖完成的，而是多次开挖完成的。
第1讲-岩石力学-绪论
岩石力学的历史
1997年在黄荣樽教授的倡议下，中国岩石力学与 工程学会成立了以石油工程为主要研究对象的深层岩 石力学专业委员会，黄荣樽教授任首届主任委员， 2001年后由陈勉教授担任主任委员。
岩石力学的历史
在与石油工程有关的岩石力学研究中，所涉及的地 层深度大多在1000-8000米范围内，研究对象以沉积岩 层为主体，岩石处于较高的围压（可达200MPa）、较高 的温度（可达200℃）和较高的孔隙压力（可达200MPa ）作用下。
学在国民经济建设中有广泛的应用，如水利建设（三峡大坝岩 石基础的稳定性等）、民用建筑（世贸大厦岩土地基的稳定性 等）、采矿工程（边坡稳定性、洞室围岩的稳定性）、核能工 业（核废料的长期保存等）、石油工程（破岩、井稳、出砂、 水力压裂等）等领域，历史证明不重视岩石力学研究将造成巨 大生命财产损失。
提纲
岩石力学的历史
90年代以后
油藏工程 岩石力学
1996 80年代
采油工程 岩石力学
1992
钻井工程 岩石力学
70年代前
1985
钻井工程 岩石力学 岩石破碎 力学
岩石破碎 力学
岩石破碎 力学
岩石力学的历史
• • • • • • • 深层岩石力学参数预测、监测、检测与精度控制 高温高压下岩石变形、破坏微-细-宏观力学理论 高温高应力强水敏地层井壁围岩稳定控制技术 非平面水力裂缝扩展与控制理论 储层出砂预测与防砂评价 全生命周期井筒完整性设计 多重孔隙介质多场多相流油藏数值模拟技术
人类与岩石的交往也许起源于70—20万年前，“ 北京猿人”所生活的周口店龙骨山岩石洞穴。人类对 岩石最早的认识也许不过是抛掷石块射杀猎物，或做 成锐器砍剁动物骨肉。
岩石力学的历史
岩石学概论
岩石学（Petrology ）第一篇 绪论第一章 岩石及其地质分布一、岩石（Rock ）及其成因分类岩石是天然产出的, 由一种或多种矿物（包括火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固态集合体。
要点：①. Natural, not man-made or synthesize②. Solid matter岩石的成因分类岩石根据成因可分三类：火成岩（岩浆岩）、沉积岩、变质岩。
岩石成因分类(1)、岩浆岩（Magamatic rocks, Igneous rocks ）是由地幔或地壳岩石经熔融或部分熔融作用(partial melting)形成的岩浆(magma)，在侵入地下一定深度或喷出地表冷凝而成的岩石。
①高温岩浆侵入地下形成的岩石称为侵入岩（Plutonic rocks ）, 如花岗岩。
②高温岩浆喷出地表（或在近地表就位）形成的岩石称为火山岩 (V olcanic rocks)。
(2)、沉积岩(Sedimentary rocks)主要由地表分化产物、生物、火山碎屑物等，在外力作用下搬运、沉积、固结而成的岩石。
(3)、变质岩(Metamorphic rocks)是由岩浆岩、沉积岩经变质作用转化而成的岩石。
灰岩→大理岩 T>200°C ，有新的矿物生长、结晶二、岩石学的定义( Petrology)岩石学是地质学领域的一门重要分支学科，是研究地壳、地幔及其它星体产出的岩石分布、三大类岩石野外特征对比简表野 外 特 征火 成 岩沉 积 岩 变 质 岩1．形成火山及各类熔岩流。
2．形成岩脉、岩墙、岩株及岩基等形态并切割围岩。
3．对围岩有热的影响致使其重结晶，发生相互反应及颜色改变。
4．在与围岩接触处火成岩体边部有细粒的淬火边。
5．除火山碎屑岩外，岩体中无化石出现。
6．多数火成岩无定向构造，矿物颗粒成相互交织排列。
1．在野外呈层状产生，并经历分选作用。
2．岩层表面可以出现波痕、交错层、泥裂等构造。
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2001年5月1日20点30分，重庆武隆县发生了一起基岩滑坡， 造成79人死亡，摧毁9层楼房一幢。
2000年4月6日武汉烽火村乔木湾发生地面塌陷，4小时内发生大小陷坑19 处，2栋楼房塌进陷坑，16栋楼房不同程度开裂、破损，为1977年来武汉市 内发生的6起塌陷中规模最大的一次。
4
1980年6月3日5点35分，湖北远安盐池河磷矿发生岩崩，摧毁整个盐池河矿 务局，死亡284人。
二、岩石力学的发展历史及现状
岩石力学的研究内容
1. 岩石的变形特征 2 岩体的变形与强度 2. 3. 岩石的强度理论 4. 地应力的测量方法 5. 岩体力学的工程应用
7
二、岩石力学的发展历史及现状
岩石力学的发展史
岩石力学来源于生产实践，生产实践也是岩石力学发 展的推动力 岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。第二 次世界大战以后世界各国大规模的基本建设，有力地 促进了岩石力学的研究与实践。岩石力学逐渐作为一 门独立的学科出现在世界上，并日益受到重视
岩石的抗压试验
17
四、岩石力学的研究方法
长期以来沿用弹性理论、塑性理论和松散连续介质 力学理论进行研究。由于岩石力学性质十分复杂， 所以这些理论的适用范围是有限的。 近年来虽然发展了 近年来虽然发展了一些新的理论（如非连续介质理 些新的理论（如非连续介质理 论），但还不够成熟。 二十世纪六十年代以来，数值计算方法和计算机的 应用给岩石力学的发展创造了条件。这种方法和计 算技术可以考虑岩石的非均质性、各向异性、应力 －应变关系的非线性和流变性。
一研究岩石力学的意义实现安全快速钻井井壁失稳的部分形式井壁失稳的危害对储层产生损害影响勘探成功率井壁失稳实例西部油田某井同一种钻井液密度不同矿化度泥浆控制井眼变形情况盐膏层井眼变形情况二岩石力学的发展历史及现状岩石力学是运用力学和物理学的原理研究岩石的力学和物理性质的一门科学目的在于充分掌握和利用岩石的固有性质解决和解释生产建设中的实际问题中国大百科全书力学卷岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用科学是探讨岩石对周围物理环境中力场的反应的力学分支美国科学院岩石力学委员会二岩石力学的发展历史及现状岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的一门新兴科学
岩石力学第一二章
岩石力学
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
韩同春 浙 大学 浙江大学建筑工程学院 学
第一章 第 章 绪论
一、定义 一 定义 1 岩石 一种或几种矿物的集合体 2 岩石力学 研究岩石的力学性态和应用，探讨岩石对其周围物理 环境中力场反应的学科 具体地说 就是研究岩石在荷 环境中力场反应的学科，具体地说，就是研究岩石在荷 载作用下的应力、变形和破坏规律以及工程稳定性等问 题。 岩石 ≠ 材料
1963年意大利瓦依昂（Vajont）水库岩坡的大规模滑坡 1962年在奥地利萨尔茨堡成立了“国际岩石力学学会” （International Society for Rock Mechanics）。 1966年在里斯本召开了第一次国际岩石力学会议，从此 每四年召开 次。 每四年召开一次。 2003年9月8日～12日在南非约翰内斯堡，召了第十届国 际岩石力学大会，会议主题为：岩石力学的技术路线 专题共17个，分别是：（1）在高应力与强度比条件下岩 体的力学性质；（2）深大露天采场及高陡岩石边坡的设 计 计及稳定分析；（3）岩石及岩体的变形性质；（4）岩 析；（ ） 体 变形性质；（ ） 石及岩体断裂及破坏的模拟；（5）动力效应；（6）隧 道和天井的远距离开挖和机械化开挖；（7）现场试验， 大型试验 野外试验 反分析； 大型试验，野外试验，反分析；
Rd
c2 100% c1
质量损失率（ K m ）是指冻融试验前后干质量之差（ms1 - ms 2）与试 验前干质量的比值，用百分数表示，即：
Km ms1 ms 2 100% m s1
冻融产生破坏的原因？ 产 4 岩石的透水性 定义：在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石被水透过的性 质。 水在岩石中流动规律？ 达西定律。 下式表示
ROCK MECHANICS AND ENGINEERING
韩同春 浙 大学 浙江大学建筑工程学院 学
第一章 第 章 绪论
一、定义 一 定义 1 岩石 一种或几种矿物的集合体 2 岩石力学 研究岩石的力学性态和应用，探讨岩石对其周围物理 环境中力场反应的学科 具体地说 就是研究岩石在荷 环境中力场反应的学科，具体地说，就是研究岩石在荷 载作用下的应力、变形和破坏规律以及工程稳定性等问 题。 岩石 ≠ 材料
1963年意大利瓦依昂（Vajont）水库岩坡的大规模滑坡 1962年在奥地利萨尔茨堡成立了“国际岩石力学学会” （International Society for Rock Mechanics）。 1966年在里斯本召开了第一次国际岩石力学会议，从此 每四年召开 次。 每四年召开一次。 2003年9月8日～12日在南非约翰内斯堡，召了第十届国 际岩石力学大会，会议主题为：岩石力学的技术路线 专题共17个，分别是：（1）在高应力与强度比条件下岩 体的力学性质；（2）深大露天采场及高陡岩石边坡的设 计 计及稳定分析；（3）岩石及岩体的变形性质；（4）岩 析；（ ） 体 变形性质；（ ） 石及岩体断裂及破坏的模拟；（5）动力效应；（6）隧 道和天井的远距离开挖和机械化开挖；（7）现场试验， 大型试验 野外试验 反分析； 大型试验，野外试验，反分析；
Rd
c2 100% c1
质量损失率（ K m ）是指冻融试验前后干质量之差（ms1 - ms 2）与试 验前干质量的比值，用百分数表示，即：
Km ms1 ms 2 100% m s1
冻融产生破坏的原因？ 产 4 岩石的透水性 定义：在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石被水透过的性 质。 水在岩石中流动规律？ 达西定律。 下式表示
第一章 绪论
岩石特征可以用岩块来表征，其变形和强度取决于岩块本身 的矿物成分，结构构造。岩体则是由一种岩石或多种岩石组 成，是由结构面和结构体构成的组合体，其变形和强度性质 不仅取决于岩石的性质，还取决于结构面和岩体结构的特征。 由于软弱结构面的存在，岩体的性质远差于岩石。
岩石和岩体的不同点主要在于岩体中存在不同程度 和规模的结构面。
岩石力学中的许多研究对象是岩体，所以又称“岩 体力学”。
岩浆岩：强度高、均质性好
岩石分类 沉积岩：强度不稳定，各向异性 变质岩：不稳定与变质程度和原 岩性质有关
岩体=岩块+结构面
岩体
结构 面
岩块
不连续面： 包括节理、 裂隙、孔 隙、断面、 孔洞、层 面
2．研究内容 基本原理：岩石的应力应变理论，岩石的破坏，断裂等 试 验：室内与现场，试验设备与技术(动，静) 实际应用：岩基、边坡稳定性，洞室围岩的稳定，变形加固， 地震预报等。 3．任务 从生产实践中总结同岩石斗争的经验，提高理论知识，再回 到实践中去解决生产中出现的有关岩石工程问题。 4．研究方法 科学实验，理论分析及工程验证，三者紧密结合且相互促进。
随着我国四化建设及兴建大型水利水电工程，岩石力学 的发展将会进一步，我国岩石力学在许多方面目前逐渐 接近或赶上了国际水平。
岩石力学学科在中国是因工程建设的需要而产生，受工 程建设的推动而发展起来的。特别是水利水电工程建设 对岩石力学的开创和发展发挥了主力军的作用。由于水 利水电工程本身的特点，岩石力学研究已经形成了岩石 力学学科的一个重要分支之一---水工岩石力学，还有矿 山岩石力学等分支科学。
岩体不稳定情况：滑坡区基岩为白垩纪灰岩，下为含 粘土夹层的泥灰岩，产状上部倾角33-40°，下部平缓 出露于库岸，沿软化的泥灰岩及泥土夹层滑动。
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3
沉积岩——分布于地壳表层，占大陆面积的75％以及大部分 的海底沉积。
4
三大类岩石野外特征对比简表
野外特征 岩浆岩 沉积岩 1 呈层状产出，并经历分选 作用 2 岩层表面可以出现波痕、 交错层、泥裂等沉积构造 3 岩层在横向上延续范围很 大 4 沉积岩地质体的形态可能 与河流、三角洲、沙洲、沙 坝的范围相近 5 沉积岩的固结程度有差 别，有些甚至是未固结的沉 积物 变质岩 1 岩石中的砾石、化石或晶 体受到了破坏 2 碎屑或晶体颗粒拉长，岩 石具定向构造，但也有少数 无定向构造的变质岩 3 多数分布于造山带、前寒 武纪地盾中 4 可以分布与火成岩与围岩 的接触带 5 岩石的面理方向与区域构 造线方向一致 6 大范围的变质岩分布区岩 石的变质程度有逐渐改变的 现象
5
1 形成火山或各类熔岩流 2 形成岩脉、岩墙、岩株及 岩基等形态并切割围岩 3 对围岩由热的影响，致使 其重结晶，发生反应及颜色 改变 4 在与围岩接触处岩浆岩体 边部由细粒的淬火边 5 除火山碎屑岩外，岩体中 无化石出现 6 多数火成岩无定向构造， 矿物颗粒成相互交织排列
一、岩石的概念
3. 三大岩 的关系
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四、岩石学的研究方法
1、野外研究
——是基础，获取可靠的第一手材料
包括：
观察和记录——GPS定点， 地质产状，结构，构造， 分布
常用的手段和方法—— 记录，素描，照相，录像， 野外制图，露头观察描 述，采集样品
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四、岩石学的研究方法
2、室内研究
——是主要内容，是获取先进成果的关键
包括内容与分析测试手段：
《矿物学与岩石学》
绪论 第一部分：矿物学(Mineralogy) 第二部分：岩浆岩岩石学 岩 第三部分：沉积岩岩石学 石 学 第四部分：变质岩岩石学 (Petrology)
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岩石学：绪论
一、岩石的概念
1. 岩石－岩石是天然产出的、具有一定结构构造的 矿物（或者火山玻璃、胶体、生物遗骸）的集合体； 是构成地壳和上地幔的固态部分；是地质作用的产物。
强调：
(1) 必须是天然产出的、固态的，例如固结的水泥、陶瓷、石油等不是岩 石， (2) 须具有一定的结构和构造，例如土壤，不是岩石 (3) 是矿物的集合体，说明岩石的组成单位是一种或者多种矿物 (4) 少数的类似矿物，如：火山岩中的火山玻璃、沉积岩中的胶体、生物 2 遗骸，也是岩石。
一、岩石的概念 2. 岩石分类
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三、岩石学的重要地位与作用
1.岩石学是地球科学 的基础学科之一，尤 其是地质学、地球化 学和地球物理学的 基础。 2.我们野外看到的对 象绝大多数是岩石， 是我们接触的具体 物质。
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三、岩石学的重要地位与作用
3. 岩石学研究意义
水文地质－水资源寻找 与开发， 工程地质－建筑物，水 库，大坝 矿床地质－所有矿产都 是在各类岩石之中 石油地质－生储盖层
A B C D E F 岩相学（显微结构） 矿物成分 （X光，EPMA），包裹体成分 岩石地球化学（元素，同位素） 同位素年代学 模拟（数值模拟和实验模拟） 岩石的成因与大陆动力学过程研究
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岩相学
偏光显微镜
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包裹体观察测试
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同位素方法－可以示踪和测年
放射性同位素——Sm-Nd, Rb-Sr，Pb，O，Re-Os, Ru-Hf 稳定同位素——C, H, O，S， 气体同位素—— He, Ne，Ar
此为进行放 射性同位素 测定的VG－ 54质谱仪
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重点
一、岩石 (定义和分类) 二、 岩石学 (定义和分类) 三、三大类岩石野外特征对比
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岩浆岩——又叫火成岩，由岩浆作用形成的岩石，是地壳或 者上地幔中的岩浆喷出地表或者侵入在地壳内形成的， 例如花岗岩，玄武岩
沉积岩——由沉积作用形成的，分布于地壳表层，占大陆面积 的75％以及大部分的海底沉积，例如砂岩，砾岩
变质岩——由变质作用形成的，多在地壳深处，与岩浆岩一起 占地壳体积的95％。例如大理岩。
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二、岩石学
1. 概念
岩石学——是地质学的一个分支学科，是研究地球及 其他天体产出的岩石的分布、产状、成分、结构、构造、 分类、成因、演化等方面的基础学科。
解释：地球产出的，或者其他星体的例如月岩，陨石，参见教材P7。
2. 岩石学分类
岩浆岩岩石学 沉积岩岩石学 变质岩岩石学
20世纪30年代以来形成发展的