岩石力学---第二章岩体的力学性质

合集下载

工程地质学-第二章岩石的工程地质性质-2-岩石的力学性质

试件两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm; 两端面垂直于轴线±0.25o
3.影响单轴抗压强度的主要因素
（1）承压板端部的摩擦力及其刚度（加垫块的依据）（2）试件的形状和尺寸
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理（3）加载速度加载速度越大，表现强度越高(见图2－5) 我国规定加载速度为0.5 －1.0MPa/s （4）环境含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2 －3倍。温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越小。
三、岩石的抗拉强度
1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后其试件发生破坏时的单位面积上所受的拉力。
2. 直接拉伸法
抗拉强度
Rt P / A
关键技术
①试件和夹具之间的连接
②加力P与试件同心
四、岩石的抗剪强度
1. 定义
指一定的应力条件下（主要指压应力），所能抵抗
的最大剪应力常用表示
2. 类型：
a.抗剪断试验
3、水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸引力将水分子拉到自己周围，在颗粒接触处由于吸引力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入，这种现象称为水楔作用。
根据破坏时的应力类型，岩石的破坏可有拉破坏、剪破坏和流动破坏三种基本类型。由于受力状态和破坏形式的不同，岩石的强度又可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、抗剪强度和三轴压缩强度等。
一、岩石的变形性质
1.岩石在单轴压缩应力作用下的变形特性 1)普通试验机下应力－应变曲线形状与岩性有关。 (1)典型的岩石应力、应变曲线特征为： Ⅰ.压密阶段 Ⅱ.弹性变形至微破裂稳定发展阶段 Ⅲ.非稳定破裂发展阶段（或称累进性破裂阶段） Ⅳ.破坏后阶段

岩石力学重点提示

第一章绪论岩石和岩体都是岩体力学的直接研究对象。

但在岩体力学中，这是两个既有联系又有区别的两个基本概念。

所谓岩石就是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。

岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。

因此，岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。

从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。

第二章岩石的基本物理力学性质（一）岩石的基本物理性质这部分内容比较直观、容易掌握，但要注意各性质指标的定义和归类，避免引起混淆。

为便于记忆，列出基本物理力学性质的归类树，读者应将对应的公式（或注释）填充。

岩浆岩１．岩石（按地质成因）沉积岩变质岩２．岩体＝岩石（或岩块）＋结构面（二）岩石的强度特性1．强度试验基本内容单向抗压强度试验抗剪强度2．单向抗压强度试验（1）试件：直径D ＝50mm ±0.3mm ；高H=(2～2.5)D ±0.3mm ；两端法线与试件轴线偏差不大于025.0；端面不平整度不大于0.5mm 。

（2）单向抗压强度 AP=σ P －岩石试件无侧限条件下的破坏载荷 A －试件承载面积（3）试件破坏形态圆柱单向压缩有两种可能的破坏形态：圆锥形破坏和圆柱形劈裂破坏（见图２-1）（a ）圆锥形破坏（b ）柱状劈裂破坏图２-1 单轴压缩破坏形态破坏原因：①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。

②柱状劈裂破坏，如图２-1b 所示。

若采用有效方法消除岩石试件两端面的摩擦力，则试件的破坏形态成为柱状劈裂破坏。

（4）试件单向抗压强度的主要影响因素①试验机铁板的刚度；②试件的形状；③试件的尺寸；③试件的高径比；④加载速度 3. 单向抗拉强度试验（1）直接拉伸法对岩石试件直接施加拉力至破坏，抗拉强度为AP t =σ 式中：P －试件破坏时承受的最大压力；A －与拉力垂直的横截面积。

第二章岩石的物理性质

qx---q沿x x方k 向ddhx水A 的流量；ddhhx—水----头-水高头变度化；率A—垂直x方向的截面
面积；k—渗透系数。 K现场或室内试验确定。野外用钻孔压水试验，测定单位吸水量。岩石室内渗透（仪）试验，与土类似，但试验时的压力差要大得多。灰岩K=1-10-4cm/s，砂岩10-4-10-6 ，泥岩10-7-10-11 cm/s
坚硬结构面
节理、层面、次生裂隙、小断层、片理、劈理、卸荷裂隙、风化裂隙等
W1,W2分别为冻融试验前后岩石试样的重量岩石的冻融试验在实验室进行。冻融各4小时为1个循环，一般要进行25次后计算Rd 和Km。 Rd≤25%。
Km ≤5%，岩石抗冻性较好。
4．透水性（permeability）在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过的性质。
反映了岩石中裂隙向相互连通的程度，大多渗透性可用达西（Darcy）定律描述：
干密度ρd：ρd=ms/v
饱和ρsat：ρsat=msat/v
量积法和蜡封法测定块体密度ρ。
重度（γ）: γ =w/v=ρ.g KN/m3
岩石的重度γ=26.5-28.0KN/m3，土18-20，砼24，钢砼25
岩石的重度在一定程度上反映出岩石的力学性质情况，通常
岩石的重度越大，则它的性质就越好，反之越差。
软弱和硬性结构面：结构面内夹有软弱物质者属于软弱结构面，无充填或充填物较上下岩层强度大者则属坚硬结构面。
2.结构面的规模及分级
（1）绝对分级:按结构面延伸长度，并考虑其宽度，可将结构面分为I-V级。
级序
分级依据
力学属性
地质构造特征
结构面延展长，贯通岩体，延伸数 1．软弱结构面大断层
I 至数十公里以上，破碎带宽约数米 2．构造独立的力区域性断层

第2章岩石力学性质与分级

类别钎刃磨钝宽度（mm）
磨蚀性
表2-6 岩石磨蚀性分级
1 ＜0.2
弱
2 0.3~0.6
中
3 ＞0.7
强
2.3.2 按点载荷强度进行可钻性分级
点载荷试验是国际岩石力学学会（ISRM）试验委员会推荐的一种便携式测量方法。点载荷试验是将试样置于试验机的两个压头之间，逐渐加载，使试样破坏，再用下式求得点载荷强度：
2
3
式中:V—岩石爆破漏斗体积，m3 ； K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρ C)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
表2-4 岩石爆破性分级表
级别爆破性指数 N 爆破性程度
代表性岩石
Ⅰ Ⅰ1 Ⅰ2
<29 29.001~38
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：

岩土所考博复习资料岩石力学(个人总结)第二章岩石的基本物理力学性质

第二章岩石的基本物理力学性质第一节概述第二节岩石的基本物理性质一岩石的密度指标1 岩石的密度:岩石试件的质量与试件的体积之比，即单位体积内岩石的质量。

（1）天然密度：是指岩石在自然条件下，单位体积的质量，即（2）饱和密度：是指岩石中的孔隙全部被水充填时单位体积的质量，即（3）干密度：是指岩石孔隙中液体全部被蒸发，试件中只有固体和气体的状态下，单位体积的质量，即（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。

2 岩石的颗粒密度：是指岩石固体物质的质量与固体的体积之比值。

公式二岩石的孔隙性1 岩石的孔隙比：是指岩石的孔隙体积与固体体积之比，公式2 岩石的孔隙率：是指岩石的孔隙体积与试件总体积的比值，以百分率表示，公式孔隙比和孔隙率的关系式：三岩体的水理性质1 岩石的含水性质（1）岩石的含水率：是指岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数，即（2）岩石的吸水率：是指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。

2 岩石的渗透性：是指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。

它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。

四岩体的抗风化指标1 软化系数：是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。

它是岩石抗风化能力的一个指标，反映了岩石遇水强度降低的一个参数：2 岩石耐崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。

岩石耐崩解性指数：是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指数。

它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。

3 岩石的膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。

（1）岩石的自由膨胀率：是指岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比值。

（2）岩石的侧向约束膨胀率：是将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得膨胀率。

（3）膨胀压力:岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。

五岩体的其他特性1 岩石的抗冻性:岩石抵抗冻融破坏的性能。

2-2岩石力学性质-强度性质

2.5 岩块强度
2.5.1 岩石的单轴抗压强度
所谓岩石的单轴抗压强度是指岩石在单轴压缩载荷作用下，达到破坏前所能承受的最大压应力。亦即岩石受轴向力作用破坏时单位面积上所承受的荷载。即： P c （2-18）
c
式中：
A
c —单轴抗压强度；
P—只有轴向载荷时的破坏荷载； A—试件的截面面积。
图2-4 在刚性承压板之间压缩时岩石端面的应力分布图2-5 粗面岩的抗压强度与h／d的关系
（4）加载速度加载速度越大，表现强度越高) 我国规定加载速度为0.5～0.8MPa/s （5）环境含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。温度：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高强度越小。
由于试件端面与承压板之间的摩擦力，使试件端面部分形成了约束作用，而这一作用随远离承压板而减弱，使其表现为拉应力。在无侧限的条件下，由于侧向的部分岩石可自由地向外变形、剥离，最终形成圆锥形破坏的形态。因此，在试验时一般要求在试件的端面与承压板之间加润滑剂，以减少试验时的端部效应。
c
c
c d 0.788 0.22 h
（2-19）
由图2—5可见，当试验结果
h / d 2.0 3.0
时，曲线趋于稳定，
c

c
值不随
h/d
的变化而明显变化。
国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会制定的《岩石力学试验建议方法》中，建议岩
石单轴抗压强度试验试件的高径比为2.5～3.0。
（1）单轴抗压强度的试验方法在岩石力学中，岩石的单轴抗压强度是研究最早、最完善的特性之一。按中华人民共和国岩石试验方法标准的要求，单轴抗压强度的试验是在带有上、下块承压板的试验机上进行，按一定的加载速度单向加压直至试件破坏。

岩体力学02-岩石的物理力学性质

3
密度和重度在进行岩体工程稳定性计算评价、自重应力计算时是常用的参数
g—重力加速度，工程计算时一般取10m/s2。
3、岩石的颗粒密度岩石的颗粒密度（ s）是指岩石固体物质的质量与固体
的体积之比，即
s
ms Vs
g / cm
3
岩石颗粒密度只取决于矿物成分。
Vs—颗粒体积； ms—颗粒质量
（一）岩石的质量与重量指标——密度与重度
1、天然密度（）岩石在天然条件下单位体积的质量，即
岩石天然密度越大，其工程性质越好。影响因素是矿物成分、孔隙与微裂隙发育程度以及含水量。
V—岩石试件的总体积； m—岩石试件的总质量

m V
g / cm
3
测定方法有量积法、水中称重法、蜡封法等，试件数量不少于5个 2、饱和密度（ sat）岩石中空隙全部被水充填时单位体积的质量，即
量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，即
Wa
大开空隙率与吸水率的关系
mw 1 100 % ms
VVb dWa nb 100% dWa V w
2、饱和吸水率(Wsat) 岩石试件在煮沸、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，即
kv
0.2~0.4 0.4~0.6 0.6~0.8 0.8~0.9
kf
<0.4 0.4~0.8 0.8~0.9
未风化
>5000
0.9~1.0
0.9~1.0
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）
硬质岩石风化风化程度野外描述
硬质岩石风化风化程度野外描述
四、岩块的工程分类

岩石的物理力学性质讲解

4、岩石的崩解性
式中：
Id2

mr md
W2 W0 100% W1 W0
Id2 ——两次循环试验求得的耐崩解指数，在0～100% 之间变化；
md——试验前试块的烘干质量； mr——残留在圆筒内试块的烘干质量； W1 ——试验前试件和圆筒的烘干重量； W2——第二次循环后试件和圆筒的烘干重量； W0——试验结束冲洗干净后圆筒的烘干重量。
2、干密度（ρ d）和干重度(γ d )
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。
d
Ws V
d d g
（g/cm3） (kN /m3)
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)
E切＝
a a
2 2
a1 a1
割线模量：
是曲线上某一点与坐标原点连线的斜率。
E割
工程上常用E50 ：
E50

50 50
初始模量反映了岩石中微裂隙的多少。切线模量反映了岩石的弹性变形特征割线模量反映了岩石的总体变形特征。
c 具有粘性的弹性岩石
由于应变恢复有滞后现象，即加载和卸载曲线不重合，加载曲线弹模和卸载弹模也不一样。P点加载弹模取过P点的加载曲线的切线斜率，P 点卸载弹模取过P 点的卸载曲线的切线斜率。
nb
Vnb V
Ws V
Vnb Ws
Ws Vnb1 d1
V W1
w
式中：W s为干燥岩石的重量；γ d,γ w分别为干燥岩石和水的重度。
（2）岩石的饱水率（ω2）

第2章岩石的物理力学性质

第二章岩石的物理力学性质
目录
1、岩石的物理性质 2、岩石的强度特性 3、岩石的变形特性 4、岩体结构面的力学性质 5、岩体的力学性质 6、工程岩体的分类 7、岩石力学性质的时间效应
2.1 岩石的物理性质
岩石由固体、液体和气体三相介质组成，其物理性质是指因岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现出来的物理状态。
（2）变角板剪切试验（图） P (cos f sin ) A P (sin f cos ) A
此法的主要缺点是a角不能太大，也不能太小。
4 岩石的三轴压缩强度（Triaxial compressive strength）
岩石试件在三向压应力作用下能抵抗的最大轴向压力。
体积变形模量：平均正应力与单位体积变形之比
e V e 1 2 3 V K

切变模量：弹性或准弹性的切变模量
E G 2(1 )
岩块的变形模量和泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响，变化很大（图）。
f c tan
大量研究表明：当压力不大时（小于 10MPa），直线形强度包络线能够满足工程要求，是目前应用最为广泛的强度理论。
（2）二次抛物线形莫尔强度准则（图）软弱至中等硬度完整岩石，如泥灰岩、砂岩、泥岩等岩石的强度包络线近似于二次抛物线。
n( t )
VD D / D 100%
（2）岩石的侧向约束膨胀率
VHP H1 / H 100%
（3）膨胀压力
6 岩石的透水性达西定律
Vx kix
岩石的渗透系数一般都很小，新鲜致密岩石的渗透系数一般均小于10-7cm/s。裂隙发育时，渗透系数一般比新鲜岩石大4～ 6个数量级。

岩石力学作业

岩石力学习题第一章绪论1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。

1.2 岩体的力学特征是什么？1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。

1.5 岩石力学的研究方法有哪些？第二章岩石的物理力学性质2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。

2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。

2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。

2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。

2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。

2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。

2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。

2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算：1)内摩擦角。

岩石力学-岩体力学性质

裂隙度岩体破碎程度分类（一）裂隙度K 切割度
单组结构面多组结构面实例： k=4/10=0.4/m d=1/k=2.5m
1.单组节理设勘测线长度为 l ，在 l 上出现的节理的个数为n，则 k = n l 节理之间的平均间距为
l 1 d = = n k
10m
按间距分类
d>180cm d=30~180 d<30 d<6.5
块裂结构岩体
断续结构岩体
散体结构岩体
碎裂结构岩体
碎裂结构岩体
2.2.4岩体结构的相对性及工程岩体结构的唯一性
2.3岩体结构面及其充填物
结构面：具有一定方向、延展较大而厚度较小的二维面状地质界面。 2.3.1结构面的类型及特征
沉积结构面岩浆结构面原生结构面
结构面分类
变质结构面构造结构面次生结构面
抗剪强度
节理Байду номын сангаас切向变形
节理变形扩容现象
（一）节理强度与剪切变形的关系节理“τ − δ ”曲线分为4类。见下图强度准则：τ
= c + σ tg ϕ
a-充填节理
b-齿状节理
c-充填齿状节理
d-复位式
四种典型的节理强度和位移关系曲线
（二）节理抗剪强度和扩容分析
基本理论：库仑准则 τ = c + σ tg ϕ 滚动摩擦类型：面接触、齿状接触转动摩擦
δn −ξ = s δ ξ δ
max n
−δ
n

n
t
法向刚度： K
n
K n 0 δ max + δ = K n0 K n 0 δ max = K n0 1 − K JCS = 0 . 02 δ n0 δ

第二章岩石的基本物理力学性质

胀系数k来表示。
碎胀系数不是一个固定值, 是随时间
而变化的。
永久碎胀系数(残余碎胀系数)：不能
再压密时的碎胀系数称为永久碎胀系数。
6)硬度、弹性波传播速度
岩石的力学性质包括：强度特性和变形特性。
2.2 岩石的力学性质
概念
（1）屈服：岩石受荷载作用后，随着荷载的增大，
由弹性状态过渡到塑性状态，这种过渡称为屈服。
方形试件：

t
2P = p ah
式中：P—破坏时的荷载，N; a，h—方形试件边长和厚度，cm。
不规则试件（加压方向应满足h/a≤1.5 ）：

t
= V
P
2 / 3
式中：P—破坏时的荷载，N; a—加压方向的尺寸； h—厚度； V—不规则试件的体积。
由于岩石中的微裂隙，在间接拉伸试验中，外力都是压力，必然使部分微裂隙闭合，产生摩擦力，从而使测得的抗拉强度值比直接拉伸法测得的大。
双向抗压>单向抗
压>抗剪>抗拉
几种岩石的强度值
岩石种类抗压强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 弹性模量 /MPa 泊松比内摩擦角 /o 内聚力 /MPa
花岗岩流纹岩安山岩辉长岩玄武岩砂岩页岩石灰岩白云岩片麻岩大理岩石英岩板岩
100~250 180~300 100~250 180~300 150~300 20~200 10~100 50~200 80~250 50~200 100~250 150~350 60~200
I
s
= P / De 2
3
De为等效直径，mm；对于岩心径向试验，De = D；
对于岩心轴向、方块体或不规则体，De2 =4A/π，其中A=HB，H两加载断点之间的距离，mm； B通过两加载点的试样最小截面上垂直于加载轴的平均宽度，mm。

2.岩石的物理力学性质上-岩石力学(张子兴)

下关系：
g
式中， ——重力加速度，m/s2。
g
（2-2）
8 第8页，共79页。
第2章岩石的物理力学性质
2.2.2 比重 specific gravity
岩石的比重就是岩石的干重量除以岩石的实体积（不包括岩石中孔隙体积）所得的量
与 1 个大气压下 40C 时纯水的容重的比值，可由下式计算：
Gs
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。
岩石的构造（ structure ）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。
3
第3页，共79页。
第2章岩石的物理力学性质
§2.2 岩石的基本物理性质
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。
19 第19页，共79页。
第2章岩石的物理力学性质
常见岩石的物理性质指标值
20 第20页，共79页。
郭璞《葬经》
• 夫土欲细而坚，润而不泽，裁肪切玉，备具五色
（穴场的土欲细嫩，润而无余气，如切脂肪裁脆玉，并且具备五行）。
容重。 w
、干容重
和饱和 d
•测定岩石的容重可采用量积法（直接法）、水中法或蜡封法。具体采取何种方法，应根据岩石的性质和岩样形态来确定。
6 第6页，共79页。
第2章岩石的物理力学性质 7
第7页，共79页。
第2章岩石的物理力学性质
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，用表示，单位一般为kg/m3。它与岩石容重之间存在如

岩体力学第2章

假三轴
一岩石的单轴抗压强度
1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面积上承受的荷载。
Rc P / A
式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A——试件截面积
2.试件标准：
圆柱形试件：Φ4.8－5.4cm ，高H=（2－2.5) Φ
长方体试件：边长 L= 4.8－5.4cm , 高H=（2－2.5)L
原因分析：各种矿物膨胀系数的差异；孔隙水结冰体积增大对岩石结构的破坏。
第二节
岩石的强度特性
工程师对材料提出两个问题 1 最大承载力——容许应力[ ] ？ 2 最大允许变形－－容许应变[ ]？本节讨论[ ]问题强度：材料受力时抵抗破坏的能力。单向抗压强度强度单向抗拉强度剪切强度三轴压缩真三轴
（m3/s）
——水头变化率；
qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
达西实验
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标） Rcd——干燥单轴抗压强度、 Rcc
R / R cc cd ——饱和单轴抗压强度；

（ 1 ）越小，表示岩石受水的影响越大。
H HP 100 % H
③、膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保
持原有体积所施加的最大压力。
实验方法：预先施加0.01MPa，变形浸水膨胀0.001mm时，恢复原有体积需要的压力。
五、岩石的其它特性
岩石的抗冻性：岩石在多次冻融条件下力学特性。
Kf
Rf RS
实验在±25摄氏度的温度区间内，反复冻融试件多次后，测量其单轴抗压强度剩余值。
式中 tanφ－岩石抗剪切内摩擦系数

岩石力学复习重点

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0C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。