35岩石的工程性质及工程分类
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岩土工程分类与分级
• 空隙率( porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
第一章 岩石的性质及其工程分级
岩石岩体岩块的特性，物理性质的概念，力学性质的几个指标，3个工程分级一、基本概念1. 岩块是指从地壳岩层中切取出来的不包含显著弱面的小块体。
2. 岩体是指地下工程周围较大范围的自然地质体。
由固、液、气三相物质组成。
3. 岩石是指不分岩块和岩体的泛称。
但多数岩石力学文献中把岩石等同于岩块。
4. 弱面又称为结构面或不连续面，是指由于各种地质作用，岩体中呈现的明显地质界面，如层理、节理、断层和裂隙面等，它们往往具有强度低、易变形等特点。
5. 层理（或层面）指岩石沉积过程中的原生成层构造。
6. 节理指由于地质构造而产生的将岩体切割成具有一定几何形状的岩块的裂隙系统。
也是岩体中未发生位移的（包括实际的或潜在的）破裂面。
7. 断层指岩体在构造应力作用下发生破裂，沿破裂面两侧的岩体发生显著的位移或失去连续性和完整性而形成的一种断裂构造。
8. 表土指覆盖在地壳上部的第四纪沉积物如黄土、粘土、流沙、淤泥、砾石等的统称。
9. 基岩指表土以下的固结性岩石，或者在土壤及其他疏松物不存在处出现于地表的岩石。
•二、岩块与岩体的关系岩体＝岩块＋结构面•不连续的，非均质的，各向异性的，非线弹性的，–四、岩体的尺寸效应–对于工程岩体而言，岩体结构类型随工程尺寸的变化而不同。
因此，岩体结构是相对的，只有在确定的地质条件和工程尺寸条件下，工程岩体结构才是唯一确定的。
–工程岩体结构不同，岩体的力学机制和工程的稳定性分析方法也就不同。
•五、影响岩石性质的因素1. 岩石的矿物组成•岩石是由一种或多种矿物组成的。
每种矿物都各有其一定的内部结构和比较固定的化学成分，因而也各具有一定的物理性质和形态。
一般来说，岩块中含硬度大的粒状和柱状矿物如石英、长石、角闪石、辉石和橄榄石等愈多，岩块的强度就愈高；含硬度小的片状矿物如云母、绿泥石、滑石、蒙脱石及高岭石等愈多，岩块的强度就愈低。
2. 岩石的结构——岩石的微观组织特征•当矿物成分一定，呈现细晶、隐晶结构时，岩块强度往往比较高。
岩石性质及其工程分级
ＲＣ—岩石单向抗压强度，MPa； 10—单位为MPa；
岩石按坚固性分级
2．根据锚喷支护需要，按照煤矿岩层特点制 定的围岩分类。
3．美国采用的岩心质量指标分级法（R．Q．D） 即钻探时将钻孔中直接获取的岩心的总长 度，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度，再与钻 孔总进尺相比。具体计算岩心长度时，只计算 大于10cm的坚硬和完整的岩心，即：
表土：建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土， 也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。 基岩：表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质 岩。(露出地表的基岩露头)
岩块：
泰山：仙人桥 世界地质公园
岩体：
峨眉山岩体崩塌
自然岩体景观
表土和基岩
二 岩石的物理性质
岩石是赋存在自然界中的十分复杂的杂质， 是自然界各种矿物的集合体
岩石的孔隙性
岩石的水理性质
岩石的水理性质指岩石与水相互作用时所表 现的性质，包括岩石的吸水性、透水性、软化性和 抗冻性。 吸水性：岩石在一定的试验条件下吸收水分的 能力； 透水性：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； 软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质； 抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力；
四
岩石的工程分级
一、岩石工程分级的必要性
二、分级方法
一、岩石工程分级的必要性：
按成因不同，将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质 岩三类，对于采掘工程来说，又要求对岩石进行定量 的区分，以便能正确地进行工程设计，合理地选用施 工方法、施工设备、机具与器材，准确地制定生产定 额和材抖消耗定额等。因此，提出了岩石工程分级与 岩体工程分类问题。
岩石的性质及其工程分级
引入
岩石是构成地壳表层岩石圈的主题，目前 人类前所未有、广泛地接触和改造岩体。 20世纪被誉为高层建筑的世纪，而21世纪 出于环境保护等方面的原因，人类将向地下索 取更多的空间，因此专家预言21世纪将是地下 工程的世纪，故我们有必要对岩石的物理性质、 力学性质及工程分级有一定的认识。
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。
岩石的工程分类
岩石的工程分类岩石工程是指在工程建设中，对矿山岩体、地下岩体或地表岩体进行工程治理、开采、支护、加固、加固和回填等一系列工程活动。
在不同的岩体类型、构造属性、力学性质和应力状态下，应采取不同的工程措施和技术。
岩石工程分类岩石工程分为以下几类：矿山岩体工程矿山岩体工程是指在不同的矿山类型中，如金属矿山、非金属矿山、煤矿、盐矿等，在开采过程中进行岩体治理、控制地表沉降、支撑和加固等工程活动。
需要根据岩石结构、地质构造、地应力和水文地质等特性，统筹规划、科学规划、整体实施岩体工程活动。
隧道岩体工程隧道岩体工程是指在隧道工程中，对不同的地层进行岩体勘察、隧道开挖、支护和加固等工程活动。
需要在岩体类型、地层厚度、地应力状态、岩体难度等因素的影响下，设计出科学的隧道岩体工程方案。
地下岩体工程地下岩体工程是指在地下建筑、地下加油站、地下管道、地下公路、地下铁路和地下车库等建筑工地中，对地下岩体进行工程控制、加固和对岩层过程中进行可持续发展的科学规划。
需要根据不同的地质特征、水文地质特征和地应力约束等因素，设计出最佳的地下岩体工程方案。
地表岩体工程地表岩体工程是指在地表开挖、采石、挖掘隧道、建筑污水处理站、防洪工程、海堤防浪等工程中，对地表岩体实施开采、挖掘、运输、加固等工程活动。
需要根据地表岩体类型、构造特征、地质构造、地应力约束、可持续发展因素等因素，设计出最佳的地表岩体工程方案。
结论物理力学学科是岩石工程学科最基础的学科，为岩石工程提供基础、方法和手段。
在做好岩石工程方案和方案实施之前，应根据不同的岩石类型和工程特征，科学优化方案并评估其可行性。
同时，岩石工程应遵循沟通、合作和共享的原则，为科技创新和经济发展提供动力和支持。
岩石的工程地质性质
1、岩石矿物成分 2、岩石结构、构造（矿物颗粒间的连结、颗粒大 小与形状、空隙性等） 3、岩石含水状态 4、实验条件：如试件形状、大小、高径比、加荷 速率
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t
2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
(2)岩石的抗拉强度——岩石单向受拉时，能承受的最 大拉应力。 用于岩体稳定性评价
①直接拉伸试验
②劈裂法
t
2Pt
d l
③岩点石荷载的试抗验拉强度远低于其抗压强度
1/10
P64表5-6
(3)岩石的剪切强度——岩石受剪力作用时抵抗剪切破坏 的最大剪应力。岩体稳定性计算必需的参数:C和φ
①抗剪断强度
泊松比μ 工程上，常采用应力—应变曲线上抗压强度50%的应变点
的横向应变与轴向应变之比。
二、单向受力条件下的岩石强度
根据外力的性质
岩石的抗压强度 岩石的抗拉强度 岩石 剪断破坏
为什么岩石破坏的类型只有拉断和剪断 两种，而没有“压坏”的说法？
答： 岩石的破坏实质上是由于岩石内部的某个(些)面
．． ．．
非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：
微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂 面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构完全 破坏，但仍具有整体性。
．．
上界应力称为峰值强度（单轴抗压强度）
微裂隙聚结与扩展阶段：
裂隙扩展成分叉状，并相互联合形成宏 观断裂面，应力随应变增加而降低。
． ．
弹性极限（比例极限） 屈服极限 峰值强度（单轴抗压强度） 残余强度
微裂隙及孔隙闭合阶段 A
可恢复弹性变形阶段 B
部分弹性变形至微裂隙 扩展阶段 C 非稳定裂隙扩展至岩石结 构破坏阶段 D 微裂隙聚结与扩展阶段 E
沿破断面滑移阶段 F
微裂隙及孔隙闭合阶段： 裂隙及孔隙逐渐被压密。非线性变形，曲线上凹
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。
岩石的工程性质
于岩石孔隙、裂隙的大小和连通情况。岩石的透水性用渗透系数（K）来表示。 岩石名称 花岗岩 玄武岩 砂岩 页岩 石灰岩 白云岩 片岩 岩石渗透系数K/(m·s-1) 室内实验 野外实验 10-7~10-11 10-4~10-9 10-12 10-2~10-7 3×10-3~8×10-8 10-3~3×10-8 10-9~5×10-13 10-8~10-11 10-5~10-13 10-3~10-7 10-5~10-13 10-3~10-7 10-8 2×10-7
Vn n 100 % V
岩石中孔隙（含裂隙）的体积，cm3 岩石的总体积，cm3
岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、
构造运动及变质作用的影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔隙率的
变化也很大。
常见岩石的物理性质
岩石名称 花岗岩 正长岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 玄武岩 安山岩 凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩 石灰岩 泥灰岩 白云岩 片麻岩 花岗片麻岩 片岩 板岩 大理石 石英岩 蛇纹岩 石英片岩 相对密度ds 2.50~2.84 2.50~2.90 2.60~3.10 2.70~3.20 2.60~3.10 2.50~3.30 2.40~2.80 2.50~2.70 2.67~2.71 2.60~2.75 2.57~2.77 2.40~2.80 2.70~2.80 2.70~2.90 2.60~3.10 2.60~2.80 2.60~2.90 2.70~2.90 2.70~2.90 2.53~2.84 2.40~2.80 2.60~2.80 重度λ /(kN/m-3) 23.0~28.0 24.0~28.5 25.2~29.6 25.5~29.8 25.3~29.7 25.0~31.0 23.0~27.0 22.9~25.0 24.0~26.6 22.0~27.1 23.0~27.0 23.0~27.7 23.0~25.0 21.0~27.0 23.0~30.0 23.0~33.0 23.0~26.0 23.1~27.5 26.0~27.0 28.0~33.0 26.0 28.0~29.0 孔隙率n/% 0.04~2.80 0.18~5.00 0.29~4.00 0.29~5.00 0.30~7.20 1.10~4.50 1.50~7.50 0.80~10.00 1.60~28.30 0.40~10.00 0.50~27.00 1.00~10.00 0.30~25.00 0.70~2.20 0.30~2.40 0.02~1.85 0.10~0.45 0.10~6.00 0.10~8.70 0.10~2.50 0.70~3.00
Vn n 100 % V
岩石中孔隙（含裂隙）的体积，cm3 岩石的总体积，cm3
岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构构造，同时也受风化作用、岩浆作用、
构造运动及变质作用的影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔隙率的
变化也很大。
常见岩石的物理性质
岩石名称 花岗岩 正长岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 玄武岩 安山岩 凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩 石灰岩 泥灰岩 白云岩 片麻岩 花岗片麻岩 片岩 板岩 大理石 石英岩 蛇纹岩 石英片岩 相对密度ds 2.50~2.84 2.50~2.90 2.60~3.10 2.70~3.20 2.60~3.10 2.50~3.30 2.40~2.80 2.50~2.70 2.67~2.71 2.60~2.75 2.57~2.77 2.40~2.80 2.70~2.80 2.70~2.90 2.60~3.10 2.60~2.80 2.60~2.90 2.70~2.90 2.70~2.90 2.53~2.84 2.40~2.80 2.60~2.80 重度λ /(kN/m-3) 23.0~28.0 24.0~28.5 25.2~29.6 25.5~29.8 25.3~29.7 25.0~31.0 23.0~27.0 22.9~25.0 24.0~26.6 22.0~27.1 23.0~27.0 23.0~27.7 23.0~25.0 21.0~27.0 23.0~30.0 23.0~33.0 23.0~26.0 23.1~27.5 26.0~27.0 28.0~33.0 26.0 28.0~29.0 孔隙率n/% 0.04~2.80 0.18~5.00 0.29~4.00 0.29~5.00 0.30~7.20 1.10~4.50 1.50~7.50 0.80~10.00 1.60~28.30 0.40~10.00 0.50~27.00 1.00~10.00 0.30~25.00 0.70~2.20 0.30~2.40 0.02~1.85 0.10~0.45 0.10~6.00 0.10~8.70 0.10~2.50 0.70~3.00
第一章岩石的性质及其工程分级.
（3）影响碎胀系数大小的因素 岩石的物理性质、破碎后的块度大小及其排列状 态。
（4）残余碎胀系数K' —岩石破碎后经过压实的总体积V1 '与原岩破碎 前整体状态下的体积V之比。
（5）碎胀系数的意义 选择装岩、运输、提升设备；爆破空间大小； 直接顶垮落后的高度。
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
V
3）重度（容重）γ ：
指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度。
γ= ρ g
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
1.2.2 岩石的孔隙性
岩石的孔隙性
——是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度 （率）n和孔隙比e来表示。
1）孔隙度n
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积
之比。
n V VC
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的 质量与同体积水的质量的比值。
计算公式为： 式中：
G d
Vc W
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3； ρW—水的密度，g／cm3。
1 Vc
1 Vc
G
1 C
(1 C )100%
V
V GV
dw
dw
2）孔隙比e
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体
矿物体积之比。 e
V
VC
V
1 dW
1
VC
V C山东科技大学资源C与环境工程学院资源工程系
1.2.2 岩石的孔隙性
3）孔隙度n和孔隙比e的关系
岩石的性质：与其矿物组成有关，与结构、构造有关。 （2）岩体
（4）残余碎胀系数K' —岩石破碎后经过压实的总体积V1 '与原岩破碎 前整体状态下的体积V之比。
（5）碎胀系数的意义 选择装岩、运输、提升设备；爆破空间大小； 直接顶垮落后的高度。
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
V
3）重度（容重）γ ：
指单位体积岩石所受的重力，又称重力密度。
γ= ρ g
山东科技大学资源与环境工程学院资源工程系
1.2.2 岩石的孔隙性
岩石的孔隙性
——是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，常用孔隙度 （率）n和孔隙比e来表示。
1）孔隙度n
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积之和与试件总体积
之比。
n V VC
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的 质量与同体积水的质量的比值。
计算公式为： 式中：
G d
Vc W
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3； ρW—水的密度，g／cm3。
1 Vc
1 Vc
G
1 C
(1 C )100%
V
V GV
dw
dw
2）孔隙比e
岩石试件内各种孔隙、裂隙的体积总和与试件内固体
矿物体积之比。 e
V
VC
V
1 dW
1
VC
V C山东科技大学资源C与环境工程学院资源工程系
1.2.2 岩石的孔隙性
3）孔隙度n和孔隙比e的关系
岩石的性质：与其矿物组成有关，与结构、构造有关。 （2）岩体
岩石力学(岩石的性质及分类)
第一章岩石的物理性质及岩石工程分类学习对象岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
学习内容岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数。
学习目的掌握有关概念，特别是掌握岩石及岩石的结构特征、岩石的不连续性、不均匀性和各向异性岩石的各项指标。
掌握岩石的容重、密度比重、孔隙率和孔隙比；含水量、吸水率与饱和系数；渗透系数等计算。
1.1 岩石及岩石的结构特征1岩石工程岩石力学的研究对象是岩石。
岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体。
岩石通常按地质成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩等三种类型，下图为三类岩石的部分岩体。
a、岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝而形成的岩石，绝大多数岩浆岩是由结晶矿物所组成，由于组成它的各种矿物化学成分和物理性质较为稳定，它们之间的联结是牢固的，因此岩浆岩通常具有较高的力学强度和均质性。
工程中常遇到的岩浆岩有花岗岩、玄武岩等。
b、沉积岩沉积岩是母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）经风化剥蚀而产生的物质在地表经搬运沉积和硬结成岩作用而形成的岩石组成。
沉积岩的主要物质成分为颗粒和胶结构。
颗粒包括各种不同形状及大小的岩屑及某些矿物；胶结物常见的成分有钙质、硅质、铁质以及泥质等。
沉积岩的物理力学性质不仅与矿物和岩屑有关，而且也与胶结物性质有关。
沉积岩具有层理构造，这使得它的物理力学性质具有方向性。
工程建设中常见的沉积岩有灰岩、砂岩、页岩等。
c、变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。
它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征，也常常残留有原岩的某些特点。
因此，变质岩的物理力学性质不仅与原岩的性质有关，而且与变质作用的性质及变质程度有关。
工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。
岩石的力学性质与工程分级
普氏围岩分级表
坚固 性系 数f
20 15
级别
坚固性程度
岩石性质
Ⅰ Ⅱ
最坚固的岩石 很坚固的岩石
Ⅲ
Ⅲa Ⅳ
坚固的岩石
坚固的岩石
最坚固、最致密的石英岩及玄武岩。其它最坚 固的岩石 很坚固的花岗岩类：石英斑岩、很坚固的花岗 岩，硅质片岩；坚固程度较Ⅰ级岩石稍差的石 英岩；最坚固的砂岩及石灰岩 花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；很坚固的 砂岩及石灰岩；石英质矿脉，坚固的砾岩；很 坚固的铁矿石
注： •将每一种岩石划分到这种或那种等级时，不仅仅单独地按照其名称 ，而且必须按照岩石的物理状态，并根据它的坚固性与分级表中列 出的诸岩石进行比较。风化的、破碎的、打碎成个体的、经断层挤 压过的、接近于地表的岩石，一般说来，应当把它划分到比处于完 整状态的同种岩石稍低的等级中； •上述的岩石坚固性系数，可以认为是对所有各种不同方面岩石相对 坚固性的表征，它在采矿中的意义在于：手工开采时的采掘性；浅 眼以及深孔的凿眼性；应用炸药时的爆破性；在冒落时的稳定性； 作用于支架上的压力等等； •在分级表中指出的数值是对某一类岩石中所有岩石而言的（例如： 页岩类，石英岩类，石灰岩类等等），而不是对此类个别岩石而言 的；因而，在特定情况下确定f值时，必须十分慎重，并且这一f值 在不同的情况下是不一样的。
课题一 岩石的力学性质 一、岩石的变形特征 岩石在外荷载作用下，因应力增加会发 生相应的应变。当荷载增大到破坏值，或荷 载达到某一数值而恒定保持下去，均会导致 岩石破坏。变形和破坏是岩石在荷载作用下 的两个发展阶段。变形中包含着破坏的因素， 而破坏是变形发展所致。
（一）静载荷下岩石的变形特征
OA段，应力应变曲线呈上凹型，这是岩石中原 有裂隙和孔隙受压后逐渐闭合所致，称为裂隙 压密闭合阶段。 AB段，应力应变曲线呈直线型，即曲线的斜率 近似为常数，称为线弹性阶段。 BC段，应力应变曲线呈下凹型，曲线斜率逐渐 减小，此阶段内局部破损逐渐增大而导致岩石 达到强度极限C点，称为破裂发展阶段。 CD段，为应力应变曲线的软化阶段。
工程地质第7讲：岩石工程性质评价与岩石工程分类
胶结方式： 基底式胶结：受胶结物成分控制； 孔隙式胶结：与碎屑颗粒成分、形状及胶结
物成分有关，变化很大； 接触式胶结：透水性强，强度低。
结晶结构：一般情况下工程性质良好。
生物结构：常见的煤层及与之共生的煤系地层， 工程性质差。
沉积构造的影响 层理：各向异性，产状影响建筑物的稳定性。
缝合线构造、泥裂、波纹、交错层理及层间角 砾岩块等，使得岩层层面参差不齐，上下相邻 岩层相互咬合很牢，利于碎屑岩层的稳定。
结构影响: 结晶程度影响： 结晶矿物结合力强，孔隙小，孔隙度低， 稳颗定粒性大好小，影强响度：一般较高。
细粒比粗粒高：如细粒花岗岩抗压强度260 MPa，粗粒花岗岩为120 MPa。
等粒比不等粒结构强度高：如等粒花岗岩 抗拉强度为18 MPa，斑状花岗岩则为4 MPa。
构造影响: 流纹、气孔、杏仁状构造：强度较块状低
（三）常见变质岩的工程性质评述 1．片理构造： 片理构造发育，工程性质各向异性。 千枚岩、滑石片岩、绿泥石片岩、石墨片岩 等工程性质差。 片麻岩石英、正长石含量较多，工程性质较 好。 2．块状构造： 石英岩和大理岩， 有良好的工程性质。
三、岩石的工程分类 铁路:按照土、岩石开挖的难易程度，规定了《土、 石的工程分级》；为了评价岩石强度特性，采用 以饱和单轴极限抗压强度为指标的《岩石强度分 类》。
1.物理性质
密度（ρ）和重度（γ）
r、rsat、rd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ρs）和比重（ds）
ds裂隙率（nKT）1
e
e
;
e n 1 n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
296-4
岩土的工程分类及工程性质
岩土的工程分类及工程性质【教材解读】一、岩土的工程分类1.根据《土的工程分类标准》(GB/T50145-2007)规定，土的基本分类按其不同粒组的相对含量，可划分为巨粒类土、粗粒类土、细粒类土。
2.根据《岩土工程勘察规》(GB50021-2001)规定，岩石坚硬程度分类为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。
根据地质成因，土可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲击土、淤积土、冰积土和风积土等。
根据粒径和塑性指数，土可划分为碎石土、砂土、粉土、黏性土。
碎石土：粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50%的土。
碎石土又分为：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。
砂土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50%,粒径大于0.075mm的颗粒质超过总质量50%的土。
砂土又分为：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。
粉土：粒径大于0. 075mm的颗粒质量不超过总质＞50%,且塑性指数等于或小于10的土。
黏性土：塑性指数大于10的土。
黏性土又分为：粉质黏土和黏土。
3.根据《建筑地基基础设计规》(GB50007-2011)的分类方法，作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。
4.根据土方开挖难易程度不同，可将土石分为八类，以便选择施工方法和确定劳动量，为计算劳动量、机具及工程费用提供依据。
(1)一类土：松软土。
主要包括砂土、粉土、冲积砂土层、疏松的种植土、淤泥(泥炭)等。
坚实系数为0.5-0.6,采用锹、锄头挖掘，少许用脚蹬。
(2)二类土：普通土。
主要包括粉质黏土，潮湿的黄土，夹有碎石、卵石的砂，粉土混卵(碎)石，种植土、填土等。
坚实系数为0.6-0. &用锹、锄头挖掘，少许用镐翻松。
(3)三类土：坚土。
主要包括软及中等密实黏土，重粉质黏土、砾石土，干黄土、含有碎石卵石的黄土、粉质黏土，压实的填土等。
坚实系数为0. 8-1.0,主要用镐，少许用锹、锄头挖掘，部分用撬棍。
(4)四类土：砂砾坚土。
第一章.岩石的性质及其工程分级
• 二、岩石的力学性质： • 1、岩石的强度特征： • 〈1〉静荷载下岩石的强度性质： • A、在大多数情况下，岩石表现为脆性破坏。 • B、同一中岩石的强度并非常数。影响岩石强度的因素有： 岩石的组成成分、颗粒大小、胶结情况、生成条件、层理构造、 孔隙度、温度、湿度、重度、风化程度、受力状态和时间等。 • C、在不同受力状态下，岩石的极限强度相差悬殊。 • 其规律为：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。 • 单向抗压强Rc；单向抗拉强度Rt；拉剪强度T之间的关系 为： • Rt/RC=5/1～1/38 • T/Rc=1/2～1/15 • T=﹙〈Rt-Rc〉/3﹚-2
岩石按坚固性分级一览表
• 在煤矿常见的岩石，坚固性系数4-8级居多。 • 优点：普氏岩石分级法简明，便于使用。 • 缺点：它没有反映岩体的特征，对少数岩石不适用。 如粘土，挖掘易，爆破难。 • 2、围岩分类法： • 根据岩体的结构和岩体强度来确定围岩的稳定 性。 • 其论点是：围岩稳定性主要取决于岩体的结构和 岩体强度，而不只是岩石试件的强度。 • 分为5类： • ﹙Ⅰ﹚稳定岩层； • ﹙Ⅱ﹚稳定性较好岩层； • ﹙Ⅲ﹚中等稳定岩层； • ﹙Ⅳ﹚稳定性较差岩层； • ﹙Ⅴ﹚不稳定岩层。 •
• • • • • • • • • •
问题： 1、井巷施工基本的过程是什么？ 2、岩石的水理性质有哪些？ 3、岩石的溶蚀性会对井下生产带来什么危害？ 4、岩石的膨胀性和崩解性有什么害处？ 5、什么是岩石的硬度？ 6、影响岩石强度的因素有哪些？ 7、岩石工程分级有何意义？ 8、普氏分级法的理论根据是什么？ 9、普氏分级法有何优缺点？
• 〈2〉岩石的透水性 • 岩石的透水性的大小与地下水头有关，与 岩体内的应力有关，与岩石的孔隙度、孔隙大小 及其连通情况有关。 • 不同岩石的透水性差别极大。 • 〈3〉岩石的溶蚀性： • 由于水的化学作用而把岩石中某些组成物 质带走的现象，称为岩石的溶蚀。 • 溶蚀现象在石灰岩中常见。在矿井生产过 程中，遇到灰岩后常有溶洞或溶洞水，会对井下 施工生产带来水患，十分危险。因此，在石灰岩 中掘进时要编制防治水措施，并严格执行。
岩石的工程性质及工程分类
§3.５ 岩石的工程性质 及工程分类
一、岩石的工程性质 二、岩石的工程分类
一、岩石的工程性质
重量性质 物理性质 孔隙性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 强度性质 变形性质
水理性质
力学性质
物理性 质
密度（ρ）和重度（γ）
r、rsat、rd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ρs）和比重（ds） ds=ρs /ρw 孔隙比（e）与孔隙度（n） 裂隙率（KT）
强度性质
干燥试样抗压强度 抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt) 抗 剪 强 度(τ) 点荷载强度（Is）
饱和试样抗压强度
冻融试样抗压强度 t sn tgj+c
P Is 2 D
回 弹 强 度（N）
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段
BC段：塑性变形、裂隙 扩展阶段
岩石变形性质的指标
n e ; 1 e e n 1 n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
水理性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性 岩石在浸水过程中具有的吸水性能 岩石容许水透过的能力 岩石浸水后强度降低的性能 岩石抵抗冻融破坏的性能 岩石被水溶解的性能 岩石吸水后体积增大引起岩石结构 破坏的性能 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
思考题：
1.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 2.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？
表示岩石吸水性的指标
吸水率（w1） 饱和吸水率（w2）
饱和系数（kw） 岩石的吸水性取决于本身所含裂隙、孔隙 的数量、大小、开闭程度及分布情况。
一、岩石的工程性质 二、岩石的工程分类
一、岩石的工程性质
重量性质 物理性质 孔隙性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 强度性质 变形性质
水理性质
力学性质
物理性 质
密度（ρ）和重度（γ）
r、rsat、rd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ρs）和比重（ds） ds=ρs /ρw 孔隙比（e）与孔隙度（n） 裂隙率（KT）
强度性质
干燥试样抗压强度 抗 压 强 度 (R) 抗 拉 强 度 (Rt) 抗 剪 强 度(τ) 点荷载强度（Is）
饱和试样抗压强度
冻融试样抗压强度 t sn tgj+c
P Is 2 D
回 弹 强 度（N）
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段
BC段：塑性变形、裂隙 扩展阶段
岩石变形性质的指标
n e ; 1 e e n 1 n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
水理性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性 岩石在浸水过程中具有的吸水性能 岩石容许水透过的能力 岩石浸水后强度降低的性能 岩石抵抗冻融破坏的性能 岩石被水溶解的性能 岩石吸水后体积增大引起岩石结构 破坏的性能 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
思考题：
1.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 2.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？
表示岩石吸水性的指标
吸水率（w1） 饱和吸水率（w2）
饱和系数（kw） 岩石的吸水性取决于本身所含裂隙、孔隙 的数量、大小、开闭程度及分布情况。
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。
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基底胶结的岩石，其强度和稳定性完全取决于胶结物的成分、孔隙胶结 的岩石，其强度和稳定性与胶结物和碎屑的成分都有关系，接触胶结的 岩石，一般孔隙度比较大，容重小，吸水率高，强度低、易透水。
碎屑岩的胶结方式
3. 构造的影响
构造对岩石工程性质的影响
主要是由矿物成分 矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩 矿物成分 结构的不连续性所决定的。 石结构的不连续 结构的不连续 前者如某些岩石所具有的片理构造、流纹状构造 等。岩石的这些构造，往往使一些强度低的矿物 强度低的矿物 沿一定方向富集，从而使岩石工程性质具有不均 沿一定方向富集 匀性； 后者如层理、节理和孔隙 层理、 层理 节理和孔隙等，使岩石工程性质呈 现各向异性的特点。
强度性质
抗 压 强 度 (R) ) 抗 拉 强 度 (Rt) 抗 剪 强 度(τ) )
干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度 τ =σn tgϕ+c
抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度
岩石变形性质的指标
变形模量 弹性模量 泊松比
E0=σ/ε
E50=σ50/εD
ν= −ε 横/ε纵
二、岩石的工程分类
根据不同的目的、用途， 根据不同的目的、用途，采 用不同的指标， 用不同的指标，可对岩石进行不同 的分类。 的分类。 （一） 岩石按坚硬程度的划分 （二） 岩石施工工程分级
三 影响岩石工程性质的因素
１.矿物成分 ２.结构 ３.构造 ４.水 ５.风化
1. 矿物成分
岩石是由矿物组成的，矿物成分的变化对岩石的 工程性质有直接的影响。尽管岩类相同、结构构 造也相同，如果矿物成分不同，岩石的工程性质 则有明显差别。但不能简单认为，含有高强度矿 物的岩石，其强度一定就高。只有在矿物分布均 匀，高强度矿物在岩石的结构中形成牢固骨架时， 才能增高岩石的强度。同时应注意云母类、粘土 类矿物的含量。
e n = ; 1+ e n e = 1− n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
水理性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性 岩石在浸水过程中具有的吸水性能 岩石容许水透过的能力 岩石浸水后强度降低的性能 岩石抵抗冻融破坏的性能 岩石被水溶解的性能 岩石吸水后体积增大引起岩石结构 破坏的性能 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
思考题： 思考题： 1.结构面的分类， 1.结构面的分类，结构面的特征 结构面的分类 2.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 2.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 影响岩石工程性质的因素有哪些 3.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？ 3.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？ 论述影响岩体工程性质的因素有哪些
B 结构面的特征
ⅰ.结构面的规模 ⅱ.结构面的形态 ⅲ.结构面的密集程度 ⅳ.结构面的连通性 ⅴ.结构面的张开度和充填情况
⑵ 结构体的类型
根据外形特征可分为： 根据外形特征可分为 柱状、块状、板状、 楔形岩体结构概念： ⅰ.岩体结构概念： 岩体结构概念
指岩体中结构面与结构体的组 合方式
§3.５ 岩石的工程性质 ５ 及工程分类
一、岩石的工程性质 二、岩石的工程分类
一、岩石的工程性质
重量性质 物理性质 孔隙性质 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 强度性质 变形性质
水理性质
力学性质
物理性质
密度（ ）和重度（ ） 密度（ρ）和重度（γ）
ρ、ρsat、ρd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ 和比重（ 颗粒密度（ρs）和比重（ds） ds=ρs /ρw 孔隙比（ ）与孔隙度（ ） 孔隙比（e）与孔隙度（n） 裂隙率（ 裂隙率（KT）
风化作用的化学过程
引起岩石中的某些矿物发生次生变化，从根本上 改变岩石原有的工程性质。
四 岩体的工程性质
1.岩体的概念 岩体的概念： 岩体的概念 指某一地点一种或多种岩石中 的各种结构面、结构体的总体． 的各种结构面、结构体的总体． 2.岩体结构分析 岩体结构分析 ⑴结构面 结构面 指存在于岩体中的各种地质界面。 指存在于岩体中的各种地质界面。
2 .结构的影响
岩石结构大致分为两类： 结晶联结和胶结联结 结晶联结是由矿物结晶或重结晶形成的。具有结合力强、孔 隙度小、结构致密等特点。岩石具有较高的强度和稳定性。 胶结联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的。胶结联结的岩 石，其强度和稳定性主要决定于胶结物的成分和胶结形式。
胶结物的成分中：硅质胶结的岩石强度和稳定性高，泥质的最低， 铁质和钙质的中等。 胶结形式分为基底胶结、孔隙胶结和接触胶结。
力学性质
强度性质 强度性质 变形性质 变形性质 岩石在外力作用下发生破坏 时所能承受的最大应力 岩石中质点产生位移
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段 BC段：塑性变形、裂隙 扩展阶段
岩石受外力作用，首先发生变形 （第一阶段----压密， 第二阶段弹性变形， 第三阶段塑性变形）， 继而超过其强度产生破 坏。
表示岩石吸水性的指标
吸水率（ 吸水率（w1） 饱和吸水率（ 饱和吸水率（w2） 饱和系数（ 饱和系数（kw） 岩石的吸水性取决于本身所含裂隙、孔隙 的数量、大小、开闭程度及分布情况。
岩石的透水性
指岩石容许水透过的能力，用渗透系数k来 表示。 水在孔隙、裂隙中渗透流动，大多服从达 西定律：
dh Q = K ⋅ ⋅F = K ⋅I ⋅F = v⋅F dl
4. 水的影响
岩石被水饱和后强度降低
由于水沿裂隙浸入，削弱矿物颗粒间的联结所致。 水对岩石强度的影响，在一定程度上是可逆的。 当岩石干燥后其强度可以恢复 干燥后其强度可以恢复。 干燥后其强度可以恢复
5. 风化的影响
风化作用的物理过程
使岩石的整体性遭到破坏，孔隙度增大，吸水性 和透水性显著增高，强度和稳定性大为降低。
ⅱ.岩体结构的基本类型可分为四种： 岩体结构的基本类型可分为四种： 岩体结构的基本类型可分为四种
整体块状结构 层状结构 碎裂结构 散体结构
2.岩体的工程地质特性
岩体的工程地质性质取决于： ⑴ 岩体的工程地质性质取决于：
首先，取决于岩体结构类形与特征 首先， 其次， 其次，取决于岩石的性质
⑵ 不同结构类型岩体的工程地质性质
A 结构面的划分
ⅰ.原生结构面 原生结构面 层面、 沉积结构面:层面、软弱夹层等 原生节理、流纹面、 火成结构面:原生节理、流纹面、与围岩
的接触面、凝灰岩夹层等 的接触面、 片麻理、 变质结构面:片麻理、片理等 断层面、节理、 ⅱ.构造结构面:破裂结构面:断层面、节理、劈理 断层破碎带、 等 构造软弱带:断层破碎带、层间 错动破碎带 风化裂隙、 ⅲ.次生结构面:风化裂隙、卸荷裂隙等
岩石的软化性
软化性用软化系数来表示，它是指岩石 饱和状态下与天然风干状态下单轴抗压强度 之比，即：
KR
Rc = R
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性。
岩石的抗冻性
表示岩石抗冻性的指标有： 表示岩石抗冻性的指标有： 强度损失率 重量损失率 岩石的抗冻性与岩石的结构有关。 岩石的抗冻性与岩石的结构有关。
碎屑岩的胶结方式
3. 构造的影响
构造对岩石工程性质的影响
主要是由矿物成分 矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩 矿物成分 结构的不连续性所决定的。 石结构的不连续 结构的不连续 前者如某些岩石所具有的片理构造、流纹状构造 等。岩石的这些构造，往往使一些强度低的矿物 强度低的矿物 沿一定方向富集，从而使岩石工程性质具有不均 沿一定方向富集 匀性； 后者如层理、节理和孔隙 层理、 层理 节理和孔隙等，使岩石工程性质呈 现各向异性的特点。
强度性质
抗 压 强 度 (R) ) 抗 拉 强 度 (Rt) 抗 剪 强 度(τ) )
干燥试样抗压强度 饱和试样抗压强度 冻融试样抗压强度 τ =σn tgϕ+c
抗压强度＞抗剪强度＞抗拉强度
岩石变形性质的指标
变形模量 弹性模量 泊松比
E0=σ/ε
E50=σ50/εD
ν= −ε 横/ε纵
二、岩石的工程分类
根据不同的目的、用途， 根据不同的目的、用途，采 用不同的指标， 用不同的指标，可对岩石进行不同 的分类。 的分类。 （一） 岩石按坚硬程度的划分 （二） 岩石施工工程分级
三 影响岩石工程性质的因素
１.矿物成分 ２.结构 ３.构造 ４.水 ５.风化
1. 矿物成分
岩石是由矿物组成的，矿物成分的变化对岩石的 工程性质有直接的影响。尽管岩类相同、结构构 造也相同，如果矿物成分不同，岩石的工程性质 则有明显差别。但不能简单认为，含有高强度矿 物的岩石，其强度一定就高。只有在矿物分布均 匀，高强度矿物在岩石的结构中形成牢固骨架时， 才能增高岩石的强度。同时应注意云母类、粘土 类矿物的含量。
e n = ; 1+ e n e = 1− n
ρ、ρs↑，n、e↓，岩石的工程性质↑
孔隙度多用于松散土、石，而裂隙率多 用于结晶连接的坚硬岩石。
水理性质
吸水性 透水性 软化性 抗冻性 可溶性 膨胀性 岩石在浸水过程中具有的吸水性能 岩石容许水透过的能力 岩石浸水后强度降低的性能 岩石抵抗冻融破坏的性能 岩石被水溶解的性能 岩石吸水后体积增大引起岩石结构 破坏的性能 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
思考题： 思考题： 1.结构面的分类， 1.结构面的分类，结构面的特征 结构面的分类 2.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 2.影响岩石工程性质的因素有哪些？ 影响岩石工程性质的因素有哪些 3.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？ 3.论述影响岩体工程性质的因素有哪些？ 论述影响岩体工程性质的因素有哪些
B 结构面的特征
ⅰ.结构面的规模 ⅱ.结构面的形态 ⅲ.结构面的密集程度 ⅳ.结构面的连通性 ⅴ.结构面的张开度和充填情况
⑵ 结构体的类型
根据外形特征可分为： 根据外形特征可分为 柱状、块状、板状、 楔形岩体结构概念： ⅰ.岩体结构概念： 岩体结构概念
指岩体中结构面与结构体的组 合方式
§3.５ 岩石的工程性质 ５ 及工程分类
一、岩石的工程性质 二、岩石的工程分类
一、岩石的工程性质
重量性质 物理性质 孔隙性质 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 强度性质 变形性质
水理性质
力学性质
物理性质
密度（ ）和重度（ ） 密度（ρ）和重度（γ）
ρ、ρsat、ρd （γ、 γsat、γd ）等
颗粒密度（ 和比重（ 颗粒密度（ρs）和比重（ds） ds=ρs /ρw 孔隙比（ ）与孔隙度（ ） 孔隙比（e）与孔隙度（n） 裂隙率（ 裂隙率（KT）
风化作用的化学过程
引起岩石中的某些矿物发生次生变化，从根本上 改变岩石原有的工程性质。
四 岩体的工程性质
1.岩体的概念 岩体的概念： 岩体的概念 指某一地点一种或多种岩石中 的各种结构面、结构体的总体． 的各种结构面、结构体的总体． 2.岩体结构分析 岩体结构分析 ⑴结构面 结构面 指存在于岩体中的各种地质界面。 指存在于岩体中的各种地质界面。
2 .结构的影响
岩石结构大致分为两类： 结晶联结和胶结联结 结晶联结是由矿物结晶或重结晶形成的。具有结合力强、孔 隙度小、结构致密等特点。岩石具有较高的强度和稳定性。 胶结联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的。胶结联结的岩 石，其强度和稳定性主要决定于胶结物的成分和胶结形式。
胶结物的成分中：硅质胶结的岩石强度和稳定性高，泥质的最低， 铁质和钙质的中等。 胶结形式分为基底胶结、孔隙胶结和接触胶结。
力学性质
强度性质 强度性质 变形性质 变形性质 岩石在外力作用下发生破坏 时所能承受的最大应力 岩石中质点产生位移
变形性质
OA段：裂隙压密阶段 AB段：弹性变形阶段 BC段：塑性变形、裂隙 扩展阶段
岩石受外力作用，首先发生变形 （第一阶段----压密， 第二阶段弹性变形， 第三阶段塑性变形）， 继而超过其强度产生破 坏。
表示岩石吸水性的指标
吸水率（ 吸水率（w1） 饱和吸水率（ 饱和吸水率（w2） 饱和系数（ 饱和系数（kw） 岩石的吸水性取决于本身所含裂隙、孔隙 的数量、大小、开闭程度及分布情况。
岩石的透水性
指岩石容许水透过的能力，用渗透系数k来 表示。 水在孔隙、裂隙中渗透流动，大多服从达 西定律：
dh Q = K ⋅ ⋅F = K ⋅I ⋅F = v⋅F dl
4. 水的影响
岩石被水饱和后强度降低
由于水沿裂隙浸入，削弱矿物颗粒间的联结所致。 水对岩石强度的影响，在一定程度上是可逆的。 当岩石干燥后其强度可以恢复 干燥后其强度可以恢复。 干燥后其强度可以恢复
5. 风化的影响
风化作用的物理过程
使岩石的整体性遭到破坏，孔隙度增大，吸水性 和透水性显著增高，强度和稳定性大为降低。
ⅱ.岩体结构的基本类型可分为四种： 岩体结构的基本类型可分为四种： 岩体结构的基本类型可分为四种
整体块状结构 层状结构 碎裂结构 散体结构
2.岩体的工程地质特性
岩体的工程地质性质取决于： ⑴ 岩体的工程地质性质取决于：
首先，取决于岩体结构类形与特征 首先， 其次， 其次，取决于岩石的性质
⑵ 不同结构类型岩体的工程地质性质
A 结构面的划分
ⅰ.原生结构面 原生结构面 层面、 沉积结构面:层面、软弱夹层等 原生节理、流纹面、 火成结构面:原生节理、流纹面、与围岩
的接触面、凝灰岩夹层等 的接触面、 片麻理、 变质结构面:片麻理、片理等 断层面、节理、 ⅱ.构造结构面:破裂结构面:断层面、节理、劈理 断层破碎带、 等 构造软弱带:断层破碎带、层间 错动破碎带 风化裂隙、 ⅲ.次生结构面:风化裂隙、卸荷裂隙等
岩石的软化性
软化性用软化系数来表示，它是指岩石 饱和状态下与天然风干状态下单轴抗压强度 之比，即：
KR
Rc = R
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性。
岩石的抗冻性
表示岩石抗冻性的指标有： 表示岩石抗冻性的指标有： 强度损失率 重量损失率 岩石的抗冻性与岩石的结构有关。 岩石的抗冻性与岩石的结构有关。