1-1 基础 岩石(1)
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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。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性： 渗透系数一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测 定的。
KdP Qx A dx
dh Qx k A dx
Q
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性：
W V
g
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度 岩石的容重可分为天然重度、干重度和饱和重度。
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
天然密度/容重、干密度/容重和饱和密度/容重
Wd d Vd
d d g
式中： W ——天然状态下岩石试件的质量(g); Wd——岩石试件烘干后的质量(g); WW——饱水状态下岩石试件的质量 (g); V——岩石试件的体积(cm3); g——重力加速度;
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 碎胀性：
岩石破碎后，其体积比原体积增大的性能,用碎胀 系数ξ来表示,采用岩石破碎后的体积VP 与原体积V的 比值表征。
VP V
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.
1.1 岩石的物理性质
1)孔隙率 (3)小开孔隙率nl:岩石试件内小开型孔隙的体积（VS)
占试件总体积(V)的百分比。
ns Vs 100% V
(4)总开孔隙率（孔隙率）no：岩石试件内开型孔隙的 总体积（V0)占试件总体积(V)的百分比。
nO VO 100% V
(5)闭孔隙率nc: 岩石试件内闭型孔隙的体积（Vc)占试
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性： 岩石发育大量裂隙、孔隙的性质
1)孔隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为：
(1)总孔隙率 n
(2)大开空隙率 nb (3)小开孔隙率 ns (4)总开孔隙率 no (5)闭孔隙率 nc 一般提到岩石的孔隙率时系指岩石的总孔隙率。
1.1 岩石的物理性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.5 热胀性：
一般认为，岩石的体胀系数������为线胀系数������的3倍
1.1岩石的物理性质(定义、指标与测定、影响因素，取值
等) A.重量指标 容重：岩石单位体积的重量，分干、天然和饱和 密度：岩石单位体积的质量，分干、天然和饱和 比重：岩石固体部分（不包括孔隙体积）的干质量（或重量） 与同体积4℃纯水的质量（或重量）之比值 B.孔隙性：岩石中发育有大量裂隙、孔隙的性质 C.水理性：岩石与水相互作用所表现的性质 天然含水率 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 D.碎胀性：岩石破碎后，其体积比原体积增大的性能
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
1)含水性：
岩石在天然状态下，含水的质量与烘干质量的比值，
称为岩石的天然含水率，以百分率表示。
mw 100% mdr
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： 岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸水量的大 小取决于岩石孔隙体积的数量、大小及其密闭程度。 岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
6)崩解性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
5)抗冻性： 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，用抗冻系数Cf表示。
岩石抗冻系数指岩石试样在±250C温度期间内，
反复降温、冻结、融解、升温，然后测量抗压强度下
降值（σc-σcf）与融冻试验前抗压强度σc之比的百分比 即
c cf Cf 100% c
根据饱水率求得岩石的总开孔隙率n0：
V0 Ws V0 Ws Vosa d sa n0 V V Ws V Wwsa w
式中：Ws为干燥岩石重量；
γd,γw干燥岩石和水的重度。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (3)岩石的饱水系数（kw） 岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
岩石固体部分（不包括孔隙体积）的干质量 （或重量）与同体积4℃纯水的质量（或重量） 之比值；
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
Ws Gs Vs w
Ws——干燥岩石的质量(g);
岩石力学
岩石力学
第二篇 岩石力学基础
第1章 岩石
2
1
4 5
物理性质
力学性质
√
2
3
7
影响因素
1.1 岩石的物理性质
1.1.1 重量指标
1.1.2 孔隙性质
1.1.3 水理性质
1.1.4 碎胀性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
岩石单位体积的质量，g/cm3； 岩石单位体积的重量，kN /m3；
1.1.5 热胀性：
岩石受热后体积或长度发生膨胀的性质称之为热胀性，
常用体胀系数或线胀系数来度量。
岩石的体胀系数������ 是指温度上升1℃所引起体积的增量与其
0℃时的体积之比。
Vt -V0 V0
线胀系数 ������是指温度上升l℃所引起长度的增量与其0℃时的 长度之比。
Lt -L0 L0
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
4)软化性：
岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的
性能，可用软化系数ηc表示。
软化系数：岩石试样在饱水状态下的抗压强度 σcw
与在干燥状态下的抗压强度σc之比。
cw c c
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
4)软化性： 各类岩石的软化系数
a Ks sa
饱水系数反映了岩石中大开孔隙和小开孔隙的相对含量。 饱水系数越大，岩石中的大开孔隙越多，而小开孔隙越少。 吸水性较大的岩石吸水后往往会产生膨胀，给井巷支护造成很大 压力。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性： 岩石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。
件总体积(V)的百分比。
nC
VC 100% V
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
1)孔隙率
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
2)孔隙比 孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积（V V)与岩石试件 内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
VV V Vs n e Vs Vs 1 n
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。
岩石的崩解性指数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。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (1)岩石吸水率(ωa)： 根据岩石的吸水率可求得岩石的大开孔隙率nb.
Vb Ws Vb Ws Vba d a nb w V V Ws V Ww
式中：W s为干燥岩石的重量；γd,γw分别为干燥岩石和水 的重度。
式中：GS——岩石的比重；
Vs——岩石固体体积(cm3);
ρW — 40C时水的密重。
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性： 岩石发育大量裂隙、孔隙的性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙；
开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。 包括大开型空隙和小开型空隙。 在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空 隙。只有在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小 开型空隙。
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
3)声波传播速度 岩石中的裂隙孔隙影响声波的传播速度。
Ci 1 Vl i Vl ,i
Vl IQ% ( ) 100% Vl
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
3)声波传播速度
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性： 岩石与水相互作用所表现的性质
然后逐级减压，直至荷载为 0 ，测定其
最大膨胀变形量，膨胀变形量与试件原始厚 度的比值即为膨胀率。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
6)崩解性： 岩石与水相互作用时失去粘结性并变为完全丧失 强度的松散物质的性质,一般用耐崩解指数 Id2 的表 示。其指标可在实验室用干湿循环试验确定。
试验过程：将经过烘干的试块 （ 500g, 分成约 10 块），放在带有 筛孔的圆筒内，使该圆筒在水槽中
1.1.2 孔隙性：
1)孔隙率 (1)总孔隙率n: 岩石试件内孔隙的体积（VV)占试件总 体积(V)的百分比。
Vv n 100% V
(2)大开孔隙率nb:岩石试件内大开型孔隙的体积（Vb) 占试件总体积(V)的百分比。
Vb nb 100% V
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (2)岩石的饱和吸水率（ωsa ） 岩石的饱水率指在高压（ 150 个大气压）或真孔条件
下，岩石吸入水的重量Wsa与岩石干重量Ws之比，即：
msa mdr sa 100% mdr
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (2)岩石的饱水率（ωsa ）
谢谢
47
以 20r/min, 连续旋转 10 min, 然后
将留在圆筒内的岩块取出烘干称重， 如此反复进行两次，按下试计算耐 崩解指数。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
4)崩解性：
Id2
m r W 2 W0 100% m d W1 W0
式中：Id2 ——两次循环试验求得耐崩解指数，介于0～100%间
ηc=0.45～0.9之间。
ηc >0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强；
ηc <0.75，岩石的工程地质性质较差。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
5)膨胀性： 岩石浸水后体积增大的性质 , 一般用膨胀力和膨胀
率指标表示。其测定方法是平衡加压法。
试验中不断加压，并保持体积不变，所 测得的最大压力即为岩石的最大膨胀力；
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： 是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量Wω1与岩 石干重量Ws之比。
(1)岩石吸水率(ω a)：
mo mdr a 100石含孔隙、裂隙
的数量、大小、开闭程度及其分布情况，还与试验条件 （整体和碎块，浸水时间等）有关。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性： 渗透系数一般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测 定的。
KdP Qx A dx
dh Qx k A dx
Q
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性：
W V
g
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度 岩石的容重可分为天然重度、干重度和饱和重度。
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
天然密度/容重、干密度/容重和饱和密度/容重
Wd d Vd
d d g
式中： W ——天然状态下岩石试件的质量(g); Wd——岩石试件烘干后的质量(g); WW——饱水状态下岩石试件的质量 (g); V——岩石试件的体积(cm3); g——重力加速度;
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 碎胀性：
岩石破碎后，其体积比原体积增大的性能,用碎胀 系数ξ来表示,采用岩石破碎后的体积VP 与原体积V的 比值表征。
VP V
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.
1.1 岩石的物理性质
1)孔隙率 (3)小开孔隙率nl:岩石试件内小开型孔隙的体积（VS)
占试件总体积(V)的百分比。
ns Vs 100% V
(4)总开孔隙率（孔隙率）no：岩石试件内开型孔隙的 总体积（V0)占试件总体积(V)的百分比。
nO VO 100% V
(5)闭孔隙率nc: 岩石试件内闭型孔隙的体积（Vc)占试
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性： 岩石发育大量裂隙、孔隙的性质
1)孔隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为：
(1)总孔隙率 n
(2)大开空隙率 nb (3)小开孔隙率 ns (4)总开孔隙率 no (5)闭孔隙率 nc 一般提到岩石的孔隙率时系指岩石的总孔隙率。
1.1 岩石的物理性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.5 热胀性：
一般认为，岩石的体胀系数������为线胀系数������的3倍
1.1岩石的物理性质(定义、指标与测定、影响因素，取值
等) A.重量指标 容重：岩石单位体积的重量，分干、天然和饱和 密度：岩石单位体积的质量，分干、天然和饱和 比重：岩石固体部分（不包括孔隙体积）的干质量（或重量） 与同体积4℃纯水的质量（或重量）之比值 B.孔隙性：岩石中发育有大量裂隙、孔隙的性质 C.水理性：岩石与水相互作用所表现的性质 天然含水率 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 D.碎胀性：岩石破碎后，其体积比原体积增大的性能
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
1)含水性：
岩石在天然状态下，含水的质量与烘干质量的比值，
称为岩石的天然含水率，以百分率表示。
mw 100% mdr
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： 岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸水量的大 小取决于岩石孔隙体积的数量、大小及其密闭程度。 岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
6)崩解性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
5)抗冻性： 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，用抗冻系数Cf表示。
岩石抗冻系数指岩石试样在±250C温度期间内，
反复降温、冻结、融解、升温，然后测量抗压强度下
降值（σc-σcf）与融冻试验前抗压强度σc之比的百分比 即
c cf Cf 100% c
根据饱水率求得岩石的总开孔隙率n0：
V0 Ws V0 Ws Vosa d sa n0 V V Ws V Wwsa w
式中：Ws为干燥岩石重量；
γd,γw干燥岩石和水的重度。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (3)岩石的饱水系数（kw） 岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
岩石固体部分（不包括孔隙体积）的干质量 （或重量）与同体积4℃纯水的质量（或重量） 之比值；
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
Ws Gs Vs w
Ws——干燥岩石的质量(g);
岩石力学
岩石力学
第二篇 岩石力学基础
第1章 岩石
2
1
4 5
物理性质
力学性质
√
2
3
7
影响因素
1.1 岩石的物理性质
1.1.1 重量指标
1.1.2 孔隙性质
1.1.3 水理性质
1.1.4 碎胀性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
1)密度/容重：
岩石单位体积的质量，g/cm3； 岩石单位体积的重量，kN /m3；
1.1.5 热胀性：
岩石受热后体积或长度发生膨胀的性质称之为热胀性，
常用体胀系数或线胀系数来度量。
岩石的体胀系数������ 是指温度上升1℃所引起体积的增量与其
0℃时的体积之比。
Vt -V0 V0
线胀系数 ������是指温度上升l℃所引起长度的增量与其0℃时的 长度之比。
Lt -L0 L0
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
4)软化性：
岩石在饱水状态下其强度相对于干燥状态下降低的
性能，可用软化系数ηc表示。
软化系数：岩石试样在饱水状态下的抗压强度 σcw
与在干燥状态下的抗压强度σc之比。
cw c c
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
4)软化性： 各类岩石的软化系数
a Ks sa
饱水系数反映了岩石中大开孔隙和小开孔隙的相对含量。 饱水系数越大，岩石中的大开孔隙越多，而小开孔隙越少。 吸水性较大的岩石吸水后往往会产生膨胀，给井巷支护造成很大 压力。
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性
3)透水性： 岩石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。
件总体积(V)的百分比。
nC
VC 100% V
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
1)孔隙率
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
2)孔隙比 孔隙比是指岩石试件内孔隙的体积（V V)与岩石试件 内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
VV V Vs n e Vs Vs 1 n
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。
岩石的崩解性指数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。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (1)岩石吸水率(ωa)： 根据岩石的吸水率可求得岩石的大开孔隙率nb.
Vb Ws Vb Ws Vba d a nb w V V Ws V Ww
式中：W s为干燥岩石的重量；γd,γw分别为干燥岩石和水 的重度。
式中：GS——岩石的比重；
Vs——岩石固体体积(cm3);
ρW — 40C时水的密重。
1.1 岩石的物理性质
1.1.1重量指标
2)比重：
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性： 岩石发育大量裂隙、孔隙的性质
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙；
开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。 包括大开型空隙和小开型空隙。 在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空 隙。只有在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小 开型空隙。
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
3)声波传播速度 岩石中的裂隙孔隙影响声波的传播速度。
Ci 1 Vl i Vl ,i
Vl IQ% ( ) 100% Vl
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
3)声波传播速度
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性： 岩石与水相互作用所表现的性质
然后逐级减压，直至荷载为 0 ，测定其
最大膨胀变形量，膨胀变形量与试件原始厚 度的比值即为膨胀率。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
6)崩解性： 岩石与水相互作用时失去粘结性并变为完全丧失 强度的松散物质的性质,一般用耐崩解指数 Id2 的表 示。其指标可在实验室用干湿循环试验确定。
试验过程：将经过烘干的试块 （ 500g, 分成约 10 块），放在带有 筛孔的圆筒内，使该圆筒在水槽中
1.1.2 孔隙性：
1)孔隙率 (1)总孔隙率n: 岩石试件内孔隙的体积（VV)占试件总 体积(V)的百分比。
Vv n 100% V
(2)大开孔隙率nb:岩石试件内大开型孔隙的体积（Vb) 占试件总体积(V)的百分比。
Vb nb 100% V
1.1 岩石的物理性质
1.1.2 孔隙性：
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (2)岩石的饱和吸水率（ωsa ） 岩石的饱水率指在高压（ 150 个大气压）或真孔条件
下，岩石吸入水的重量Wsa与岩石干重量Ws之比，即：
msa mdr sa 100% mdr
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： (2)岩石的饱水率（ωsa ）
谢谢
47
以 20r/min, 连续旋转 10 min, 然后
将留在圆筒内的岩块取出烘干称重， 如此反复进行两次，按下试计算耐 崩解指数。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
4)崩解性：
Id2
m r W 2 W0 100% m d W1 W0
式中：Id2 ——两次循环试验求得耐崩解指数，介于0～100%间
ηc=0.45～0.9之间。
ηc >0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强；
ηc <0.75，岩石的工程地质性质较差。
1.1 岩石的物理性质
1.1.4 水理性
5)膨胀性： 岩石浸水后体积增大的性质 , 一般用膨胀力和膨胀
率指标表示。其测定方法是平衡加压法。
试验中不断加压，并保持体积不变，所 测得的最大压力即为岩石的最大膨胀力；
1.1 岩石的物理性质
1.1.3 水理性：
2)吸水性： 是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量Wω1与岩 石干重量Ws之比。
(1)岩石吸水率(ω a)：
mo mdr a 100石含孔隙、裂隙
的数量、大小、开闭程度及其分布情况，还与试验条件 （整体和碎块，浸水时间等）有关。