岩体力学-2-岩石的物理力学性质-王亚军-2020

1.示底 构造
（1）层理构造
沉积岩在沉积过程中， 由于气候、季节等周期性 变化，必然引起搬运介质 如水的流向、水量的大小 等变化，从而使搬运物质 的数量、成分、颗粒大小、 有机质成分的多少等也发 生变化，甚至出现一定时 间的沉积间断，这样就会 使沉积物在垂直方向由于 成分、颜色、结构及层的 厚度的不同，而形成层状 构造，总称为层理构造。
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第2章 岩石的物理力学性质
•根据岩石的含水状况，将容重分为天然容重
和饱和容重 w。
、干容重 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。
•岩石容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发育程度及其 含水量。岩石容重的大小，在一定程度上反映出岩石力学性 质的优劣。
变质作用不彻底而保留下来的原岩的构造 变余层理构造、变余气孔构造、变余杏仁构造等. 变余构造是恢复原岩类型的主要依据。
• 变质岩的条带状构造（德钦）
• 变质岩的水平条带状构造（德钦）
• 变质岩的条带状构造（新平县哀牢山变质岩带）
• 肠状构造---肠褶皱（新平县戛洒镇 哀牢山变质带）
• 肠状结构---肠褶皱
• 晶粒的自形程度主要决定于结晶的先后，在岩浆中早期结晶矿物 常为自形晶，晚期结晶矿物常为他形晶。
5.岩浆岩的构造
块状构造 流纹构造 流动构造 气孔构造 杏仁构造
二、沉积岩结构
岩 类
结构名称
形 成条件
碎屑结构 形成于地表，经过搬运滚动的条件，包 括碎屑和胶结物
泥质结构 形成于较少流动的水体中或呈悬浮状态
• 粗粒结构——晶粒直径大于5mm； • 中粒结构——晶粒直径1～5mm；(2～5mm) • 细粒结构——晶粒直径0.1～1mm (<2mm)
• （2）隐晶质结构 指矿物颗粒很细，直径一般小于 0.1mm，肉眼无法分辨出矿物晶体颗粒，岩石致密， 矿物颗粒在显微镜下能辨别。
3、晶粒相对大小
• （1）等粒结构 又称粒状结构。是岩石中同种主要矿物的粒径大致相 等的结构。常见于深成岩中。
沉
搬运的条件下, 粘土结构，粘土岩，粘土
积
占50%以上。
岩 类 化学结构 形成于相对稳定的沉积条件
生物碎屑 形成于生物繁盛的地表，但又经过水体
结构
搬运而破碎的水下条件。
1.概念及分类
沉积岩的结构：是指沉积岩组成物质的形状、大小和结晶程度。 沉积岩的结构类型和特点取决于其形成方式：
由机械搬运和机械沉积形成的沉积岩具有如下的结构即由机械破碎 的陆源屑组成的岩具有“碎屑结构”，由火山喷发的碎屑组成的岩石 具“火山碎屑结构”，由化学风化形成的陆源粘土组成的岩石具“泥 状结构” ；机械作用形成的内源岩则具有“粒屑结构” ；由化学和生 物化学作用形成的岩石具有“生物结构”。
根据岩样中三相体的相互关系，孔隙比 e 与孔隙率 n 存在着如下关系：
e n 1 n
（2-6） （2-7）
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第2章 岩石的物理力学性质
三相草图
ma=0
m
mw
ms
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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
石容重之间存在如下关系：
g
（2-2）
式中， g ——重力加速度，m/s2。
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第2章 岩石的物理力学性质
2.2.2 相对密度 （比重） specific gravity
4、晶粒形状（自形程度）
• 自形程度是指组成岩石的矿物形态特点，它主要取决于矿物的结 晶习性，岩浆结晶的物理化学条件、结晶的时间、空间等。按岩石中 矿物晶体形状发育程度，可以分为：
• （1）自形粒状结构 晶体发育成应有的形状。 • （2）半自形粒状结构 晶体只发育成应有晶形的一部分。 • （3）他形粒状结构 晶体不能发育成应有的形状，而是决 定于相邻晶体所遗留的空间形状，因此常是不规则的，
1. 脆性变形结构：碎裂结构,碎斑结构,碎粒结构. 2. 韧性变形结构: 波形消光,变形纹,变形带,亚颗
粒,核幔结构,拔丝组构等.
㈣ 交代结构
常见类型例如: 交代假象结构、交代蚕食结构、 交代残留结构、交代净边结构.
变质岩构造
变质岩构造是指岩石中各种矿物的空间分布和排列 方式。按成因可以分两大类: 变余构造; 变成构造。
岩石的常见构造
岩类
构造名称
形成 条 件
岩浆岩类
块状构造 气孔构造 杏仁构造 流纹构造
深处缓慢冷却 地表喷出，快速冷却 气孔被后期次生充填 地表喷出且有流动
沉积岩类
枕状构造
水下喷发（多为海水中）
层理构造
地表或水下沉积形成
层面构造（波纹、泥 浅水或风砂环境形成波纹；浅水泥质
裂）
沉积又暴露于地下开采晒裂形成泥裂
1.与正常沉积岩有关的变余结构：变余砂状结构、变余砾 状结构、变余泥状结构。
2.与火成岩有关的变余结构：变余斑状结构、变余花岗结 构、变余辉长-辉绿结构、变余环带结构、变余交织结 构等。
3.与火山碎屑岩有关的变余结构：变余晶屑结构、变余岩 屑结构、变余玻屑结构。
• ㈡变晶结构 ※
由变质重结晶和变质结晶作用所形成的结构称为变晶结构
其中的碎屑结构、粒屑结构、生物结构都是沉积岩所特有的。晶粒 结构虽与岩浆岩的结构相似，但它们形成的热力学条件迥然不同。
碎屑结构
碎屑结构
泥 状 结 构
生 物 结 构
2.沉积岩的构造
• 沉积岩的构造是指沉积物沉积时，或沉积之后，由于物理作用、化学作用 及生物作用形成的各种构造。在沉积物沉积过程中及沉积物固结成岩之前形 成的构造即原生构造。例如层理；固结成岩之后形成的构造为次生构造，例 Vv ——岩样的孔隙体积（m3）； V ——岩样的体积（m3）。
n Vv 100% V
(2-4)
岩石的孔隙率也可根据干容重 d 和比重 Gs 计算：
n 1 d Gs w
（2-5）
孔隙比是指孔隙的体积Vv 与固体的体积Vs 的比值。其公式为： e VV Vs
• （3）盐类的晶体印痕和假象：在某些泥质岩石的层面上，有时可以看到盐类晶 体的凹入印痕或凸起的晶体假象
• （4）雨痕：雨点降落在未固结的泥、砂质沉积物的表面，可形成圆形或椭圆形 凹坑，直径2-3mm（有时可达15mm）深约1-2mm，边缘稍高。与之类似的是 冰雹痕。
波 痕
干 裂
痕雨
第2章 岩石的物理力学性质
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
Ws Vs w
（2-3）
式中，Gs ——岩石的比重；
Ws ——岩石的干重量（kN）；
Vs ——岩石的实体部分（不包括空隙）的体积（m3）；
w ——1 个大气压下 40C 时纯水的容重（kN/m3）。
岩体力学
Rock Mass Mechanics
• 第2章 岩石的物理力学性质
武汉工程大学土木工程与建筑学院 王亚军
第2章 岩石的物理力学性质
§2.1 岩石的结构和构造 §2.2 岩石的基本物理性质 §2.3 岩石的强度 §2.4 岩石的变形 §2.5 岩石的流变
§2.1 岩石的结构和构造
• 所谓结构是指岩石中矿物颗粒本身的特点（结晶程度、 晶粒大小、晶粒形状等）及颗粒之间的相互关系所反映 出来的岩石构成特征。
• （2）斑状结构 岩石中矿物颗粒相差悬殊，较大的颗粒称为斑晶，斑 晶与斑晶之间的物质称为基质，基质为隐晶质或玻璃质。一般是斑晶结 晶较早，晶形较好，而基质部分结晶较晚，多是熔浆喷出地表或上升至 浅处迅速冷凝而成，斑状结构常为喷出岩或一些浅成岩所具有。
• （3）似斑状结构 类似斑状结构，但斑晶更为粗大(可超过lcm)，而基 质则多为中、粗粒显晶质结构。斑晶可以是与基质在相同或近似条件下， 因某种成分过剩而形成的；也可以是在较晚时间经交代作用而形成的。 似斑状结构常为某些深成岩所具有，如似斑状花岗岩
多为隐晶质矿物或者玻璃质。
玻璃质结 迅速冷凝条件,多半形成于地表或水下，
构(非晶质 全部由未结晶的火山玻璃质组成的岩石
结构)
的结构。
1、结晶程度
•全晶质结构（如花岗岩）
•半晶质结构（如流 纹岩）
•非晶质（玻璃质）结构 （如黑曜岩）
2、晶粒大小
• （1）显晶质结构 是指肉眼或放大镜观察时，基本上能分 辨矿物晶体颗粒。
变质岩类
片理构造（片状、千 在定向压力为主的条件下形成，有时 枚状、板状和片麻状 伴有重要结晶及外来成分加入 构造）
块状结构
以温度作用下的重结晶为主的条件
第2章 岩石的物理力学性质
§2.2 岩石的基本物理性质
物理性质
参数
质量指标
容重、密度、比重
孔隙性
孔隙率、孔隙比
水理性质
含水率、吸水率、饱水率、渗透性
• 1.变晶结构与结晶结构的区别
⑴变晶结构的岩石为全晶质,没有非晶质组分; ⑵同一时代矿物没有明显的先后结晶顺序,相对自形程度
不定; ⑶变斑晶的形成一般稍晚于基质矿物的结晶,故变斑晶中
常有大量基质矿物包体; ⑷柱状,片状及放射状矿物发育,切其延展性大,常定向排列,
矿物变形现象也较普遍.
• ㈢变形结构(组构)
• 构造的分类一般采用构造形态结合其成因分类：
物理成因构造
化学成因 生物成因 复合成
流动成因构造 同生变形构造 曝露成因构造 构造
构造 因构造
一、层理构造 1.水平层理 2.波状层理 3.斜层理 二、层面构造 1.波痕
1.重荷模构造
1.干裂 2.雨痕
1.结核 2.缝合线
1.叠层构 造
2.生物遗 迹构造
抗风化指标 膨胀性、崩解性、软化性、抗冻性
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第2章 岩石的物理力学性质
§2.2 岩石的基本物理性质
2.2.1 重力密度和质量密度
质量指标
岩石单位体积（包括岩石中孔隙体积 ）的重量称为容
重（重度，unit weight ）。岩石容重的表达式为：
W
V
（2-1）
式中， ——岩石容重（kN/m3）； W ——岩样的重量（kN）； V ——岩样的体积（m3）。
一、岩浆岩的结构
岩 类
结构名称
形 成条件
粒状结构 形成于缓慢冷却条件,一般为地表以下较 (花岗结构) 深处，岩石中矿物颗粒大小相近。
斑状结构 部分早形成的矿物形成于较深处,其他形
岩 浆
成于较浅处,前者为斑晶,后者为基质（晶 体或者玻璃质）。
岩 隐晶质结 形成于较快速冷凝的地表或近地表条件，
类构
矿物颗粒很细。肉眼无法分辨矿物颗粒，
• 岩石的比重，在数值上等于其密度，它取决于组成岩石的矿物比重及其在岩 石中的相对含量。
• 岩石的比重，可采用比重瓶法进行测定，试验时先将岩石研磨成粉末，烘干 后用比重瓶法测定。岩石的比重一般为2.5~2.8。
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第2章 岩石的物理力学性质
2.2.3 孔隙率和孔隙比
孔隙性
porosity
岩石试样中孔隙体积与岩石试样总体积的百分比称为孔隙率，可用下式表示：
三、变质岩结构
物质组成：除原有矿物外，特有变质矿物 结构：变余结构、变晶结构、压碎结构
构造： 片状构造、片麻状构造、千枚状构造
板状构造、块状构造
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结构概念：
是指岩石中矿物晶体的粒度(绝对大小和 相对大小）, 形态、自形程度以及矿物晶体之 间的相互关系。
• ㈠ 变余结构
变质作用和变形作用进行的不彻底，原岩中部分结构保留下来， 形成变余结构。
• 所谓构造是指组成岩石的矿物集合体的形状、大小，矿 物集合体之间，或矿物集合体与其它组分之间的排列、 空间分布及充填方式等所反映出来的岩石构成的特征。
• 任何一个岩石的块体或标本都同时具有其自身的结构和构 造，结构、构造都是由岩石的生成环境或条件所决定的。
• 但又是完全不同的两个概念，各有其具体涵义，结构是相 对微观的个体（岩石中的矿物颗粒、碎屑）特征，构造是 宏观的整体特征 。
（2）层面构造
• （1）波痕：在现代河床、湖滨、海滩以及干旱地区的沙丘表面上，常形成一种 由流水、波浪、潮汐、风力作用产生的波浪状构造，称为波痕。这种构造也常保 留在沉积岩层的层面上。波痕经常保存在砂岩中，但在泥灰岩、薄层灰岩中亦可 见到。
• （2）干裂：在现代河滩、湖滨、海边等泥质沉积物上，常可见到多角形的裂纹， 称为干裂，又称泥裂。在沉积岩层面上亦可见到干裂，它是在沉积当时沉积物未 固结即露出水面，受到日晒，水分蒸发，体积收缩而产生的。裂纹常具上宽下窄 形态，其中被泥沙填充，充填物与上覆岩层的成分相当。干裂多见于泥岩、泥质 砂岩中，在碳酸盐岩中亦偶有可见。干裂常指示海滨、河床、湖滨等浅水环境及 阳光充足的干燥气候条件。