1- 岩石的基本物理力学性质

天然容重
W0 0 V
天然状态（大气压力室温条件下含水量）
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.1 岩石的容重
饱和容重
Ws s V
测定方法：煮沸或 抽真空→充分饱和 →称重Ws
岩石的容重在一定程度上反 映岩石的力学性质情况。通常， 岩石的容重越大，则它的性质越 好，反之越差。
§2.2 岩石的物理性质指标
结 晶 连 结
二、岩石的常见结构类型
颗粒与颗粒间通过胶结物连在一起的连接。如沉积 碎屑岩，部分粘土岩的结构连结。 胶结连结岩石强度取决于胶结物和胶结类型 胶结物：硅质、铁质胶结强度＞钙质＞泥质 胶结类型： 1、基质胶结类型:岩石碎屑被胶结物包 围，强度取决于胶结物 ； 2、接触胶结类型:仅颗粒 接触处有胶结物，胶结不牢，强度低，透水性强 ；3、 孔隙胶结类型:胶结物完全或部分地充填与颗粒孔隙之 间，胶结牢固，岩石强度和透水性主要由胶结物性质 及充填程度确定 。
沉 积 岩
三、岩石的地质成因分类
变质岩是由原岩石（岩浆岩、沉积岩或变质岩）在地 壳中受到高温、高压或化学成分的渗入，在基本保持固态 的情况下使岩石的结构、构造或矿物成分发生变 化，形成新的岩石。 简单地说变质岩就 是由变质作用形成的 岩石。
变 质 岩
三、岩石的地质成因分类
1、接触变质岩 接触变质岩体出现在侵入体的周围， 其范围和性质取决于侵入体大小、类型 和原岩质。 岩石受重结晶作用，强度一般比原 来的岩石高，但由于侵入体的挤压，接 触带附近易发生断裂，使岩体透水性增 加，抗风化能力降低。
式中： md ——岩石的干质量； ms ——岩石在强制条件下的质量（吸入水＋岩石干 重）；
§2.3 岩石的物理性质指标
2.2.7 饱水系数
指岩石吸水率与饱水率的比值百分率。用下式表示：
a K % 100%（一般饱水系数介于0.5～0.8之间） s
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.7 饱水系数 饱水系数对岩石抗冻性具有重要影响，试验证明：
沉 积 岩
三、岩石的地质成因分类
2、胶结碎屑岩 沉积物经胶结、成岩固结硬化而形成的岩石，包括各种 砾岩、砂岩、粉砂岩。胶结碎屑岩的性质主要取决于胶结 物的成分、胶结形式、碎屑物成分和特点。 硅质胶结碎屑岩强度最高，抗水性强；钙质、石膏质 和泥质胶结的岩石强度较低，抗水性弱，在水作用下可被 溶解或软化。 基质胶结岩石较坚硬，透水性较弱；接触胶结岩石强度 较低，透水性较强。
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类
沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原 地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩 作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物、碳酸盐和残 余的石英长石等。
沉 积 岩
三、岩石的地质成因分类
三、岩石的地质成因分类
沉积岩具有层理构造，岩性一般 具有明显的各向异性。 沉 积 岩
m m0 md 0 % 100% 100% md md
式中 md
——岩石的烘干前质量；
m ——水的质量（一个大气压和室温条件）； m0 ——岩石烘干前的质量（天然质量）；
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.5 自然吸水率
指岩石在常温条件下浸水48小时后，岩石内的含 水量与岩石干容重的比值。用下式表示：
ma md a % 100% md
式中
md ——岩石的干重量 ma ——浸水48小时后岩石的重量；
§2.3 岩石的物理性质指标
2.2.6 饱和吸水率
测定方法：煮沸法 或真空抽气法，用 指岩样在强制状态（真空、煮沸或高压）下，岩 高压法可能会提高 样最大吸水量与岩石干重量比值。用下式表示： 饱和程度，但设备 ms md s % 100% 复杂 md
三、岩石的地质成因分类
2、浅成岩 成分一般与相应的深成岩相似，但其产状和结构 都不相同，多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体，岩体 均一性差，岩体结构常呈镶嵌式结构，而岩石多呈斑 状结构和均粒—中细粒结构，细粒岩石强度比深成岩 高，抗风化能力强，斑状结构岩石则差一些。
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类
3、喷出岩 喷出岩是岩浆喷出后才凝固，岩石中含有较多的玻 璃及气孔构造、杏仁构造，岩石颗粒很细，多呈致密 结构。 喷出岩是在急骤冷却条件下凝固形成的，原生节 理比较发育，例如，玄武岩的柱状节理、流纹岩的板 状节理等。 喷出岩的结构比较复杂，岩性不均一，各向异性显 著，岩体连续件较差，透水性较强，软弱夹层和弱结 构面比较发育，成为控制岩体稳定性的主要因素。
胶 结 连 结
二、岩石的常见结构类型
岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内部或矿 物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿 物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙 等。 岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在显微镜 下观察才能见到，但它们对岩石工程性质的影响却是 相当大的。 有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决定性因 素。
岩体属于三相体 （固Solid、液 Liquid、气Gas）
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.1 岩石的容重
指单位体积岩石的重量。
W V
由于岩样中含有水分ห้องสมุดไป่ตู้根据“W” 的不同含义，可分为：
Wd d V
干容重（烘干状态）
体积V的确定：标准件 ―直接量A、H； 非标准件 ―用阿基米德原理
绍岩石（块）的基本物理性质的主要
指标及测试方法。
中华人民共和国水利部. 水利水电工程岩石试验规程S L264-2001[S].中华人民共和国行业标准, 2001年
§2.2 岩石的物理性质指标
容重/密度
物理性质
空隙性 吸水性 软化性
水理性质
抗冻性 渗透性
§2.2 岩石的物理性质指标
矿物颗粒
孔隙（含水、空气等）
岩石中的矿物成分会影响岩石的 抗风化能力、物理性质和强度特性。 岩石中矿物成分的相对稳定性对岩 石抗风化能力有显著的影响，而矿物 的相对稳定性主要与其化学成分、结 晶特征及形成条件有关。
二、岩石的常见结构类型
岩石的结构是指岩石中矿物和岩屑颗粒相互之间的关 系，包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩 石中的微结构面。 岩石结构连结类型：结晶连结、胶结连结、岩石中 的微结构面。
d Wd Vs Gs w V Wd
d Vs d n 1 100 % G 4℃ Gs w V s w
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.3 孔隙率
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.4 天然含水量
指天然状态下，岩石的含水量与岩石干重比值的百分 比。用下式表示：
要求：
1、须掌握本课程重点难点内容； 2、了解岩石的扩容； 3、了解影响岩石力学性质的因素；
2.1 岩石的基本构成和地质分类
5
一、岩石的主要矿物成份
岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、 黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白 云石、高岭石、赤铁矿等等。
黄铁矿和石英
萤石
一、岩石的主要矿物成份
二、岩石的常见结构类型
岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、 大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。晶体颗粒之间 紧密接触，岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一 定的差异。 等粒结晶结构一般比非等粒结晶结构的强度大，细粒 结晶结构比粗粒的强度高，细粒基质比玻璃基质的强度 高。 粗粒斑晶的酸性深成岩强度较低，细粒微晶而无玻 璃质的基性喷出岩强度最高，如粗粒花岗岩抗压强度一 般只有120 MPa，而同一成分的细粒花岗岩则可达260 Mpa。
1、深成岩 深成岩颗粒均匀，多为粗—中粒状结构，致密坚硬， 孔隙很少，力学强度高，透水性较弱，抗水性较强， 所以深成岩体的工程地质性质一般比较好。花岗岩、 闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等均属常见的深成 岩体，常被选作大型建筑场地。如举世瞩目的长江三 峡大坝的坝基就是坐落在花岗闪长岩体之上。
岩 浆 岩
微 结 构 面
三、岩石的地质成因分类
岩浆岩：主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的 岩浆，上升到地下浅处或喷出地表冷凝而成的岩石叫岩 浆岩。根据冷凝成岩浆岩地质环境，岩浆岩分为三大类： 深成者、浅成岩和喷出岩(火山岩) 。
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类 常见的岩浆岩
橄榄岩
(超基性侵入岩)
三、岩石的地质成因分类
第 二 章 岩石物理力学性质
本章内容：
§2-1
§2-2
岩石的基本构成和地质分类
岩石的物理性质指标
§2-3
§2-4
岩石的静力学特性
影响岩石力学性质的因素
计划学时：13 重点:
1、岩石的基本物理性质； 2、岩石单轴压缩变形特性：应力－应变全过程曲线及工程意义； 3、岩石的抗压、抗拉、抗剪强度及其实验室测定方法；
2.2.3 孔隙率
指岩石内孔隙体积与总体积之比。用下式表示：
Vv V Vs Vs n 100% 100% 1 100% V V V
根据干容重γd和比重Gs也可以推导出孔隙率：
Wd Gs Vs w
Vs 1 Gs w Wd
d Vs d Gs w Wd
变 质 岩
三、岩石的地质成因分类
3、区域变质岩 这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大，变质 程度较为均一，最常见的有片麻岩、片岩、千枚岩、 板岩、石英岩和大理岩，混合岩是介于片麻岩与岩浆 岩之间的一种岩石。
变 质 岩
§2.2 岩石的物理性质指标 岩石力学问题的研究首先应从岩石的
基本物理力学性质研究入手，本节介
Kω<91％时：水尚有膨胀和挤入剩余敞开孔 隙和裂隙的余地，可避免岩石的冰冻破坏；
Kω>91％时：冻结过程中，水结成冰的相变 现象会对岩石中的孔隙和裂隙产生“冰劈”作用， 造成岩石胀烈破坏。
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.6 饱和吸水率
§2.2 岩石的物理性质指标
2.2.8 抗冻性
岩石经过反复冻结与融解，会使强度降低，甚至可能引起破 坏（原因：岩样中各种矿物成分膨胀系数不同→变形压力、结冰时 形成的膨胀压力）。常用质量损失率和抗冻系数表示。
按形成条件及结构特点，沉 积岩可分为：火山碎屑岩、 胶结碎屑岩、粘土岩，化学 岩和生物化学岩等。
三、岩石的地质成因分类
1、火山碎屑岩 具有岩浆岩及普通沉积岩的双重特性和过渡关系， 包括火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩等，各类火山 碎屑岩的性质差别很大，与火山碎屑物、沉积物及熔 岩的相对含量、层理和胶结压实程度相关。 大多数凝灰岩和凝灰质岩石结构疏松，极易风化， 强度很低，往往具有遇水膨胀的特性，必须加以特殊 注意。
变 质 岩
三、岩石的地质成因分类
2、动力变质岩 动力变质岩是构造作用形成的断裂带及其附近受影 响的岩石，岩石包括压碎岩、角砾岩、糜棱者、断层泥 等。 动力变质岩的性质取决于破碎物质成分、大小和压 密胶结程度。通常这类岩石胶结不好，裂隙、孔隙发育， 强度低，透水性强，在岩体中常形成软弱结构面或软弱 岩体。
4、岩石在三轴压缩条件下的力学特性；
5、岩体强度的各向异性。。
关键术语:
密度；容重；岩石的孔隙性；孔隙率；孔隙比；岩石的 水理性；吸水率；饱水率；饱水系数；岩石的透水性；渗 透系数；岩石的碎胀性；碎胀系数；岩石的软化性；软化 系数；脆性、塑性、延性、粘性（流变性）；蠕变；松弛； 弹性后效；扩容；岩石的强度；抗压强度；抗拉强度；抗 剪强度；峰值强度；长期强度；残余强度；岩石的变形； 全应力－应变曲线；刚性压力机；强度理论。
2.2.2 比重
指岩石干重量Wd除以岩石的实体积（不含孔隙体积） Vs的干容重与4˚c水的容重的比值。
Wd Gs Vs w
式中： Wd ——绝对干燥时体积为V的岩石重量（kN）；
Vs ——岩石的实体体积（不包含孔隙体积）（m3）；
w ——水的容重（在4℃时等于10）（kN/m3）；
§2.2 岩石的物理性质指标
沉 积 岩
三、岩石的地质成因分类
3、粘土岩 包括两种类型：页岩和泥岩。 总的来说粘土岩的性质是较差 的，特别是红色岩层中的泥岩，厚 度薄，抗水性差，强度低，易软化 和泥化。
沉 积 岩
三、岩石的地质成因分类
4、化学岩和生物岩 最常见的是碳酸盐类岩石，以石 灰岩分布最广，石灰岩和白云岩结构 致密、坚硬、强度较高。 在地下水的作用下能被溶蚀，形 成溶蚀裂隙、溶洞、暗河等，成为渗 漏或涌水的通道，给工程带来极大的 危害。