第一章 岩土性质及碎岩机理.

岩土钻凿工程学Ⅰ
岩浆岩：侵入岩具有显晶质结构，如图1-1，喷出岩 具有隐晶质结构。主要具有块状构造、气孔状构造和流
纹状构造。其构造特征对钻进破碎岩石没有显著的影响。
沉积岩：碎屑岩具有碎屑结构，如图1-2，混合岩或
黏土岩具有泥状结构。主要具有层状构造，如图1-3，使 岩石呈现各向异性（对钻进有影响）
图1-4 岩 石 照 片
岩土钻凿工程学Ⅰ
第二节 岩石的自然性质
岩石的自然性质：岩石在生成过程中、构造变动和 风化过程中自然形成的特性。 一、岩石的密度和孔隙度 密度：单位体积岩石的质量。1400-3700kg/m3间。 容重：单位体积岩石的重量。N/m3。 比重：单位体积岩石骨架体积的重量。岩石体积= 固相骨架体积+岩石中孔隙体积。 一般来说，密度 越高，强度越大。
岩土钻凿工程学Ⅰ
2、粘结性岩石（有一定的联结力，取决于湿度和外力） 由粘土矿物或主要由粘土矿物粘结的碎屑岩细粒组 成（如粘土、亚粘土、白垩、铝矾土）。其特征是： ① 在湿润条件下，粘结状态被破坏之前可以有大的残 余变形； ② 质点之间的内聚力，随湿润的程度不同可以在很宽 的范围内变化； ③ 在粘结状态被破坏之后，可采取高压和增加湿润的 办法使其内聚力得以恢复； ④ 某些粘结性岩石（粘土岩、白垩）具有膨胀性，即 在湿润状态下体积膨胀，易造成孔（井）壁缩径或坍
1、岩石的分类 如右图，做压入试验时，记录下 载荷P与侵入深度δ的相关曲线。 按岩石在压头压入时的变形曲线 和破碎特性可把岩石分成以下三类：
岩土钻凿工程学Ⅰ
（1）弹-脆性岩石（如花岗 岩、石英岩、碧石铁质岩）
弹脆性岩石在压头压入时 仅产生弹性变形，至A点最大 载荷为Pmax处便突然完成脆 性破碎，压头瞬时压入，破 碎穴的深度为h。这时破碎穴 面积明显大于压头的端面面 积，即h/δ＞5。
图 压头压入条件下的岩石变形曲线图 P-压头载荷； P0-从弹性变形过渡到塑性变形的载荷；
Pmax-岩石产生脆性破碎的载荷； δ-岩石产生弹性变形的侵深； α-变形角
岩土钻凿工程学Ⅰ
（2） 弹塑性岩石（如大理
岩、石灰岩、砂岩） 弹塑性岩石在压头压入时 首先产生弹性变形，然后塑 性变形。至B点载荷达Pmax
时才突然发生脆性破碎。这
时破碎穴面积也大于压头的 端面面积，而h/δ=2.5～5，即 小于第一类岩石。
岩土钻凿工程学Ⅰ
（3） 高塑性和高孔隙性岩
石
高塑性（粘土、盐岩） 和高孔隙性岩石（泡沫岩、 孔隙石灰岩）区别于前二 类，当压头压入时，在压
头周围几乎不形成圆锥形
破碎穴，也不会在压入作 用下产生脆性破碎，h/δ=1。
岩土钻凿工程学Ⅰ
二、岩石的结构与构造
岩石的结构：表示岩石的微观组织特征，体现了岩 石中矿物或碎屑的粒度、形状和表面性质。 反映岩石非 均质性和孔隙性。 岩石的构造：表示岩石的宏观组织特征，它与岩石 中矿物或碎屑彼此之间的组合形式和空间分布情况有关。 它决定着岩石的各向异性和裂隙性（有时称作节理）。 岩石的结构和构造与岩石的成因类型、形成条件及 存在环境有紧密的联系。
岩土钻凿工程学Ⅰ
3、松散性岩石 在干燥或被水饱和时，无联结力。松散性岩石由相 互之间无粘结性的不同形状与尺寸的细粒（砂、砾石、 卵石、漂砾等）聚集而成。在这类岩石中钻掘的同时必 须加固孔（井）壁，以防止坍塌。 4、流动性岩石 无联结力， 流动性岩石（或流砂层）由含水的砂质 粘土类岩石（细砂、亚砂土）组成。当砂粒之间存在着 极细小的粘土颗粒时，这类岩石具有较强的流动性。如 果位于上覆岩层形成的高水头压力之下，则流砂会沿着 钻孔上涌。因此在这类岩石中施工必须一边钻掘一边加 固孔（井）壁。
岩土钻凿工程学Ⅰ
第三节 岩石的力学性质
• 岩石的力学性质是岩石在外力作用下表现 出来的特性。主要有变形特性、强度特性 和表面特性。 • 变形特性：弹性、脆性、塑性和弹塑性；
• 强度特性：抗压强度、抗拉强度、抗剪强 度和抗弯强度； • 表面特性：硬度和研磨性。
岩土钻凿工程学Ⅰ
一、岩石的变形特征及其分类
岩浆岩：内力地质作用的产物，系地壳深处的岩浆沿地 壳裂隙上升冷凝而成。 沉积岩：在地表条件下母岩风化剥蚀的产物，经搬迁、 沉积和硬结等成岩作用而形成的岩石。组成沉积岩的物质 成分有颗粒和胶结物两大类。 变质岩：由岩浆岩、沉积岩或变质岩本身在地壳中受到 高温高压及化学活动性流体的影响而变质形成的岩石。
岩土钻凿工程学Ⅰ
孔隙比： Vp--岩石中的孔隙体积；Vc--岩石 中固相骨架的体积。 孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比。一般 来说，隙度越大，强度越低。 含水量：烘干前后岩样重量差与干岩样重量之比。 W=(Gw-Gd)/Gd 岩石的孔隙越大，裂隙越多，水对它的影响就越大。 如石灰岩，用水浸透后，强度下降明显。
岩土钻凿工程学Ⅰ
第一章 岩土的物理力学性质及其破 碎机理
• 第一节 岩石的物理力学性质概述
ห้องสมุดไป่ตู้
• 第二节 岩石的自然性质
• 第三节 岩石的力学性质
• 第四节 土的物理力学性质
• 第五节 岩石在外载作用下的破碎机理
岩土钻凿工程学Ⅰ
第一节 岩石的物理力学性质概述
一、岩石的组成与分类
岩石是矿物颗粒的集合体。按成因分：岩浆岩、沉积岩 和变质岩。
变质岩：多具有晶体结构。主要构造特征是片理
（如石墨和滑石）。岩石沿平行平面分裂为薄片的能力
叫做片理化。
岩土钻凿工程学Ⅰ
图1-1 晶体结构类型
等粒、不等粒、斑状、纤维状
图1-2 胶结物的类型
单晶、多晶、重结晶、充填、接触
图1-3 层理产生的原因
岩土钻凿工程学Ⅰ
岩土钻凿工程学Ⅰ
花岗岩
花岗岩
白云岩
花岗岩
岩土钻凿工程学Ⅰ
二、岩石的内聚性 内聚性：岩石内部颗粒联系的紧密和强弱程度。 按内聚性的大小岩石分三类
1、坚固岩石（较大的联结力和内摩擦力）
其特征在于通常具有高硬度，无论在高压力还是在 湿润条件下，当岩石破碎后，其矿物质点之间的分子连 接力都不会恢复。坚固岩石分含石英和不含石英两类， 前者硬度高，难以钻掘。通常在生产中会遇到完整（无 裂纹）的和裂隙性的两种坚固岩石。在完整的坚固岩石 中施工时，孔（井）壁稳定不必加固，而在强裂隙性岩 石中穿过的孔（井）壁必须加固。