岩石力学
常用岩石力学参数
常用岩石力学参数
岩石力学是研究岩石在外力作用下变形和破裂行为的学科，它主要关注岩石的力学性质，包括强度、应力和应变等参数。以下是一些常用的岩石力学参数。
1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量是衡量岩石对外力响应的能力的指标。它表示单位应力下岩石的应变程度，通常以帕斯卡（Pa）为单位。弹性模量越大，岩石的刚度越高，其抵抗变形的能力更强。
2. 柏杨比（Poisson's ratio）：柏杨比用于描述岩石在受力作用下体积的变化情况。它是岩石纵向应变和横向应变的比值，无单位。柏杨比一般位于0.15到0.40之间，数值越大代表岩石越容易体积收缩。
4. 应力-应变曲线（Stress-strain curve）：应力-应变曲线描述了岩石在受力过程中的应力和应变之间的关系。根据曲线的形状，可以了解岩石的变形特性，如弹性变形阶段、塑性变形阶段和破裂阶段等。应力-应变曲线是评估岩石稳定性和强度的重要工具。
5. 破裂韧度（Fracture toughness）：破裂韧度是衡量岩石抵抗破坏的能力的参数，描述了岩石在外力作用下延伸至破断的能力。破裂韧度越大，岩石的抗破坏能力越强。
6. 体积压缩模量（Bulk modulus）：体积压缩模量是衡量岩石抵抗体积压缩的能力，代表岩石抵抗体积缩小的刚度。体积压缩模量越大，岩石的抗压能力越强。
7. 粘聚力（Cohesion）：粘聚力是指岩石内部颗粒间的粘结力，也被称为内聚力。粘聚力越大，岩石的抗拉强度就越高。
8. 摩擦角（Friction angle）：摩擦角用于描述岩石内颗粒间的摩
岩石力学名词解释
一.岩石的物理力学性质
1. 岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。由结构面与
结构体组成的地质体。
2. 岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。
3. 岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的一门基
础学科。
4. 结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。
5. 岩石质量指标（RQD：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。
6. 空隙指数：指在0.1MPa 压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。
7. 软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。
8. 软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。
9. 膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。
10. 单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。，
11. 抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。
12. 抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。
13. 形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而
影响其强度的现象称为“形状效应” 。
14. 尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。
15. 延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。
岩石力学
岩石力学
岩石的物理性质 一、 岩石的分类
火成岩：侵入岩和喷出岩。
沉积岩：砂岩（95%的油气储量）、页岩（待开采，如页岩气、煤层气）、石灰岩。 变质岩：不含油气。 二、 岩石的强度
主要取决于：组成其矿物的强度、连接结构形式、岩石的结构和整体构造、胶结物的成分和胶结方式 三、岩石的物理性质
孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。 1、 孔隙度：
绝对孔隙度：φ = V 孔/V 岩总 孔隙度越高，岩石的力学性质越差。 有效孔隙度： φ有效 =V 连通/V 孔总。
2、 渗透性：在一定压力作用下，孔隙具有让流体（油、气、水）通过的性质。其大小
用渗透率来描述，反映了流体在岩石孔隙中流动的阻力的大小。
达西定律：A L
h
K Q ∆=φ
...K Φ——反应岩石性质系数 含义：以粘度为1厘泊的流体完全饱和于岩石孔隙中，在1个大气压差的作用下，以层流的方式用过截面积为1cm 2,长度为1cm 的岩样时，其流量为1cm 3/s 。则渗透率为1达西（D ）。
3、 岩石中的油、气、水饱和度。…
4、 岩石的粒度组成和比表面积：
粒度组成的分析方法：筛分析法和沉降法。通过粒度得孔隙度。
比表面积：单位体积岩石内颗粒的总表面积。通过粒度组成估算比面。 孔隙度、粒度、比表三者之二求一
岩石的力学性质
岩石的类型、组成成分、结构构造、围压、温度、应变率、载荷等对其力学性质都有影响 一、 岩石变形性质的基本概念
1、 弹性：… 基本弹性参数E 、υ。
2、 塑性
3、 黏性：物体受力后，变形不能在瞬时完成，且应变率随应力的增加而增加的性质。
岩石力学
岩石力学在石油工程中的重要应用: 井壁稳定性分析, 水力压裂, 出砂预测, 地层可钻性预测钻头优选, 定向射孔, 套管损坏机理, 地面沉降. 井壁失稳的危害:引起井下复杂或事故, 严重影响钻探速度，造成经济损失, 影响测井、固井质量, 对储层产生损害，影响勘探成功率. 岩石力学是运用力学和物理学的原理研究岩石的力学和物理性质的一门科学，目的在于充分掌握和利用岩石的固有性质，解决和解释生产建设中的实际问题. 岩石力学的研究内容: 1. 岩石的变形特征2 岩体的变形与强度3. 岩石的强度理论4. 地应力的测量方法5. 岩体力学的工程应用. 岩石定义：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，具有一定的强度。分类：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。研究对象的特点:不连续性：岩石物理力学性质呈现不连续变化的性质。不均匀性：指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。各向异性：是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形特性等各方面。渗透性：有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。岩石的物质组成:组成岩石的矿物: 硅酸盐类矿物, 粘土矿物, 碳酸盐类矿物, 氧化物类矿物, 组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质. 强度上：硅质>铁质>钙质>泥质. 粘土矿物: 蒙脱石, 伊利石,绿泥石，高岭石，伊蒙混层。蒙脱石含量高→软，易变形，易水化，伊利石含量高→硬脆，不易变形，不易水化。岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征其中粒间连结分结晶连结与胶结连结。颗粒形状强度：粒状、柱状>片状>鳞状颗粒，大小强度：粗粒不等粒。微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等。结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触-岩浆岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩。胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起－碎屑岩。岩石的主要胶结类型：基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关。间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填。溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入
《高等岩石力学》课件
岩石的流变性质
描述岩石在长期应力作用下的变形特性
岩石的流变性质包括蠕变和松弛。蠕变是指岩石在恒定应力 作用下发生的缓慢而连续的变形；松弛则是指岩石在应力解 除后恢复其原始长度的能力。这些性质在评估地下工程稳定 性以及预测地质灾害时具有重要意义。
03
岩石力学实验
岩石力学实验设备
岩石三轴压力试验机
构。
介绍某高速公路隧道的设计，如何运用高等岩石力学原理，优 化隧道断面设计，提高隧道施工安全性和稳定性。
介绍某大型矿山的岩石边坡设计，如何运用高等岩石力学理论 ，对边坡稳定性进行评估，并提出相应的加固措施。
岩石工程施工案例
总结词
通过实际案例分析，展示高等岩石力学在岩石工程施工中 的应用。
详细描述
介绍某高速公路隧道的施工，如何运用高等岩石力学原理 ，优化隧道施工方法，提高隧道施工效率和质量。
岩石力学发展历程
总结词：发展脉络
详细描述：岩石力学的发展历程可以追溯到古代，人类在采矿、隧道开挖、水利工程等实践中积累了丰富的经验。然而，直 到20世纪初，岩石力学才真正成为一门独立的学科。随着科技的不断进步，岩石力学的研究领域和应用范围也在不断扩大。
岩石力学基本理论
总结词：核心原理
详细描述：岩石力学的基本理论包括应力和应变理论、强度理论和稳定性理论等。这些理论为解决岩 石工程中的实际问题提供了重要的指导。同时，岩石力学的基本理论也是高等岩石力学的重要基础。
岩石力学知识点整理
岩石力学知识点整理
采矿 12-1 班
矿山岩石力学知识点整理一、名词解释 1. 岩石力学：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破
坏规律的科学。
2. 质量密度（ρ）和重力密度(γ)：单位体积的岩石的质量称为岩石的质量密度。单位体积的岩石的重力
称为岩石的重力密度(重度)。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。
γ＝ G/V
γ＝ρg (kN /m3)
式中：G――岩石试件的重量(kN) ；V——岩石试件的体积(m3)
3. 岩石的相对密度就是指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 纯水的容重之比值。
Gs——岩石的相对密度；
Gs
Ws Vs? w
Ws——干燥岩石的重量(kN);
Vs——岩石固体体积(m3);
w —— 40C 时水的重度（kN/m3）
4. 孔隙率是岩石试件内孔隙的体积占试件总体积的百分比。
n ? VV ? 100% V
n ? 1? ?d Gs?w
5. 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。
e ? VV ? VV ? n Vs V ? VV 1 ? n
1
采矿 12-1 班
6. 岩石含水率(V1 )：是指天然状态下岩石中水的重量W1 与岩石烘干重
量Wd 之比。
V1
W1 Wd
100
%
7.岩石的饱水率（V2 ）是指高压（150 个大气压）或真空条件下，岩
石吸入水的重量W2 与岩石干重量之比，即
V2
W2 Wd
100
%
8.岩石的饱水系数（ KS ）是指岩石的吸水率与饱水率之比，
即 KS
V1 V2
9. 软化系数：是指岩石试件在饱水状态下的抗压强度（? c ）与在干
《岩石力学》课程标准
《岩石力学》课程标准
一、课程性质与任务
《岩石力学》是工程地质专业一门重要的专业基础课，主要研究岩石和岩体的力学行为及其与工程实践的关系。通过本课程的学习，学生将掌握岩石力学的基本原理、方法和技术，为今后从事与岩石工程相关的设计、施工、监测和科研工作打下基础。
二、课程目标
1. 知识目标：掌握岩石力学的基本概念、原理和方法，了解岩石和岩体的基本性质及其与工程实践的关系。
2. 能力目标：培养学生运用岩石力学知识解决实际问题的能力，包括岩石工程设计、施工、监测等方面的技能。
3. 素质目标：培养学生良好的工程素养，提高学生的创新意识、实践能力和团队协作精神。
三、课程教学内容与要求
1. 岩石力学基本概念与原理（8学时）
岩石力学定义、研究内容及发展概况
岩石和岩体的基本性质：物理性质、水理性、热学性质、变形与强度特性等
岩石力学中的基本概念：应力、应变、强度准则等
岩石力学中的基本原理：静力学原理、动力学原理等
2. 岩石的应力状态与变形（12学时）
岩石的应力状态分析：应力测量、应力分布规律等
岩石的变形分析：弹性变形、塑性变形、流变等
岩石的强度准则：库仑-莫尔强度准则、格里菲斯强度准则等
3. 岩体的应力场与位移场（10学时）
岩体的应力场分析：岩体中的应力分布规律、岩体中的应力集中与松弛等
岩体的位移场分析：岩体中的位移规律、岩体中的位移变化等
4. 岩石工程设计与施工（16学时）
岩石工程的类型与特点
岩石工程设计：结构设计、稳定性分析等
岩石工程施工：施工方法与技术、施工监测等
5. 岩石工程监测与加固（8学时）
岩石力学
一、名词解释：1、岩石力学：研究岩石的力学性状和岩石对各种物理环境的力场产生效应
的一门理论科学，是力学的一个分支，同时它也是一门应用科学。
2、岩石：是由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律组合而成的多种矿物颗粒集合
体，是组成地壳的基本物质。
3、岩体：是地质体，它的形成于漫长的地质年代有关，它是一定工程范围内的自然地质体，
经过各种地质运动，内部含有构造和裂隙。
4、结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相
对较小的宏观地质界面或带。②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，
包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、褶皱、断层、层面、节理和片理等。
5、岩石结构：结构面和结构体在岩体内的排列组合形式，称为岩体结构。
6、软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值
7、弹性模量：弹性范围内轴向应力与轴向应变之比。
8、变形模量：岩石在单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。
9、泊松比：岩石在单向受压条件下，横向应变与纵向应变之比
10、抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。
11、抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。
12、抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力
13、流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。
14、蠕变：在大小和方向都保持不变的外力作用下，变形随时间不断增长的现象。
15、准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。
16、完整性系数：是岩体中纵波速度和同种岩体的完整岩石中纵波速度之平方比。
岩石力学重要知识点总结,期末考试复习
第一章
1.岩石力学：固体力学的分支，研究岩石在不同物理环境的力场中产生力学效应的学科，也称为岩体力学。研究对象：岩石与岩体
2.岩石：地质作用下矿物或岩屑按一定规律聚集形成的自然物体。可以有微小裂纹、间隙、层理等缺陷，但没有弱面，是较完整的岩块。
3.影响岩石的力学和物理性质的三个重要因素：
（1）矿物：构成岩石的自然元素和化合物，如方解石、石英、云母等。
（2）结构：构成岩石的物质成分、颗粒大小和形状、相互结合情况。
（3）构造：组成成分的空间分布及其相互间排列关系。
4. 岩石按成因分类
（1）岩浆岩：岩浆冷凝形成，也称火成岩。大数由结晶矿物组成，成分和物性均一稳定，强度较高。代表：玄武岩、花岗岩。
（2）沉积岩：母岩经风化剥蚀、搬运、海湖沉积、硬结成岩，由颗粒和胶结物组成，显著层状特点。力学特性与矿物、岩屑、胶结物、沉积环境相关。代表：砾岩、砂岩、石灰岩。
（3）变质岩：地壳中母岩受变质作用(高温、高压及化学流体)形成。力学性能与母岩性质、变质作用及变质程度有关。代表：大理岩、石英岩。
注：沉积岩和变质岩的层理构造产生各向异性特征，应注意垂直及平行于层理构造方向工程性质的变化。
5. 岩体：在地质环境中经受变形、破坏，具有一定结构的地质体。包括岩石结构体和一定的结构面(地质构造形迹)，强度远小于岩石。
6.岩体结构要素：结构面和结构体
（1）结构面：一定方向，延展较大，厚度较小的面状地质界面，包括物质的分界面和不连续面，如断层、节理、层理、片理、裂隙等。结构面产状、切割密度、粗糙度和黏结力、填充物性质等是评定岩体强度和稳定性能的重要依据。
岩石力学知识点总结
岩石力学知识点总结
一、岩石的力学性质
岩石的力学性质是指岩石在外力作用下的响应和变形规律，包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、弹性模量等。这些性质对于工程设计和地质灾害的防治非常重要。岩石的力学性质受到多种因素的影响，包括岩石的成分、结构、孔隙度、水分含量等。
1. 抗压强度
抗压强度是指岩石在受到垂直方向外力作用下的抵抗能力。岩石的抗压强度可以通过实验或者间接方法来进行测定，通常以MPa为单位。抗压强度受到岩石成分和密度的影响，通常晶体颗粒越大、结晶度越高的岩石其抗压强度越高。
2. 抗拉强度
抗拉强度是指岩石在受到拉伸力作用下的抵抗能力。通常岩石的抗拉强度远远低于其抗压强度，因为岩石在自然界中很少受到拉力的作用。抗拉强度常常通过实验来进行测定，其数值对于岩石的岩石工程设计和地质灾害防治具有重要意义。
3. 抗剪强度
抗剪强度是指岩石在受到切割或者剪切力作用下的抵抗能力。岩石的抗剪强度与其结构和组成有关，一般来说，岩石中存在着一定的位移面和剪切面，这些面的摩擦和滑移对于岩石的抗剪强度产生了重要的影响。
4. 弹性模量
弹性模量是指岩石在受到外力作用下的弹性变形能力。弹性模量也叫做“模量”，其数值越高，说明岩石在受到外力作用下的变形越小。弹性模量对于岩石的岩石工程设计和地质灾害防治具有重要的意义。
二、岩石的变形和破坏规律
岩石在受到外力作用下会发生变形和破坏，其变形和破坏规律对于地质工程的设计和地质灾害的防治具有重要的意义。岩石的变形和破坏规律受到多种因素的影响，包括岩石的力学性质、结构、孔隙度、水分含量等。
岩石力学-全部课件
具有变质过程中所产生的特 征，也常常残存有原岩的某 些特点。
●因此，它的物理力学性质不 仅与原岩的性质有关，而且 与变质作用的性质和变质程 度有关。
大理岩试件照片
27
1.5.2岩体结构
结构面是岩体内具有
1.绪论
结构面
一定方向、延展较大、 厚度较小的面状地质 界面。
●它包括物质的分界面
和不连续面。
结构面是岩体的重要
组成单元，岩体质量 的好坏与结构面的 性质密切相关。
结构面的强度取决于
它的特性，即它的粗糙度及充填物的性质。
研究结构面时，一方面要注意结构面的强度、密度及其延展性，另一方面
还需注意结构面的规模大小和它们之间的组合关系。
所投入的力量和为工程进行的试验工作量为 世界之最。
奠基人——陈宗基教授
大体可分为四个阶段：
●萌芽阶段 ●起步阶段 ●成长阶段 ●发展阶段
18
1.4 岩石力学发展简况
萌芽阶段
（上世纪50年代）
1.绪论
50年代，北京水科院将
岩石力学作为土力学的 分支开始着手研究，并 起草了《岩石力学（实 验室）试验操作规程》 （初稿）；
6
1.3 岩石力学的研究方法
1.绪论
工程地质研究方法
着重于研究与岩石和岩体的力学性质有关的岩石和岩体
地质特征。如：
常见岩石力学参数
常见岩石力学参数
岩石力学参数是指描述岩石在外力作用下的力学行为的物理性质，包
括弹性模量、剪切模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。这
些参数对于岩石的力学性质和工程应用具有重要意义。本文将详细介绍这
些常见的岩石力学参数。
1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量是衡量岩石弹性性质的
一个重要参数，表示岩石在外力作用下产生弹性变形的能力。弹性模量越大，岩石的刚度越大，抗弯和抗变形能力越强。
2. 剪切模量（Shear modulus）：剪切模量是衡量岩石抗剪切性质的
参数，表示岩石在剪切应力作用下产生剪切变形的能力。剪切模量越大，
岩石的抗剪强度越高，稳定性越好。
3. 泊松比（Poisson's ratio）：泊松比是衡量岩石体积变形性质的
参数，表示岩石在受到压缩应力时，横向收缩的程度。泊松比一般介于
0.1到0.4之间，数值越大，岩石的蠕变性越强。
5. 抗拉强度（Tensile strength）：抗拉强度是衡量岩石抗拉性质
的参数，表示岩石在受到拉伸应力时的最大承载能力。抗拉强度一般比抗
压强度要小，岩石在受到拉伸时易发生断裂。
6. 抗剪强度（Shear strength）：抗剪强度是衡量岩石抗剪切性质
的参数，表示岩石在受到剪切应力时的最大承载能力。抗剪强度主要与岩
石内部的粘聚力和内摩擦角有关。
除了上述常见的岩石力学参数外，还有一些与岩石稳定性有关的参数：
7. 断裂韧性（Fracture toughness）：断裂韧性是衡量岩石抗断裂性质的参数，表示岩石在受到裂纹扩展时的抵抗能力，能够反映岩石的破坏扩展能力。
岩石力学
在经典理论发展阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。
岩石的物理性质是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的比重，容重，孔隙率等基本属性。
水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。包括岩石的吸水性，透水性，软化性和抗冻性。
天然含水率：天然状态下岩石中水的质量与岩石的烘干质量的比值，称为岩石的天然含水率。吸水性：岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。
岩石的软化性：岩石浸水后强度降低的性能称为岩石的软化性。岩石的软化性常用软化系数来衡量。软化系数：是岩样饱水状态的单轴抗压强度与自然风干状态抗压强度的比值。
岩石的强度：岩石在各种载荷作用下达到破坏时所能承受的最大应力称为岩石的强度。
单轴抗压强度：岩石在单轴压缩荷载作用下达到破坏前所能承受的最大压应力称为岩石的单轴抗压强度。
岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。
答：试件在单轴压缩载荷作用破坏时，在试件中可产生四种破坏形式:
(1)X状共轭斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (2)单斜面剪切破坏，破坏面上的剪应力超过了其剪切强度，导致岩石破坏。 (3)拉伸破坏，破坏面上的拉应力超过了该面的抗拉强度，导致岩石受拉伸破坏。（4）塑性流动变形破坏。
岩石的三轴抗压强度：岩石在三向压缩荷载作用下，达到破坏时所能承受的最大压应力称为岩石的三轴抗压强度。
抗拉强度：岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度，简称抗拉强度。
在传统的压缩试验中，岩石达到其峰值强度后发生突发性破坏的根本原因是试验机的刚度不够大，这类试验机称为“软”性试验机。
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。
第3章岩石变形物理学(3)-岩石力学性质
（例如用不同έ 冲击沥青，变形结果是不一样的） 陨石撞击作用或地震作用发生应变速率是快速的 阿尔卑斯山变形应变速率10-12/s－10-14/s左右
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持续增加 的变形。
脆性变形
天然岩石变形
韧性变形
实验室岩石变形实验
0.1MPa高温流变仪
样品装置示意图
σ1 σ2=σ3 =围压
σ3 σ1=σ2 =围压
σ1
σ3
差（异）应力（differential stress）σ=σ1-σ3
岩岩石石变变形形的的应应力力－－应应变变曲曲线线
当受到外应力作用时，对于不同的固体材 料，其力学响应具有很大变化性。即使对 某种特定的固体材料，它的力学响应也要 取决于变形的物理和化学条件。
力学性质各向异性是指物体内同一点各个 方向上的力学性质不同。
岩石各向异性影响的表现
岩石结构构造不同的影响（例如层理引起 的力学各向异性）；
岩石先存构造对岩石剪切破裂角明显变化 的影响（例如具面理的板岩与页岩剪切破 裂角变化引起的力学各向异性）；
沉积岩的水平层理
橄榄石单晶体
围压对岩石力学性质的影响(2)
地壳岩石严格讲也是一种粘弹性体，只不过不像蛋 清那样明显，这主要是它的流动需要在长时间载荷 下表现出来。对于固体或流体而言，温度越高，粘 度越低，反映易流动性越大。
岩石力学
微结构面的定义：是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒与矿物集合体之间微笑的弱面及空隙。
影响岩石强度指标值的因素：1.试件尺寸2.试件形状3.试件三维尺寸比例4.加载速率5.湿度。
岩石试件在单轴压缩荷载作用下的三种破坏形式：1.X状共轭斜面剪切破坏2.单斜面剪切破坏3.拉伸破坏
抗剪强度定义：岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度
获得摩尔强度包络线的方法：1.抗剪强度试验2.三轴抗压强度试验
岩石单轴压缩实验全应力应变曲线的用途：1.预测岩爆2.预测蠕变破坏3.预测循坏加载条件下岩石的破坏
岩石的变形类型：弹性变形、塑性变形和黏性变形
单轴压缩全应力应变曲线将岩石的变形分为四个阶段：1.孔隙裂隙压密阶段2.弹性变形至微弹性裂隙稳定发展阶段3.非稳定破裂发展阶段4.破裂后阶段
临界应力：当循环应力峰值小于某一数值时，循环次数即使很多也不会导致岩石破坏，而超过这一数值岩石将在某次循坏中发生破坏，这一数值称为临界应力。
岩石变形特性指标：弹性模量、变形模量和泊松比
影响岩石力学性质的基本因素：结构体力学性质、结构面力学性质、岩体结构力学效应和坏境因素
结构面根据成因可分为哪几种类型：原生结构面、构造结构面、次生结构面
结构面的力学性质：法向变形、剪切变形、抗剪强度
结构面的剪切变形、法向变形与结构面的那些因素有关：结构面的剪切变形与岩石强度、结构面粗糙性和法向力有关法向变形与粗糙结构面接触点数、接触面积和结构面两侧微凸体相互啮合程度有关
尺寸效应：1.随着结构面尺寸的增大，达到峰值强度的位移量增大2.由于尺寸增加，剪切破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化3.尺寸增大，峰值剪胀角减小4.随结构面粗糙度减小，尺寸效应减小
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第一章岩石物理力学性质；1.构成岩石的主要造岩矿物有哪些？；答：岩石中主要造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、；2.为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？；答：基性和超基性岩石主要是由易风化的橄榄石、辉石；3.常见岩石的结构连接类型有哪几种？各有什么特点；答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连；结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起；4.何谓岩石中的
第一章岩石物理力学性质
1.构成岩石的主要造岩矿物有哪些？
答：岩石中主要造岩矿物有：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、磁铁矿等。
2.为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？
答：基性和超基性岩石主要是由易风化的橄榄石、辉石及斜长石组成，所以非常容易风化。
3.常见岩石的结构连接类型有哪几种？各有什么特点？
答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连接和胶结连接。
结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。这类连接使晶体颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，抗风化能力强；胶结连接指岩石矿物颗粒与颗粒之间通过胶结物连接在一起，这种连接的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。
4.何谓岩石中的微结构面，主要指哪些，各有什么特点？
答：岩石中的微结构面（或称缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合之间微小的若面及空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。
矿物解理面指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶防线分裂成光滑平面，解理面往往平行于矿物晶体面网间距较大的面网。
晶粒边界：由于矿物晶粒表面电价不平衡而引起矿物表面的结合力，该结合力源小于矿物晶粒内部分子、原子、离子键之间的作用力，因此相对较弱，从而造成矿物晶粒边界相对软弱。微裂隙：指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂痕迹线。具有方向性。粒间空隙：多在成岩过程中形成晶粒之间、胶结物之间微小的空隙。
5.自然界中的岩石按地质成因分类，可以分为几大类，各大类有何特点？
答：按地质成因分类，自然界中岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。
岩浆岩按照岩浆冷凝成岩的地质环境不同又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。其中深成岩常形成巨大的侵入体，有巨型岩体，大的如岩盘、岩基，其形成环境都处在高温高压之下，形成过程中由于岩浆有充分的分异作用，常常形成基性岩、超基性岩、中性岩及酸性、碱性岩等，其岩性较均一，变化较小，岩体结构呈典型的块状结构，结构多为六面体和八面体，岩体颗粒均匀，多为粗-中粒结构，致密坚硬，空隙少，力学强度高，透水性弱，抗水性强；浅成岩成分与相应的深成岩相似，其产状多为岩床、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，岩石常呈斑状结构和均粒-中细粒结构，细粒岩石强度比深成岩高，抗风化能力强，斑状结构则差一些；喷出岩有喷发及溢流之别，其结构比较复杂，岩性不一，各向异性显著，岩体连续性差，透水性强，软弱结构面发育。
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，具层理构造，岩性一般具有明显的各向异性，按形成条件和结构特点，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。
变质岩是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用形成的。因其形成的温度、压强等变质因素复杂，其力学性质差别很大，不能一概而论。
6.表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？
7.岩石破坏有几种形式？对各种破坏的原因作出解释。
答：岩石在单轴压缩载荷作用下，破坏形式包含三种：X状共轭面剪切破坏、单斜面剪切破坏和拉伸破坏。前两类破坏形式主要是因为轴向主应力因起破坏面的剪应力超过岩石最大剪应力而导致的破坏；后一类破坏主要是因为轴向主应力
8.劈裂法实验时，岩石承受对称压缩，为什么在破坏面上出现拉应力？绘制试件受力图说明实验的基本原理。
答：试件受力图如下：
从图上看出：在圆盘边缘x、y向都表现出压应力，随着位置向圆盘中心移动，X向压应力变小并出现拉应力，并逐渐均匀化，在Y向上，随着位置向圆盘中央靠近，压应力逐渐减小并均匀化，但始终是处于压的状态，又因为岩石抗拉强度低，故圆盘试件在中央沿直径发生劈裂破坏。
9.什么是全应力-应变曲线，为什么普通材料试验机得不出全应力-应变曲线？
答：能全面反映岩石受压破坏过程中的应力、应变特征，特别是岩石破坏后的强度与力学性
质变化规律的应力应变曲线就叫全应力-应变曲线。普通试验机只能得出半程应力-应变曲线不能得出全应力-应变曲线的原因是由于试验机的刚性不足，在岩石压缩过程中，试件受压，试验机框架受拉，随着岩样不断被压缩，试验机发生的弹性变形以应变能形式存于机器中，当施加压力超过岩石抗压强度，试件破坏，此时，试验机迅速回弹，被存于试验机中的应变能瞬间释放到岩石试件中，引起岩石的激烈破坏和崩解，因而造成无法获得岩石在超过峰值破坏强度后受压的应力应变曲线。
10.如何根据全应力-应变曲线预测岩石的岩爆、流变和反复加、卸载作用下的破坏？答：（1）如下图示全应力应变曲线：
左半部A的面积代表，达到峰值强度时，积累在试件内部的应变能，右半部B代表试件从破裂到破坏所消耗的能量。若A＞B，说明岩石破坏后尚余一部分能量，这部分能量突然释放就会产生岩爆，若A＜B，则说明应变能在破坏过程中全部消耗掉，因而不会产生岩爆。
（2）在试件加载到一定程度，保持一定应力水平不变，试件将发生蠕变，蠕变发生到一定程度，即应变达到某一值，蠕变就停止，全应力-应变曲线预测蠕变可由下应变-应力曲线预测蠕变破坏图示意：
图中，全应力-应变曲线及蠕变终止轨迹线由大量实验所得，（1）当应力在H点以下时，保持应力不变，试件不会发生蠕变；（2）当应力在H至G点见时，保持应力不变，试件发生蠕变，最终发展到蠕变终止轨迹线，停止蠕变，试件不破坏，如EF；（3）当应力在G点以上时，保持应力值不变，试件发生蠕变，蠕变应变最终达到破坏段应力应变曲线破坏段，试件发生破坏，如AB,CD；（4）从C点开始发生蠕变则到D点发生破坏，若从A点发生蠕变，则到B点发生破坏，前者，蠕变时间较后者长。
（3）全应力-应变曲线预测循环加载下岩石的破坏：
由于岩石的非完全弹性（或非线弹性），在循环荷载作用下，在应力应变图中表现出若干的滞回环，并不断向破坏段应力-应变曲线靠近，在循环荷载加载到一定程度，岩石将发生疲劳破坏，通过全应力-应变图可看出，高应力状态下加载循环荷载，岩石在较短时间内发生破坏，在低应力状态下加载循环荷载则需要较长时间才发生破坏。
11.在三轴压缩试验条件下，岩石的力学性质会发生哪些变化？
答：三轴压缩试验条件下，岩石的抗压强度显著增大；岩石的变形显著增大；岩石的弹性极限显著增大；岩石的应力-应变曲线形态发生明显变化，表明岩石由弹性向弹塑性变化。
12.什么是莫尔强度包络线？如何根据实验结果绘制莫尔强度包络线？
答：莫尔强度理论认为材料在单向压缩、拉伸、纯剪切时所得到的在各种应力状态下的极限应力圆具有一条公共包络线，这条包络线与每个极限应力圆相