《岩石物理力学性质》PPT课件
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第2章岩石的基本物理力学性质1
（三）、岩石的水理性质
软化性
1 含水性
渗透性 耐崩解性
(1)、含水量：岩石孔隙中含水量(WW)与岩石烘干重 量(Ws)比值的百分率
w=Ww/Ws×100％
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
(2)、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条 件下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a W W W S W0W SWS 10% 0
2020/11/21
8
岩块与岩体(地质体)
（工程）岩体=岩块
不连续面包括： 节理、裂隙、孔 隙、断面、孔洞、 层面、溶洞
2020/11/21
9
岩体 (Rock Mass)
岩体是指在一定地质条件下，含有诸如节理、层理、劈 理、裂隙、断层等不连续结构面的复杂地质体。
层理 (Lamina)
岩浆岩：地壳深处的岩浆在地下或喷出地表后结
晶、固化而形成的岩石。强度高、均质性好
沉积岩：地表物质或者岩石风化或溶解的产物，
经过搬运、沉积并在不同固结作用下形成的岩石。 强度不稳定，各向异性
变质岩：原有的岩石受到高温或高压作用，重新
结晶或结合形成的新矿物结合体。定向排列，力学 性能与变质程度和原岩性质有关
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)
吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
2020/11/21
18
2 渗透性
渗透性：在一定的水压作用下，岩石的孔隙和裂隙透过
水的能力，可用渗透系数来衡量。
可用达西（Darcy）定律描述：
qx
k dh A dx
dh ——水头变化率； dx qx——沿x方向水的流量，m3/s ；h——水头高度，m； A——垂直x方向的截面面积，m2；k——渗透系数，m/s 。
岩石的基本物理力学质PPT
一、岩石的密度
❖ 1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
❖ 2、块体密度(ρ)
ρ=m/V
❖ 注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的
式中：W――天然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。
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
干密度是指岩石孔隙中的液体全部被蒸发后单位体积 岩石的质量，相应的重度即为干重度。
d
Ws V
d d g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)；
nl
Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
n0
Vn0 V
100%
(5)闭空隙率nc: 即岩石试件内闭型空隙的体积（Vnc)占 试件总体积(V)的百分比。
nc
Vnc 100% V
2 、空隙比(e)
所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（V V)与 岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
sin
2
(
1
3 )2 2
2
( 1
3 )2 2
2 岩石的强度特性
工程师对材料提出两个问题
1 最大承载力——许用应力[ ] ？
2 最大允许变形－－许用应变[ ]？
本节讨论[ ]问题
强度：材料受力时抵抗破坏的能力。Strength of rock
岩石力学第2章岩石的基本物理力学性质PPT课件
格里菲斯强度理论
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
岩石的基本物理力学性质PPT课件
增大。
1
原因：新裂纹产生，原生裂隙扩展。
岩石越硬，BC段越短，脆性性质越显著。
脆性：应力超出屈服应力后，并不表现出明显
的塑性变形的特性，而破坏，即为脆性破坏。
第38页/共83页
b.弹性常数与强度的确定
弹 性 模 量 国 际 岩 石 力 学 学 会 （ ISRH） 建 议 三 种 方 法
初始模量 E0
（3）干密度：岩块中的孔隙水全部蒸发后的单 位体积质量（108℃烘24h）
c G1 /V （KN/m3）
G1——岩石固体的质量。
2、岩石的比重：岩石固体质量（G1）与同体积 水在4℃时的质量比
VC——固体积；
——水G的1比/(V重CW )
W
第1页/共83页
二、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
积上承受的荷载。
Rc P / A
式中：P——无侧限的条件下的轴向破坏荷载 A——试件界面积
2.试件方法： （1）试件标准：
圆柱形试件：φ4.8－5.2cm ，高H=（2－2.5)φ 长方体试件：边长L= 4.8－5.2cm , 高H=（2－2.5)L
试件两端不平度0.5mm；尺寸误差±0.3mm; 两端面垂直于轴线±0.25o
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第二节 岩石的强度特性
工程师对材料提出两个问题
1
最大承
载力——
许用应力
[
2 最大允许 变形－－许用应变[
本节讨论[ ]问题
]？ ]？
强度：材料受力时抵抗破坏的能力。
单向抗压强度
单向抗拉强度
强度
剪切强度 三轴压缩
真三轴 假三轴
第7页/共83页
一 岩石的单轴抗压强度
1.定义：指岩石试件在无侧限的条件下，受轴向压力作用破坏时单位面
岩石力学第二章 岩体力学性质ppt课件
存于一定地应力环境中的岩体来说，地应 力对岩体构成的围压越大，其承载才干越 大。
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
②、地应力影响岩体的变形和破坏机制， 许多低围压下呈脆性破坏的岩石在高围压 下呈剪塑性变形，这种变形和破坏机制的 变化阐明岩体赋存的条件不同，岩体的本 构关系也不同。
岩石力学
六、地应力的影响
③、地应力影响岩体中的应力传播的法 那么，严厉来说岩体是非延续介质，但由于 岩块间存在摩擦作用，赋存于高应力地域的 岩体，在地应力围压的作用下那么变为具有 延续介质特征的岩体，即地应力可以使不延 续变形的岩体转化为延续变形的岩体。
特别是水和地应力的作用。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
岩体内存在各种地质界面，它包括 物质分异面和不延续面，如断层、层 理、节理、片理、假整合、不整合和 褶皱等。
这些不同成因、不同特性的地质界 面统称为构造面(弱面)。
岩石力学
一、岩石与岩体的概念
构造面(弱面) 在横向延展上具有面的 几何特性，常充填有一定物质、具有一定 厚度。
断层泥主要是由糜棱岩风化而成而糜棱岩主要为压力愈合连结当压力卸去后又转化为糜棱岩粉糜棱岩体风化后便转化为断岩石力学中国科学研究院地质研究所岩体结构分类名称结构面间距cm完整性系数i主要结主要结构面类型主要结压强度mpa散体结构020节理密集呈无序状分布表现为泥包块或020无实际意岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学岩体结构类型岩体完整性主要结构面及其抗剪特性压强度10pa结构面间距cm完整性系数i主要结构面摩擦系数f代号名称代号名称整体块状结构整体结构100075存在刚性结构面060600块状结构10050075035级为主刚性结构面局部为破碎结构面0406300般大于600层状结构层状结构50300603级为主刚性结构面柔性结构面0305300薄层状结构30040级显著柔软结构面030o40300100碎裂结构镶嵌结构50036密集刚性结构面破碎结构面040060600层状碎裂结构50骨架岩层中较大040均发育泥化结构面020040300骨架岩层在300上下碎裂结构50030破碎结构面016040300散体结构020节理密集呈无序状分布表现为020无实际意义岩石力学四岩体结构的相对性工程岩体结构的唯一性岩体结构分类的最终目的在于为岩石工程的建设服务对于工程岩体而言由于工程规模和尺寸的变化岩体结构也发生相对变化具有相对性
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
（2）上凹型（塑-弹性岩体）
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
36
孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
2021/8/17
σα，σ ，p ： 含义同上
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含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
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孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
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σα，σ ，p ： 含义同上
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《岩石物理力学性质》PPT课件
▪ 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过 弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑的平面 的现象.
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
微裂隙
▪ 白云质灰岩晶间微裂隙
▪ 粒间空隙
粒间空隙
晶格
▪ 晶格边界、晶格缺陷
▪ 微构造面对岩石工程性质的影响 ▪ 大大降低岩石的强度 ▪ 导致岩石的各向异性 ▪ 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率
和热传导率等
▪ 岩石是构成岩体的根本单元。
1.2.1 岩石的根本构成
▪ 岩石的根本构成是由组成岩石的物质成分和构造 两方面决定。
▪ 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天 然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理 性质、化学成分和形态。
▪ 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
基性和超基性岩石主要是由易于风化的矿物组成，非常容易风化 ；
酸性岩石主要由较难风化的矿物组成，抗风化能力比起同样构造的基性 岩要高 ；
沉积岩主要由风化产物组成，大多数为原来岩石中较难风化的碎屑物或 是在风化和沉积过程中新生成的化学沉积物，稳定性一般都较高；
1.2.1.2 常见的岩石构造类型
▪ 岩石的构造是指岩石中矿物〔及岩屑〕颗 粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形 状、排列、构造连结特点及岩石中的微构 造面。
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪石、 云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化而成 的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等，或 在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
矿物的外表形态： 结晶体——大多呈现规那么的几何形状； 非结晶体——呈现不规那么的形状。
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件
岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力， 通常分为抗压、抗拉和抗 剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态 下从弹性到破坏的过渡规 律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式， 如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响， 如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承 载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的 物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和 破坏模式，采取相应的监测和预警措施， 以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措 施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体 ，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和 滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度， 与岩石的密度和弹性模量等有 关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点 时，岩石会发生塑性变形， 不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石 的变形不仅与当前应力状 态有关，还与应力历史有 关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石 变形随时间逐渐增加的现 象。
岩体力学第二章岩石的基本物 理力学性质ppt课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体 的变形、破坏和稳定性至关重要。
岩石力学性质-PPT课件
岩石具有非常缓慢的流动性。
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
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。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
粘度是衡量地球动力学的一个重要参数。
近代，人们把物体所有这些力学性质概括为物质的流变 性（rheological properties），并形成一门新兴学科 －流变学（rheology）
流变学是研究固体物质流动的科学。因此，从近代地球 科学观念来看，地球物质具有流变性。把研究地球物质 流动性质和规律的科学，称为“地球流变学（Rheology of Earth Materials）”。
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。 蠕变的结果在低于岩石弹性极限的情况下使岩石产生永
久变形。 松弛是在恒定变形情况下，岩石中应力随时间增长不断
减小。 松弛的结果：使部分弹性变形转化为永久变形，相当于
降低了岩石的弹性极限。 蠕变和松弛现象是岩石变形表现的两方面，都表现出时
（1）改写为
（3）
（4）
（1）、（3）式称为线性粘性定律（牛顿粘性定律），服从牛顿粘性定律的 材料称为牛顿流体（或线粘性流体）。具牛顿粘性变形称为粘性流体变形。
理想粘性材料的力学行为
弹塑性变形—指有些物体同时具有弹性和塑性的性 能。在弹塑性变形中，有一部分是弹性，其余为塑 性变形。
理想弹性体的变形是可逆过程，它的应力与应变 之间有一个确定的单值关系，符合虎克定律：
σ=Ee
其中E为杨氏弹性模量。
岩石变形的应力－应变曲线
非理想弹性体的变形：受力不立即产生全部弹性 变形，而是随着时间的延长逐渐增大弹性变形到 应有的值；当撤除外力后，也不立即恢复原状， 而是随时间延长逐渐恢复原状。这种现象称为弹 性后效（即滞弹性）。
流体沿着x方向流动的n个不同流层。它们的流速ů是y的函数，ů在y轴方向的 变化率称为速度梯度，dů/dy。同一位置上的剪应力（摩擦阻力）与速度梯度 呈正比关系
岩石基本物理力学性质PPT课件
岩石的变形指标
E
弹模
含或水E率t
d d
泊松比
含水 x率 y
剪切模量：G E
2(1 )
拉梅常数：
E
(1 )(1 2)
E
体积模量： Kv 3(1 2)
23
第243页/共36页
1.5 影响岩石力学性质的主要因素
• 围压 •水 • 温度 • 加载速度（应变率）
24
第254页/共36页
围压对岩石力学性质的影响
岩块 非连续面
联合作用
岩体特性
岩块研究 成果丰硕
理论背景 试验基础
采样 试验设备
2
第32页/共36页
课程章节调整
岩石物理力学性质 岩石的本构模型与强度理论 岩体力学性质 地应力 三大岩石工程--洞、坡、基
3
第43页/共36页
岩石的物理性质（Physical Properties of rocks)
砂岩
4~25
玄武岩 10~30 闪长岩 10~25
砾岩
2~15
石英岩 大理岩 白云岩
10~30 7~20 15~25
安山岩 片麻岩 板岩
10~20 5~20 7~15
灰岩
千枚岩、 片岩
5~20 1~10
Rt
1 25
~
1 4
Rc
13
第143页/共36页
岩石的抗剪强度
基本概念—正应力条件下施加剪切力，岩石能抵 抗的最大剪力
D点以后：破裂后阶段
典型的应力-应变曲线 第221页/共36页
21
岩石变形性质-体积变形
岩石的扩容
岩石在荷载作用下发生破坏之前产生体积膨胀大于体积压缩的非线性体积变形
岩石的基本物理力演示课件
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、空隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为： (1)总空隙率n (2)大开空隙率nb (3)小开空隙率nl (4)总开空隙率n0 (5) 闭空隙率nc
nl
Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
n0
Vn0 V
100%
(5)闭空隙率nc: 即岩石试件内闭型空隙的体积（Vnc)占 试件总体积(V)的百分比。
nc
Vnc 100% V
2 、空隙比(e)
所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（V V)与 岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
❖ KR ＜ 0.75 ， 岩 石 软 化 性 较 强 ， 工 程 地 质 性 质 较 差
常见岩石的物理性质指标值
三、岩石的抗冻性
❖ 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
❖ 抗冻系 数 (Rd) ：岩石试件 经 反复冻 融 后的干抗
压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用
百分数表示
Rd
g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ ）和饱和重度(γw)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
w
Ww V
w wg
（g/cm3） (kN /m3)
式中：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。
二、比重(Δ)
岩石力学ppt课件
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强，但斑状结构岩石 的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
岩石力学ppt课件第2章 岩石的基本物理力学性质
d Ms /V
2020/6/15
Ms——岩石烘干后的质量，kg。
13
（3）饱和密度：岩石中的孔隙被水充填时的单 位体积质量（水中浸48小时）
sa t MsVVVW
(kg/m3)
VV——孔隙体积 ρW:一个大气压下4℃时水的密度
测定方法及适用条件：量积法、水中称重法、蜡封法。
2、岩石的比重：岩石固体烘干重量（WS）与4℃时 同体积纯水的重量比
3.三轴压缩试验的破坏类型
2020/6/15
23
具体破坏形式的多样化
2020/6/15
24
4.岩石三向压缩强度的影响因素
（1）侧压力的影响
围压越大，轴向压力越大
2020/6/15
25
（2）加载途径对岩石三向压缩强度影响
A、B、C三条虚线是三个不同的加载途径，加载途径对岩石的 最终三轴压缩强度影响不大（？）。
W S/(VCW)
VC——岩石实体部分(不包含孔隙）的体积；
——W 一个大气压下4℃时水的重度
2020/6/15
返回 14
一 岩石的单轴抗压强度
1. 定义：指岩石试件在单轴压力作用下（无围压，只受
轴向压力）所能承受的最大压应力，也即是岩石在达到破 坏时承受的最大轴向荷载P除以试件的横截面积A。
Rc P/ A
Ws：在105-110°C温度下烘干24小时的重量(kN)
2、吸水率：干燥岩石试样在一个大气压和室温条件 下吸入水的重量与岩石烘干重量之比
a W W W S W0W SWS 10% 0
W0－烘干岩样浸水48h后的湿重(kN)
2020/6/15 吸水率是一个间接反映岩石内孔隙多少的指标
7
（二）渗透性
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2020/11/25
• 玄武岩 – 岩漿從地殼的深部快速的上升到地表，冷卻變成岩石的時間非常短，岩 漿中的礦物來不及長成為大的礦物顆粒，所以具有細小的礦物顆粒並且 含有大量來不及形成礦物的火山玻璃。 – 顏色呈墨綠色，風化後顏色呈綠色，岩石中的礦物顆粒非常細，偶而可 以看見白色長條狀礦物為斜長石。
2020/11/25
1.2.1.2 常见的岩石结构类型
• 岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）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。
• 岩石中结构连结的类型分别为： – 结晶连结 – 胶结连结
2020/11/25
• 结晶连结
– 岩石中矿物颗粒通过 结晶相互嵌合在一起。
– 胶结类型 ① 基底胶结 ② 孔隙胶结 ③ 接触胶结
2020/11/25
• 岩石中存在微结构面 – 矿物解理 – 微裂隙 – 粒间空隙 – 晶格缺陷 – 晶格边界
2020/11/25
矿物解理
• 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑 的平面的现象.
2020/11/25
• 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
2020/11/25
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪 石、云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化 而成的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等， 或在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
2020/11/25
• 浅成岩 – 多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。 – 岩石多呈现斑状结构。
2020/11/25
煌斑岩为一种浅成 岩，通常颜色较深， 含有由暗色矿物组 成的斑晶，在肉眼 观察时，其标本闪 闪发光，因此而得
名。
• 喷出岩 – 喷出岩是一种火成岩，也被称为火山岩，是由火山喷出的岩浆在地表迅 速冷却后形成的岩石，由于冷却速度很快，一般喷出岩的结构会形成细 粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑和斑晶。 – 喷出岩由于冷却很快，有时其中气体无法逸出，形成很小的气泡，最典 型的如浮岩，由于含气量大，造成比重小，甚至能在水中漂浮。
– 等粒结晶结构一般比 非等粒结晶结构的强 度大，抗风化能力强。 细粒结晶结构比粗粒 的强度高。在斑状结 构中，细粒基质比玻 璃基质的强度高，总 之，晶粒愈细，愈均 匀，玻璃质愈少，则 强度愈高。
2020/11/25
层解石+水晶 雌黄雄黄共生结晶簇
• 胶结连结
– 岩石强度主要取 决于胶结物及胶 结类型。硅质、 铁质胶结的岩石 强度较高，钙质 次之，而泥质胶 结强度最低。
成因及结构
深 成
等粒状，有时为 斑状，所有矿物 均能用肉眼鉴别
浅 成
斑状（斑晶较大 且可分辨出矿物 名称）
玻璃状，有时为 细粒斑状，矿物
喷 难用肉眼鉴别
出
玻璃状或碎屑状
2020/11/25
含Si、Al为主
含Fe、Mg为主
酸性
中性
基性
超基性
浅色（浅灰、浅红、浅黄）Biblioteka 深色（深灰、绿色、黑 色）
含正长石
含斜长石
• 当地下深处的岩浆喷出地表时，就形成了火山喷发，火山 喷出的物质在地表快速冷凝固结，就形成了火山岩。如果 地下岩浆没有喷出地表，而是上升到地壳浅部就开始冷凝 结晶，这就形成了侵入岩，火山岩和侵入岩统称为火成岩 或岩浆岩。
2020/11/25
2020/11/25
• 深成岩 • 浅成岩 • 喷出岩
• 深成岩 – 有的时候，火成岩不一定是直接由岩浆冷却而成，也可以是经由流出地 表的熔岩冷结晶形成，形成于地底下的称之为深成岩，也就是指“形成 于深处的岩石 ”。
• 在地球由原始太阳星云的部份物质构成后计起，科学家估计大约有四十五亿 七千万年之久。
2020/11/25
2020/11/25
岩浆岩——由岩浆冷凝后形成的岩石，按照冷凝 时的地质环境的不同，又可分为深成岩、浅成岩 和喷出岩。
沉积岩——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。
变质岩
• 变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种石头自然变 质成的另一种石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。
• 变质岩是在地球内力作用，引起的岩石构造的变化和改造产生 的新型岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成 分。固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成 分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重 结晶变成大理石。
第一章 岩石物理力学性质
1、岩石的基本构成和地质分类 2、岩石的物理性质 3、岩石的力学性质 4、影响岩石力学性质的主要因素
2020/11/25
1.1 概 述
• 岩石是组成地壳的自然物体，是经过地质作用而 形成的矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。
• 岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
• 岩石的种类不同，其物理力学性质差异较大，加 之不同时期、不同强度的构造作用，也就决定岩 石力学问题复杂多变。
2020/11/25
• 花崗岩 – 深成岩，酸性的岩漿慢慢冷卻形成，含有大量的二氧化矽成分(石英)。 – 礦物顆粒較粗大約0.1-0.5公分，主要礦物有石英、正長石、白雲母與黑 雲母。 – 岩石的顏色呈灰白色、粉紅色或紅色。
2020/11/25
岩浆岩分类简表
表1-2
化学成分 酸基性 颜色
矿物成分
矿物名称 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
野外简易鉴定方法 用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划 用指甲可刻划 用黄铜板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划 小刀可刻划 用削铅笔刀刻划时可留下明显划痕，不能刻划玻璃 小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃 用小刀不能刻划 能刻划玻璃，难于刻划石英 能刻划石英 能刻划石英
2020/11/25
岩盖︰大多发生于酸性岩浆，粘度大不易向两侧流动，所以形成盖状 岩盆︰盆状，由于形成于较深处，因此结晶颗粒较大 岩床︰较常发生于基性岩浆，易向两侧扩展，形成于地底下较浅处 岩基︰为最大的不整合贯入，主要成分为花岗岩 岩株︰面积较小的岩株，或为岩基的一部份 20岩20/脉11/︰25 岩浆沿裂缝上升的产物，常群体出现
2020/11/25
2020/11/25
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
主要造岩矿物抗风化相对稳定性
抗风化 稳定性
非常稳定的
矿物 名称
石 英
锆 长 石
白 云 母
稳定的
较稳定的
正 长 石
钠 酸性 角 长 斜长 闪 石石 石
辉 石
表1-1
不稳定的
黑 云 母
基性 斜长
石
霞 石
橄黄 榄铁 石矿
各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。
不含长石
石英、云 黑云母、
母、角闪 角闪石、
石
辉石
角闪石、辉 辉石、角 石、黑云母 闪石、橄
榄石
橄榄石、 辉石
花岗岩 正长岩
闪长岩
辉长岩
橄榄岩 辉岩
花岗斑岩 正长斑岩
玢岩
辉绿岩
未遇到
流纹岩 粗面岩
安山岩
玄武岩
未遇到
黑耀岩、浮石、火山凝灰岩、火山碎屑岩、火山玻璃
产状
岩基、岩 株
岩脉、岩 床、岩盘
熔岩流 火山喷出 的堆积物
主要由石英、长石的粉、粘粒及粘土矿物组成
主要由高岭石、微晶高岭石及水云母等粘土矿物组成 粘土质页岩 有粘土矿物组成 碳质页岩 由粘土矿物及有机质组成 石灰岩 白云石含量>90%、粘土矿物<10% 泥灰岩 方解石含量75%~50%、粘土矿物25%~50%
白云岩 白云石含量90%~100%、方解石<10% 灰质白云岩 白云石含量50%~75%、方解石50%~25%
2020/11/25
• 玄武岩
基性喷出岩的一种。成分相当于辉
长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁
状构造和斑状结构。
斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；
基质一般为细粒或隐晶质。
按次要矿物的不同，可划分为橄榄
玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结
2020/11/25
构构造，可分为气孔状玄武岩、杏 仁状玄武岩等；
• 安山岩 – 由於安山岩是岩漿噴發，快速冷卻而成的，所以礦物顆粒很小，常見的 礦物有長石、角閃石、輝石與黑雲母，偶而含有石英，其餘細粒的物質 是火山玻璃。 – 安山岩的礦物排列方式是大顆粒的礦物夾在火山玻璃之中，構成斑狀的 結構，顆粒大小約1-3mm。岩石有紅、綠、黑、灰、白等各種顏色。
粘土 岩类
泥质结构 粒径<0.005mm
化学 及生 物化 学岩 2020类/11/25
结晶结构及 生物结构
岩石分 类名称 火山集 块岩 火山角 砾岩 凝灰岩
砾岩
砂岩
粉砂岩
泥岩 页岩
石灰岩
白云岩
主要亚类及其组成物质
主要由大于100mm的熔岩碎块、火山灰尘等经压密胶结而成
主要由100~2mm的熔岩碎屑、晶斜、玻屑及其他碎屑混入物 组成 由50%以上粒径<2mm的火山灰组成，其中有岩屑、晶屑、玻 屑等细粒碎屑物质 角砾岩 有带棱角的胶粒经胶结而成 砾岩 由辉圆的砾石经胶结而成 石英砂岩 石英含量>90%、长石和岩屑<10% 长石砂岩 石英含量<75%、长石>25%、岩屑<10% 岩屑砂岩 石英含量<75%、长石<10%、岩屑>25%
• 玄武岩 – 岩漿從地殼的深部快速的上升到地表，冷卻變成岩石的時間非常短，岩 漿中的礦物來不及長成為大的礦物顆粒，所以具有細小的礦物顆粒並且 含有大量來不及形成礦物的火山玻璃。 – 顏色呈墨綠色，風化後顏色呈綠色，岩石中的礦物顆粒非常細，偶而可 以看見白色長條狀礦物為斜長石。
2020/11/25
1.2.1.2 常见的岩石结构类型
• 岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）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。
• 岩石中结构连结的类型分别为： – 结晶连结 – 胶结连结
2020/11/25
• 结晶连结
– 岩石中矿物颗粒通过 结晶相互嵌合在一起。
– 胶结类型 ① 基底胶结 ② 孔隙胶结 ③ 接触胶结
2020/11/25
• 岩石中存在微结构面 – 矿物解理 – 微裂隙 – 粒间空隙 – 晶格缺陷 – 晶格边界
2020/11/25
矿物解理
• 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑 的平面的现象.
2020/11/25
• 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种， 如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、 高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。
2020/11/25
1.2.1.1 岩石的主要物质成分
按照生成条件划分，矿物可分为： 原生矿物——由岩浆岩冷凝生成，如石英、长石、辉石、角闪 石、云母等； 次生矿物——由原生矿物经风化作用直接生成，如由长石风化 而成的高岭石、由辉石或角闪石风化而成的绿泥石等， 或在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。
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• 浅成岩 – 多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。 – 岩石多呈现斑状结构。
2020/11/25
煌斑岩为一种浅成 岩，通常颜色较深， 含有由暗色矿物组 成的斑晶，在肉眼 观察时，其标本闪 闪发光，因此而得
名。
• 喷出岩 – 喷出岩是一种火成岩，也被称为火山岩，是由火山喷出的岩浆在地表迅 速冷却后形成的岩石，由于冷却速度很快，一般喷出岩的结构会形成细 粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑和斑晶。 – 喷出岩由于冷却很快，有时其中气体无法逸出，形成很小的气泡，最典 型的如浮岩，由于含气量大，造成比重小，甚至能在水中漂浮。
– 等粒结晶结构一般比 非等粒结晶结构的强 度大，抗风化能力强。 细粒结晶结构比粗粒 的强度高。在斑状结 构中，细粒基质比玻 璃基质的强度高，总 之，晶粒愈细，愈均 匀，玻璃质愈少，则 强度愈高。
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层解石+水晶 雌黄雄黄共生结晶簇
• 胶结连结
– 岩石强度主要取 决于胶结物及胶 结类型。硅质、 铁质胶结的岩石 强度较高，钙质 次之，而泥质胶 结强度最低。
成因及结构
深 成
等粒状，有时为 斑状，所有矿物 均能用肉眼鉴别
浅 成
斑状（斑晶较大 且可分辨出矿物 名称）
玻璃状，有时为 细粒斑状，矿物
喷 难用肉眼鉴别
出
玻璃状或碎屑状
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含Si、Al为主
含Fe、Mg为主
酸性
中性
基性
超基性
浅色（浅灰、浅红、浅黄）Biblioteka 深色（深灰、绿色、黑 色）
含正长石
含斜长石
• 当地下深处的岩浆喷出地表时，就形成了火山喷发，火山 喷出的物质在地表快速冷凝固结，就形成了火山岩。如果 地下岩浆没有喷出地表，而是上升到地壳浅部就开始冷凝 结晶，这就形成了侵入岩，火山岩和侵入岩统称为火成岩 或岩浆岩。
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• 深成岩 • 浅成岩 • 喷出岩
• 深成岩 – 有的时候，火成岩不一定是直接由岩浆冷却而成，也可以是经由流出地 表的熔岩冷结晶形成，形成于地底下的称之为深成岩，也就是指“形成 于深处的岩石 ”。
• 在地球由原始太阳星云的部份物质构成后计起，科学家估计大约有四十五亿 七千万年之久。
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岩浆岩——由岩浆冷凝后形成的岩石，按照冷凝 时的地质环境的不同，又可分为深成岩、浅成岩 和喷出岩。
沉积岩——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。
变质岩
• 变质岩是在高温高压和矿物质的混合作用下由一种石头自然变 质成的另一种石头。质变可能是重结晶、纹理改变或颜色改变。
• 变质岩是在地球内力作用，引起的岩石构造的变化和改造产生 的新型岩石。这些力量包括温度、压力、应力的变化、化学成 分。固态的岩石在地球内部的压力和温度作用下，发生物质成 分的迁移和重结晶，形成新的矿物组合。如普通石灰石由于重 结晶变成大理石。
第一章 岩石物理力学性质
1、岩石的基本构成和地质分类 2、岩石的物理性质 3、岩石的力学性质 4、影响岩石力学性质的主要因素
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1.1 概 述
• 岩石是组成地壳的自然物体，是经过地质作用而 形成的矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。
• 岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。
• 岩石的种类不同，其物理力学性质差异较大，加 之不同时期、不同强度的构造作用，也就决定岩 石力学问题复杂多变。
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• 花崗岩 – 深成岩，酸性的岩漿慢慢冷卻形成，含有大量的二氧化矽成分(石英)。 – 礦物顆粒較粗大約0.1-0.5公分，主要礦物有石英、正長石、白雲母與黑 雲母。 – 岩石的顏色呈灰白色、粉紅色或紅色。
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岩浆岩分类简表
表1-2
化学成分 酸基性 颜色
矿物成分
矿物名称 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
野外简易鉴定方法 用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划 用指甲可刻划 用黄铜板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划 小刀可刻划 用削铅笔刀刻划时可留下明显划痕，不能刻划玻璃 小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃 用小刀不能刻划 能刻划玻璃，难于刻划石英 能刻划石英 能刻划石英
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岩盖︰大多发生于酸性岩浆，粘度大不易向两侧流动，所以形成盖状 岩盆︰盆状，由于形成于较深处，因此结晶颗粒较大 岩床︰较常发生于基性岩浆，易向两侧扩展，形成于地底下较浅处 岩基︰为最大的不整合贯入，主要成分为花岗岩 岩株︰面积较小的岩株，或为岩基的一部份 20岩20/脉11/︰25 岩浆沿裂缝上升的产物，常群体出现
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1.2.1.1 岩石的主要物质成分
主要造岩矿物抗风化相对稳定性
抗风化 稳定性
非常稳定的
矿物 名称
石 英
锆 长 石
白 云 母
稳定的
较稳定的
正 长 石
钠 酸性 角 长 斜长 闪 石石 石
辉 石
表1-1
不稳定的
黑 云 母
基性 斜长
石
霞 石
橄黄 榄铁 石矿
各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。
不含长石
石英、云 黑云母、
母、角闪 角闪石、
石
辉石
角闪石、辉 辉石、角 石、黑云母 闪石、橄
榄石
橄榄石、 辉石
花岗岩 正长岩
闪长岩
辉长岩
橄榄岩 辉岩
花岗斑岩 正长斑岩
玢岩
辉绿岩
未遇到
流纹岩 粗面岩
安山岩
玄武岩
未遇到
黑耀岩、浮石、火山凝灰岩、火山碎屑岩、火山玻璃
产状
岩基、岩 株
岩脉、岩 床、岩盘
熔岩流 火山喷出 的堆积物
主要由石英、长石的粉、粘粒及粘土矿物组成
主要由高岭石、微晶高岭石及水云母等粘土矿物组成 粘土质页岩 有粘土矿物组成 碳质页岩 由粘土矿物及有机质组成 石灰岩 白云石含量>90%、粘土矿物<10% 泥灰岩 方解石含量75%~50%、粘土矿物25%~50%
白云岩 白云石含量90%~100%、方解石<10% 灰质白云岩 白云石含量50%~75%、方解石50%~25%
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• 玄武岩
基性喷出岩的一种。成分相当于辉
长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁
状构造和斑状结构。
斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；
基质一般为细粒或隐晶质。
按次要矿物的不同，可划分为橄榄
玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结
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构构造，可分为气孔状玄武岩、杏 仁状玄武岩等；
• 安山岩 – 由於安山岩是岩漿噴發，快速冷卻而成的，所以礦物顆粒很小，常見的 礦物有長石、角閃石、輝石與黑雲母，偶而含有石英，其餘細粒的物質 是火山玻璃。 – 安山岩的礦物排列方式是大顆粒的礦物夾在火山玻璃之中，構成斑狀的 結構，顆粒大小約1-3mm。岩石有紅、綠、黑、灰、白等各種顏色。
粘土 岩类
泥质结构 粒径<0.005mm
化学 及生 物化 学岩 2020类/11/25
结晶结构及 生物结构
岩石分 类名称 火山集 块岩 火山角 砾岩 凝灰岩
砾岩
砂岩
粉砂岩
泥岩 页岩
石灰岩
白云岩
主要亚类及其组成物质
主要由大于100mm的熔岩碎块、火山灰尘等经压密胶结而成
主要由100~2mm的熔岩碎屑、晶斜、玻屑及其他碎屑混入物 组成 由50%以上粒径<2mm的火山灰组成，其中有岩屑、晶屑、玻 屑等细粒碎屑物质 角砾岩 有带棱角的胶粒经胶结而成 砾岩 由辉圆的砾石经胶结而成 石英砂岩 石英含量>90%、长石和岩屑<10% 长石砂岩 石英含量<75%、长石>25%、岩屑<10% 岩屑砂岩 石英含量<75%、长石<10%、岩屑>25%