岩石物理岩性【可编辑PPT】
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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
返回
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
岩石的物理性质ppt
岩石的地质成因分类
➢ 变质岩：在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后 形成的。可分为接触变质岩、动力变质岩、区域变质 岩；
动力变质岩常见岩石：压碎岩、角砾岩、糜棱岩； 区域变质岩常见岩石：片麻岩、片岩、千枚岩、板岩、
石英岩、大理岩；
2.3 岩石的物理性质
2.3.1 岩石的容重 2.3.2 岩石的比重 2.3.3 岩石的孔隙性 2.3.4 岩石的水理性
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在一定的水力梯度或压力差作用下，岩石能被水透过 的性质，称为透水性。
水只能沿连通孔隙渗透，主要决定于岩石孔隙的大小、 方向及其互相连通情况
岩石的物理力学性质下岩石力学课件PPT
dilatancy）
。
1 2 3
Mar , 2007
17
第2章 岩石的物理力学性质
Mar , 2007
18
第2章 岩石的物理力学性质
5. 岩石的各向异性 岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的现象
称为岩石的各向异性。
z
zx
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
xy y yz
Mar , 2007
x
ij =
x xy xz yx y yz
zx zy z
19
第2章 岩石的物理力学性质
• 极端各向异性体的应力－应变关系
在物体内的任一点沿任何两个不同方向的弹性性质都互不相同，任何一个应力分量都会引起六个 应变分量。三向应力状态下，弹性矩阵为对称矩阵，36个弹性常数只有21个是独立的。
5
第2章 岩石的物理力学性质
弹性模量(modulus of elasticity)：加载曲线直线段的斜率，加载曲线直线段大致与卸载曲线的割线相平 行。
E
变形模量(modulus of deformatieon)：取决于总的变形量，即弹性变形与塑性变形之和，它是正应力与总
的正应变之比，它相应于割线OP的斜率。
由开尔文模型与马克斯威尔模型串联而组成，蠕变曲线上开始有瞬时变形，然后剪应变以指数递减的速率增长，最后趋于不变速率增长。
各向同性体的弹性参数中只有2个是独立的，即弹性模量 和泊松比 。
混凝土圆柱体三向
受压试验时，轴向
应力—应变曲线
Mar , 2007
Faculty of Civil Engineering, Chongqing University
《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。
第一节岩石的物理性质(共9张PPT)
总空隙比（e）
no
VVO100% V
nb
VVb100% V
e VV s 1 Vs d
说明：
一般提到的岩石空隙率系指总空隙率。
岩石的空隙性指标一般不能实测，只能通过密度与吸水性 ，其计算方法将在水理性质一节中讨论。 等指标换算求得 （常3见）岩测石试的方颗法粒：密量度积与法块（体规密则度试样）、蜡封法、水中称量法 （不规则试样）。
2.60~3.30 2.50~3.10 绿泥石片岩 2.80~2.90 2.10~2.85
2.56~2.78 2.29~2.50
千枚岩 2.81~2.96 2.71~2.86
2.67~2.71 2.40~2.66 泥质板岩 2.70~2.85 2.30~2.80
2.60~2.75 2.20~2.71
因（此1），定岩义石：中块的体空密隙度有是开指型岩空石隙单和位闭体空积隙内之的分质，量开。型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。 块V—体—密岩度石（的g/体cm积3（）cm3）。 与因此相 ，对岩应石，中可的把空岩隙石有的开空型隙空率隙分和为闭空: 隙之分，开型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。
g
同时，由于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。
块体密度（g/cm3）
（3）颗粒密容度(ρs重)的测是试方法工：比程重瓶岩法 体稳定性分析计算及岩体压力计算的
基本参数
（3）测试方法：量积法（规则试样）、蜡封法、水中称量
法 （不规则试样）。
常见岩石的颗粒密度与块体密度
大理岩 2.80~2.85 2.60~2.70
2.53~2.84 2.40~2.80
二、岩石的空隙性
说明： •岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。同时，由 于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、 风化裂隙及构造裂隙等。所以，岩石的空隙性比土复杂得多，即除了 孔隙外，还有裂隙存在。
no
VVO100% V
nb
VVb100% V
e VV s 1 Vs d
说明：
一般提到的岩石空隙率系指总空隙率。
岩石的空隙性指标一般不能实测，只能通过密度与吸水性 ，其计算方法将在水理性质一节中讨论。 等指标换算求得 （常3见）岩测石试的方颗法粒：密量度积与法块（体规密则度试样）、蜡封法、水中称量法 （不规则试样）。
2.60~3.30 2.50~3.10 绿泥石片岩 2.80~2.90 2.10~2.85
2.56~2.78 2.29~2.50
千枚岩 2.81~2.96 2.71~2.86
2.67~2.71 2.40~2.66 泥质板岩 2.70~2.85 2.30~2.80
2.60~2.75 2.20~2.71
因（此1），定岩义石：中块的体空密隙度有是开指型岩空石隙单和位闭体空积隙内之的分质，量开。型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。 块V—体—密岩度石（的g/体cm积3（）cm3）。 与因此相 ，对岩应石，中可的把空岩隙石有的开空型隙空率隙分和为闭空: 隙之分，开型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。
g
同时，由于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。
块体密度（g/cm3）
（3）颗粒密容度(ρs重)的测是试方法工：比程重瓶岩法 体稳定性分析计算及岩体压力计算的
基本参数
（3）测试方法：量积法（规则试样）、蜡封法、水中称量
法 （不规则试样）。
常见岩石的颗粒密度与块体密度
大理岩 2.80~2.85 2.60~2.70
2.53~2.84 2.40~2.80
二、岩石的空隙性
说明： •岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。同时，由 于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、 风化裂隙及构造裂隙等。所以，岩石的空隙性比土复杂得多，即除了 孔隙外，还有裂隙存在。
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)
《岩石力学性质》PPT课件
▪ 但由于有了侧向压力，其加载上时的端部效应比单轴加载 时要轻微得多。
▪ 应力状态： σ1>σ2=σ3
精选ppt
26
▪ 三轴压缩试验加载示意图
▪ 真三轴
▪ σ1>σ2> σ3
▪ 假三轴
▪ σ1>σ2=σ3
精选ppt
27
▪ 3)假三轴试验装置图：
▪ 由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会 在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试 件中。其试验装置示意图如下。
线与σ轴夹角为内摩擦角，外切线及其延长线与τ
轴相交之截距即为C。
▪ 实践中采用第一种方法的人数多。
精选ppt
31
精选ppt
20
▪ 5) Hoek直剪仪试验装置
精选ppt
21
▪ 6）角模压剪试验及受力分析示意图
▪ 在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面 的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A， 如图所示。
精选ppt
22
▪ 7）限制性剪切强度试验结果及其分析
▪ ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所 能承受的剪应力也越大。
▪ a.直线形：τ轴的截距称为岩石的粘结力（或称内
聚力），记为C（MPa），与σ轴的夹角称为岩
石的内摩擦角，记为φ（度）。
▪ b.曲线形：
▪ ①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C，将包
络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为
内摩擦角。
▪ ②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络 线上找到相应点，在该点作包络线外切线，外切
▪ 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在， 没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除 了存在剪应力外，还存在正应力。
▪ 应力状态： σ1>σ2=σ3
精选ppt
26
▪ 三轴压缩试验加载示意图
▪ 真三轴
▪ σ1>σ2> σ3
▪ 假三轴
▪ σ1>σ2=σ3
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27
▪ 3)假三轴试验装置图：
▪ 由于试件侧表面已被加压油缸的橡皮套包住，液压油不会 在试件表面造成摩擦力，因而侧向压力可以均匀施加到试 件中。其试验装置示意图如下。
线与σ轴夹角为内摩擦角，外切线及其延长线与τ
轴相交之截距即为C。
▪ 实践中采用第一种方法的人数多。
精选ppt
31
精选ppt
20
▪ 5) Hoek直剪仪试验装置
精选ppt
21
▪ 6）角模压剪试验及受力分析示意图
▪ 在压力P的作用下，剪切面上可分解为沿剪切面 的剪力Psinα/A和垂直剪切面的正应力Pcosα/A， 如图所示。
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22
▪ 7）限制性剪切强度试验结果及其分析
▪ ①试验结果：剪切面上正应力越大，试件被剪破坏前所 能承受的剪应力也越大。
▪ a.直线形：τ轴的截距称为岩石的粘结力（或称内
聚力），记为C（MPa），与σ轴的夹角称为岩
石的内摩擦角，记为φ（度）。
▪ b.曲线形：
▪ ①一种方法是将包络线和τ轴的截距定为C，将包
络线与τ轴相交点的包络线外切线与σ轴夹角定为
内摩擦角。
▪ ②另一种方法建议根据实际应力状态在莫尔包络 线上找到相应点，在该点作包络线外切线，外切
▪ 非限制性剪切试验在剪切面上只有剪应力存在， 没有正应力存在；限制性剪切试验在剪切面上除 了存在剪应力外，还存在正应力。
第2章岩石的物理性质ppt课件
构造节理、断层、劈理以 及层间错动面等。
岩体受卸荷作用，风化作用和 地下水活动所产生的结构面。
卸荷裂隙、风化裂隙以及 各种泥化夹层、次生夹泥 等。
2.3 岩体结构
➢结构面的类型和自然特性
❖ 结构面的自然特性
是指结构面的规模、结构面上的物质组成、结构面的结合状态和 空间分布以及密集程度等等。
结构面的等级：按结构面的规模分为四个等级，每个等级都关系到岩体 的稳定性。
当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含开口孔隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
2.2 岩石的物理性质指标
➢岩石的水理性质
❖ 岩石的渗透性
水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩 土体的渗透性。
是岩石水理性质的重要指标，也是岩体稳定性分析的基本计算参数。由 水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等 均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研 究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地 反映水在孔隙介质中的渗流的运动规律。 对于裂隙介质中的渗流研究， 则很不成熟。
wa
Ww1 Ws
100 %
2.2 岩石的物理性质指标
➢ 岩石的水理性质
❖ 岩石的吸水性
▪ 吸水率
实验测定：烘干箱烘干12小时（1050C）求得干重Ws，水中浸润12— 24小时，称得湿重，算出吸入的水重Ww1，从而求得a 。
影响因素：孔隙的多少和细微裂隙的连通情况。
应用：工程上常用吸水率作为判断岩石的抗冻性及风化程度的指标。
▪ 抗冻性衡量指标 抗冻系数大于75%，重力损失率小于5%的岩石为抗冻性能好的岩石。
2.2 岩石的物理性质指标
岩体受卸荷作用，风化作用和 地下水活动所产生的结构面。
卸荷裂隙、风化裂隙以及 各种泥化夹层、次生夹泥 等。
2.3 岩体结构
➢结构面的类型和自然特性
❖ 结构面的自然特性
是指结构面的规模、结构面上的物质组成、结构面的结合状态和 空间分布以及密集程度等等。
结构面的等级：按结构面的规模分为四个等级，每个等级都关系到岩体 的稳定性。
当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含开口孔隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
2.2 岩石的物理性质指标
➢岩石的水理性质
❖ 岩石的渗透性
水在岩土体孔隙中的流动过程称为渗透。岩土体具有渗透的性质称为岩 土体的渗透性。
是岩石水理性质的重要指标，也是岩体稳定性分析的基本计算参数。由 水的渗透引起岩土体边坡失稳、边坡变形、地基变形、岩溶渗透塌陷等 均属于岩土体的渗透稳定问题。水在孔隙介质中的渗透问题，目前的研 究在试验及理论上都有一定的水平，在解决实际问题方面也能够较好地 反映水在孔隙介质中的渗流的运动规律。 对于裂隙介质中的渗流研究， 则很不成熟。
wa
Ww1 Ws
100 %
2.2 岩石的物理性质指标
➢ 岩石的水理性质
❖ 岩石的吸水性
▪ 吸水率
实验测定：烘干箱烘干12小时（1050C）求得干重Ws，水中浸润12— 24小时，称得湿重，算出吸入的水重Ww1，从而求得a 。
影响因素：孔隙的多少和细微裂隙的连通情况。
应用：工程上常用吸水率作为判断岩石的抗冻性及风化程度的指标。
▪ 抗冻性衡量指标 抗冻系数大于75%，重力损失率小于5%的岩石为抗冻性能好的岩石。
2.2 岩石的物理性质指标
岩石物理学ppt课件
4500-8000
性
质
地
震
二、岩石密度的影响 由纵横波速度公式：
勘
+2 k+4/3
E(1-)
探
纵波速度 VP = --------- = ------------ = ----------------
中
(1+)(1-2)
的
E
岩
横波速度 VS = ------ = -------------
石 物
2(1+)
物 ，则可通过Gardner公式计算。
理
性
质
地 三、孔隙度的影响
震
一般说来，在其它因素相同的情况下，孔隙
勘 度大时，岩石的波速V低，也就是说，孔隙度
探 和波的传播速度V成反比。
中
Wyllie 提出了V-关系的经验公式：
的 岩 石
1
1-
------ = ----- + -------- （时间平均方程）
可知，随着增大，VP 、 VS也增大，但由公式看， 增大，VP 、 VS 应降低，为什么它反而增大？
理
这是因为增大，杨氏模量E也增大，且其增大的级
性 次比高得多，所以增大，VP 、 VS也增大。
质
地 震 勘 探 中 的 岩 石 物 理 性 质
地
震
勘
探
中
的
岩
石
物
理
性
质
砂泥岩横波速度密度关系(p=0.600Vs0.183)
勘
探
从图上可以 看出，同样的未
中
固结砂岩，水饱
的
和时的纵波速度
岩
几乎与温度没有 关系。
石
岩石物理岩性ppt课件
岩石物理学在油储地球物理中应用
参考文献
1. 岩石物理学，陈禺页，北京大学出版社 2. 双相介质中波的传播，Amos Nur 等，石
油工业出版社 3. 定量测井声学，唐晓明等，石油工业出
版社
4. 毛管理论在测井解释中的应用，原海 涵，石油工业出版社
岩石物理基本实验结果、基础理论
岩石物理特性—测井资料应用
高值 低值
低值
比砂岩还低
比砂岩还低
比砂岩还低 最低 最低 最低
(钾盐最高)
自然电位 (mV)
基值 异常不明显
明显负异常
明显负异常
大片负异常
大片负异常 基值 基值 基值
微电极 (Ω.m)
低平值
中等 明显正异常 较高明显
正异常 高值 锯齿正负异常 高值 锯齿正负异常
极低
电阻率 (Ω.m)
低值 高值 (无烟煤最低) 低到中等
不等粒砂岩，5×10
中砂质粗粒岩屑 长石砂岩（接触式胶结）
细粒岩屑石英砂岩（薄 膜-孔隙式胶结）
粒间扩大孔，5×10
粒间孔全貌，孔隙中无充填物
粒间孔隙被高岭石堵塞
颗粒表面生长次生石英
长石颗粒微溶蚀
碎屑颗粒粒度分级
十进制
粒级划分
颗粒直径（毫米）
巨砾
>1000
砾岩
粗砾 中砾
1000~100
100~10
岩石物理学重要性与意义
地球由岩石圈、水圈和大气层组成。而岩石是 构成地球最基本的物质，因此研究地球上的诸 多现象和过程（如地球的能源、资源、环境和 灾害等问题-人类生存的基础问题）都离不开对 岩石物理性质的清楚认识和深刻理解。它们包 括岩石力学、声学特性、电性、磁性和放射性 等，是地球物理勘探的物理基础，主要在资源 勘探、重大水利水电工程、地震预报等领域上 应用。 地质工程—地球探测与信息技术、地质勘查 地球物理学-固体地球物理学、应用地球物理学、 大地测量学和空间地球物理。
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岩石特点
岩石与一般材料不同点：
1、高温高压环境 2、多孔介质 3、长期作用。弹性（脆 性）—非弹性（韧性 、塑 性）—黏性，出现了地层变形 弯曲、
褶皱、断裂。
岩石物理学的研究方法
1、实验岩石物理 2、岩石物理学研究涉及多个学科：地质学、 地球物理学、油储地球物理、地球化学；涉 及基础学科：力学、声学、流体力学和电磁 学。因此不同岩石物理性质要用不同物理方 法和手段进行研究。
细砾
10~1
粗砂
1~0.5
砂岩 中 砂
0.5~0.25粉砂岩 源自土细砂 粗粉砂细粉砂
0.25~0.1
0.1~0.05
0.05~0.01 <0.01
2 级的几何级数
粒级划分
颗粒直径（毫米）
巨砾
>256
砾岩
中砾 砾石
256~64
64~4
卵石
4~2
很粗砂
2~1
粗砂
1~0.5
砂岩 中 砂
0.5~0.25
细砂
岩石分类
变质岩：已形成的岩浆岩和沉积岩，由于地壳运动或岩浆侵入使岩石以固体状 态发生成分、结构和构造的改变形成新岩石
有：接触变质作用，区域变质作用及动力变质作用 例：片麻岩—石英、长石及不同数量黑云母及角闪石
石英岩—高温高压下石英砂岩重结晶 大理石—石灰岩重结晶
岩浆岩、变质岩一般均致密、坚硬（除玄武岩外），没有储集空间，在高温高 压下形成，不具备生油条件
岩石物理学在油储地球物理中应用
参考文献
1. 岩石物理学，陈禺页，北京大学出版社 2. 双相介质中波的传播，Amos Nur 等，石
油工业出版社 3. 定量测井声学，唐晓明等，石油工业出
版社
4. 毛管理论在测井解释中的应用，原海 涵，石油工业出版社
岩石物理基本实验结果、基础理论
岩石物理特性—测井资料应用
提纲
1. 矿物、岩石岩性 2. 测井资料确定岩性和孔隙度 3. 岩石弹性岩石强度
岩石组成元素
元素 O Si Al Fe Ca K Na Mg Ti P Ni Co S
总计
地壳、地幔和地核中各元素的重量百分比
（引自 Correns,C.W.,1968）
地壳 47.25 30.54 7.83 3.54 2.87 2.82 2.45 1.39 0.47 0.08 0.0044 0.0012 0.031 99.3466
0.25~0.125
很细砂
0.125~0.0625
粗粉砂
0.0625~0.0312
粉砂岩
中粉砂 细粉砂
极很 细 粉砂
0.0312~0.0156 0.0156~0.0078 0.0078~0.0039
粘土
<0.0039
砂岩成分分类
砂岩成分分类表
大类名称
编 号
小类名称
石英 砂岩
长石 砂岩
岩屑 砂岩
1
石英砂岩
不等粒砂岩，5×10
中砂质粗粒岩屑 长石砂岩（接触式胶结）
细粒岩屑石英砂岩（薄 膜-孔隙式胶结）
粒间扩大孔，5×10
粒间孔全貌，孔隙中无充填物
粒间孔隙被高岭石堵塞
颗粒表面生长次生石英
长石颗粒微溶蚀
碎屑颗粒粒度分级
十进制
粒级划分
颗粒直径（毫米）
巨砾
>1000
砾岩
粗砾 中砾
1000~100
100~10
岩石物理岩性
岩石物理学重要性与意义
地球由岩石圈、水圈和大气层组成。而岩石是 构成地球最基本的物质，因此研究地球上的诸 多现象和过程（如地球的能源、资源、环境和 灾害等问题-人类生存的基础问题）都离不开对 岩石物理性质的清楚认识和深刻理解。它们包 括岩石力学、声学特性、电性、磁性和放射性 等，是地球物理勘探的物理基础，主要在资源 勘探、重大水利水电工程、地震预报等领域上 应用。 地质工程—地球探测与信息技术、地质勘查 地球物理学-固体地球物理学、应用地球物理学、 大地测量学和空间地球物理。
地幔 43.7 22.5 1.6 9.88 1.67 0.11 0.84 18.8 0.08 0.14
99.65
地核
86.3
7.36 0.40 5.94 100
矿物、岩石特点
矿物：单质或化合物的化学成分、内部结构和构造是有一定规律
特点:均匀固体、一定的化学成分、特定结构晶体
例：硅酸盐类：长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、高岭石
2
长石质石英砂岩
3
岩屑质石英砂岩
4 长石岩屑质石英砂岩
5
长石砂岩
6
岩屑质长石砂岩
7
岩屑砂岩
8
长石岩屑砂岩
9
混杂砂岩
主要碎屑颗粒成分含量%
石英
粘土岩（高岭石、蒙脱石、水百云母-伊利石等）：致密、粒度细、厚度大、延伸远 1.最重要的生油岩之一,2.对有机物向石油转化起着重要作用,3.良好盖层
碳酸盐岩（方解石、白云石）：颗粒、灰泥、胶结物、晶粒、生物格架。生物碎屑灰岩 中化石丰富，有机物富集，生物碎屑格架孔隙发育，可作为良好的生、储油层。碳 酸盐岩在地壳中易产生裂缝，使储集性变好，白云岩—灰岩—泥灰岩裂缝发育程度 依次减弱。
岩石分类
• 矿物种类、矿物比例、空间分布、颗粒大小和孔隙度大小等分类 成岩过程分类：火成过程、沉积过程、变质过程 ------ 火成岩（岩浆岩）、
沉积岩、变质石
火成岩：指岩浆在地下或喷出地表冷凝后形成的岩浆岩，是组成岩石地壳主要 岩石（侵入岩、喷出岩，细粒火成岩、粗粒火成岩）
有：酸性（SiO2 35—78%）,基性组分（铁镁钙）,碱性组分（钠钾） 按SiO2含量：酸性（>65%)—花岗岩、流纹岩 中性（52—65%）—闪长石、安山岩 基性（<52%)—辉长石、玄武岩
岩石分类
沉积岩：是成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石，是母岩破坏后（碎屑物质、溶解物 及不溶残余物）经物理、化学作用，在低凹部位沉积，经压实、胶结再次硬化形成 的具有层状构造特征岩石
特点分类：碎屑岩（砂岩13.2%),化学岩及生物化学岩(石灰岩7.7%),粘土岩(77.2%)
砂岩(石英、长石、钾长石、岩屑等)：颗粒、胶结物、充填物、孔隙—主要储集层 胶结物：泥质、钙质、铁质、硅质，颗粒：砾岩—粉砂-泥岩，孔隙度：5—30%
碳酸盐类：方解石、白云石
硫酸盐类：重晶石、石膏
氧化物：石英、磁铁矿、赤铁矿 硫化物：黄铁矿
岩石：在各种地质条件作用下，由一种或多种矿物有规律地组成的集合体 特点：化学成分、内部结构和物理性质复杂而不固定，但具有特定的比重、
孔隙度、抗压强度等许多物理性质
岩石特性与组成矿物性质比例有关，也与矿物在岩石中几何形状、分布状况、 胶结情况以及矿物颗粒间孔隙度及孔隙流体有关，与进行测量尺度有关