岩土钻掘工程学 第一章PPT课件
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变质岩是在高温高压下生成的，一般具有晶体结构、片理 状构造。所谓片理就是岩石沿平行 平面分裂为薄片的能 力。片理也会引起岩石的各向异性。
用各向异性系数来表征岩石在不同的方向上力学性质的差
Ka=x‖/x⊥
08.11.2020
中国地质大学勘察与基础工程系
国家精品课程
第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
08.11.2020
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
碎屑岩的胶结形式也对岩石的力学性质有着显著影响。沉 积岩通常具有层状构造，它是由层理决定的。层理反映岩 石在垂直方向上成分的变 化，即岩石颗粒大小在垂直方 向上的改变，不同成分颗粒的交替，或者某些岩石颗粒的 定向
s
m V Vc
m VP
2、岩石的容重γs：是岩样重量G与其总体积V之比
s
G V
08.11.2020
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第一节岩石的物理力学性质概述
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岩土钻掘工程学
四、岩石的结构和构造
岩石结构说明岩石的微观组织特征。与矿物颗粒的大小、形 状和表面特征有关，反映岩石的非均质性和孔隙性。
08.11.2020
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第一节岩石的物理力学性质概述
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岩土钻掘工程学
2. 粘结性岩石 粘结性岩石由粘土矿物或主要由粘土矿物粘结的碎屑岩细 粒组成，特征： ① 湿润条件下，被破坏之前可以有大的残余变形； ② 质点间的内聚力，随湿润不同可在很宽的范围内变化； ③ 在粘结状态被破坏后，可采取高压和增湿的办法使其 内聚力得以恢复； ④ 某些粘结性岩石（粘土岩、白垩）在湿润状态下具有 膨胀性，易造成孔（井）壁缩径或坍塌。
国家精品课程
岩土钻掘工程学
课 时： 60 学时 教 材：《岩土钻掘工程学》 主讲人：鄢泰宁（教授）
勘查与基础工程系 2007-9-10
国家精品课程
第一章 岩土的物理力学 性质及其破碎机理
一、岩石的物理力学性质概述 二、土的物理力学性质特征 三、岩石在外载作用下的的破碎机理 四、岩石的可钻性及可钻性指标及坚
V
Fra Baidu bibliotek
V cV P 1kP
岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。一般沉积岩具有高的孔隙
度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。
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第二节 岩石的物理力学性质
国家精品课程
岩土钻掘工程学
三、岩石的密度与容重
1、岩石的密度ρs ：岩样的质量m与其总体积V之比。均质物
质的密度为质量与体积之比。
固性系数
第一节岩石的物理力学性质概述
国家精品课程
岩土钻掘工程学
○、岩石的组成与分类
岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无 机物质。根据其成因，岩石可分为三类：
1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处 的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。
2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩 或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结 等成岩作用而形成的岩石。。
岩浆岩主要具有块状结构，其构造特征对钻掘破碎岩石没有 显著影响。
沉积岩的成因广泛，故其结构也比较复杂。碎屑岩具有碎屑 结构，按碎屑的大小可分为
砾状结构（碎屑直径＞2mm）、 粗粒结构（碎屑直径1~2mm）、 中砂结构（碎屑直径0.1~1m m）、 粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm）。。
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
五、岩石的强度
1、岩石的强度的基本概念 岩石在载荷作用下抵抗破坏的能力。破坏前所能承受的最大 载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度 2、岩石的强度的类型 （1）根据受力条件，岩石的极限强度可分为抗压强度、抗拉 强度、抗剪强度等； （2）根据应力状态，岩石强度可分为单向、两向、、三向应 力状态下的强度； （3）根据加载速度，有静载强度和动载强度。
一、岩石按粘结状态的分类
1. 坚固岩石：
通常具有高硬度，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无裂纹和裂隙性 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。
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第一节岩石的物理力学性质概述
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3. 松散性岩石
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
流动性岩石（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。
岩石的物理性质是由岩石的组成结构所表现出来的性 质。岩石的物理性质有很多，本节主要研究影响岩石破碎 过程的物理性质，如粘结状态、孔隙度、密度、结构和构 造等。
岩石的力学性质是在外载作用下才表现出来岩石抵抗 变形和破坏的能力。如强度、硬度、弹性、脆性、塑性和 研磨性等。
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3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身 在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的
岩石。
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第一节岩石的物理力学性质概述
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一般而言：金属和非金属矿床一般赋存于岩浆岩和变质岩中， 煤和石油等可燃性矿产通常与沉积岩共存。
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二、岩石的孔隙比与孔隙度
1、岩石的孔隙比kP：岩石中的孔隙体积VP与岩石中固相骨 架的体积Vc 之比
kP=VP/Vc
2、岩石的孔隙度P：岩石中的孔隙体积VP与岩石总体积V 的
百分比 PV P 1% 0 0 V P 1% 0 0kP 1% 00
用各向异性系数来表征岩石在不同的方向上力学性质的差
Ka=x‖/x⊥
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碎屑岩的胶结形式也对岩石的力学性质有着显著影响。沉 积岩通常具有层状构造，它是由层理决定的。层理反映岩 石在垂直方向上成分的变 化，即岩石颗粒大小在垂直方 向上的改变，不同成分颗粒的交替，或者某些岩石颗粒的 定向
s
m V Vc
m VP
2、岩石的容重γs：是岩样重量G与其总体积V之比
s
G V
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四、岩石的结构和构造
岩石结构说明岩石的微观组织特征。与矿物颗粒的大小、形 状和表面特征有关，反映岩石的非均质性和孔隙性。
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2. 粘结性岩石 粘结性岩石由粘土矿物或主要由粘土矿物粘结的碎屑岩细 粒组成，特征： ① 湿润条件下，被破坏之前可以有大的残余变形； ② 质点间的内聚力，随湿润不同可在很宽的范围内变化； ③ 在粘结状态被破坏后，可采取高压和增湿的办法使其 内聚力得以恢复； ④ 某些粘结性岩石（粘土岩、白垩）在湿润状态下具有 膨胀性，易造成孔（井）壁缩径或坍塌。
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课 时： 60 学时 教 材：《岩土钻掘工程学》 主讲人：鄢泰宁（教授）
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第一章 岩土的物理力学 性质及其破碎机理
一、岩石的物理力学性质概述 二、土的物理力学性质特征 三、岩石在外载作用下的的破碎机理 四、岩石的可钻性及可钻性指标及坚
V
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V cV P 1kP
岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。一般沉积岩具有高的孔隙
度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。
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第二节 岩石的物理力学性质
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三、岩石的密度与容重
1、岩石的密度ρs ：岩样的质量m与其总体积V之比。均质物
质的密度为质量与体积之比。
固性系数
第一节岩石的物理力学性质概述
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岩土钻掘工程学
○、岩石的组成与分类
岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无 机物质。根据其成因，岩石可分为三类：
1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处 的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。
2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩 或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结 等成岩作用而形成的岩石。。
岩浆岩主要具有块状结构，其构造特征对钻掘破碎岩石没有 显著影响。
沉积岩的成因广泛，故其结构也比较复杂。碎屑岩具有碎屑 结构，按碎屑的大小可分为
砾状结构（碎屑直径＞2mm）、 粗粒结构（碎屑直径1~2mm）、 中砂结构（碎屑直径0.1~1m m）、 粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm）。。
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第一节岩石的物理力学性质概述 岩土钻掘工程学
五、岩石的强度
1、岩石的强度的基本概念 岩石在载荷作用下抵抗破坏的能力。破坏前所能承受的最大 载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度 2、岩石的强度的类型 （1）根据受力条件，岩石的极限强度可分为抗压强度、抗拉 强度、抗剪强度等； （2）根据应力状态，岩石强度可分为单向、两向、、三向应 力状态下的强度； （3）根据加载速度，有静载强度和动载强度。
一、岩石按粘结状态的分类
1. 坚固岩石：
通常具有高硬度，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无裂纹和裂隙性 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。
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3. 松散性岩石
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
流动性岩石（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。
岩石的物理性质是由岩石的组成结构所表现出来的性 质。岩石的物理性质有很多，本节主要研究影响岩石破碎 过程的物理性质，如粘结状态、孔隙度、密度、结构和构 造等。
岩石的力学性质是在外载作用下才表现出来岩石抵抗 变形和破坏的能力。如强度、硬度、弹性、脆性、塑性和 研磨性等。
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3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身 在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的
岩石。
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一般而言：金属和非金属矿床一般赋存于岩浆岩和变质岩中， 煤和石油等可燃性矿产通常与沉积岩共存。
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二、岩石的孔隙比与孔隙度
1、岩石的孔隙比kP：岩石中的孔隙体积VP与岩石中固相骨 架的体积Vc 之比
kP=VP/Vc
2、岩石的孔隙度P：岩石中的孔隙体积VP与岩石总体积V 的
百分比 PV P 1% 0 0 V P 1% 0 0kP 1% 00