岩石物理化学性质及其分类1共26页
岩石的物理性质及分类
c cf Cf 100% c
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
五、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩
石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地
下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。 衡量岩石透水性的指标为渗透系数(K)。一般来说，完 整密实的岩石的渗透系数往往很小。岩石的渗透系数一 般是在钻孔中进行抽水或压水试验而测定的。
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。
Ws d V
（g/cm3） (kN /m3)
d d g
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)； g——重力加速度。
3、饱和密度（ρ）和饱和重度(γw)
要求：
1、须掌握本章重点难点内容； 2、了解几种有代表性的岩体分类方法；
3、了解我国工程岩体分级标准（GB50218－94）
§2－1 岩石的基本物理性质
岩石由固体，水，空气等三相组成。
一、密度（ρ）和重度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的密度。单位体积的岩 石的重力称为岩石的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体 积在内的体积。
Id2 m r W2 W0 100% m d W1 W 0
5、岩石的抗冻性
岩石的抗冻性是指岩石抵抗冻融破坏的性能，是
评价岩石抗风化稳定性的重要指标。
岩石的抗冻性用抗冻系数Cf 表示，指岩石试样在 ±250C的温度期间内，反复降温、冻结、融解、升温，
第2章2011-岩石的物理、水理性质
2.3.2 岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为岩石的软化性 岩石的软化性。 1. 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为岩石的软化性。 表征指标： 2. 表征指标：软化系数 软化系数为岩石试件的饱和抗压强度 为岩石试件的饱和抗压强度(σ 3. 软化系数 为岩石试件的饱和抗压强度 (σcw) 与干抗压强度 (σc)的比值
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
（3）岩石密度 计算 ）岩石密度(ρ)计算
块体密度
m ρ= V
（4）测试方法： ）测试方法：
ms ρd = V
msat ρsat = V
式中： ——岩石的质量 岩石的质量（ ——岩石的体积 岩石的体积（ 式中：m——岩石的质量（g）；V——岩石的体积（cm3）。
量积法、水中称量法、 量积法、水中称量法、蜡封法
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
2. 颗粒密度 s) 颗粒密度(ρ （1）定义： ）定义： 颗粒密度是指岩石固体相部分的质量与其体积的 颗粒密度 是指岩石固体相部分的质量与其体积的 比值。一般为2 之间。 比值。一般为2.5～3.2g／cm3之间。 （2）计算公式： ）计算公式：
大开空隙 开空隙
岩石的空隙 裂隙、孔隙) (裂隙、孔隙)
小开空隙 闭空隙
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
岩石的空隙率(五种类型)。 岩石ห้องสมุดไป่ตู้空隙率(五种类型) 总空隙率(n)
Vv ρd n= × 100 % = (1 − ) × 100 % V ρs
岩石的物理、 第2章 岩石的物理、水理性质
花岗岩-胶结联结 花岗岩 胶结联结
岩石物理、化学性质及其分类
主要内容
岩石性质及其分类
1.1 岩石的物理性质 1.2 岩
1 岩石的孔隙度η
岩石的物理性质
η为岩石中孔隙总体积V0与岩石的总体积V之比，
用百分率表示。
V0 V 100%
2 密度ρ和容重γ
密度ρ:不包括孔隙在内的岩石密度。(g/cm3)
M V V0
坚固的石灰岩、砂岩、大理岩、不坚固的花岗 岩、黄铁矿 一般的砂岩、铁矿 砂质页岩、页岩质砂岩
Ⅴ
中等
坚固的粘土质岩石、不坚固的砂岩和石灰岩
4
Ⅴa
Ⅵ Ⅵa Ⅶ Ⅶa Ⅷ Ⅸ Ⅹ
中等
较软弱 较软弱 软弱 软弱 土质岩石
各种不坚固的页岩、致密的泥灰岩
软弱的页岩，很软的石灰岩，白垩、岩盐、石 膏、冻土 碎石质土壤，破碎页岩、坚固的煤等
3）磨蚀性
岩石对工具的磨蚀能力，主要与岩石的成分有关。
4）凿岩性
岩石被凿碎的难易程度：用每米炮眼所消耗
的钎头数，纯凿速，比能三指标表示
5）爆破性 表示岩石被爆碎的难易程度：用单位原岩的
炸药消耗量和所需炮眼长度表示。
第三节
1 普氏分级法
岩石的分级
1）基本观点 是岩石的坚固性所综合上述各特性趋于一 致，即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。 2）分级方法 用坚固性系数f来大致概括，作为分级的根 据。f=R/10,或 共分10级。
图1-2 冲击载荷与时间的关系
②岩石变形不均匀，质点运动速度不一致
即岩石中各质点不是以一致速度运动，岩石不是均匀地 变形，这是与静载作用根本区别所在。如图1-3。 运动与变形首先开始
于受冲击的端面，端面处
质点受到扰动后，产生变 形和应力，由于质点间的
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。
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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
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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
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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
岩石物理力学性质
岩石物理力学性质(总20页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和气体相组成的多相体系。
理论认为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。
在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。
岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。
主要包括基本物理性质和水理性质。
岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。
岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表现在性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常通过岩石物理力学性质测试才能确定。
1.1 岩石的基本物理性质指标反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。
反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。
为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中进行现场试骀。
在选用岩样时应考虑到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。
最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。
下面分述各种物理性质指标。
1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。
重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。
2、计算式密度：VM=ρ(g/cm 3，t/m 3) 容重度：VMgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：=g 。
上述各式中，M —岩石质量；W —岩石重量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上一般取10m/s 2。
密度与容重的种类：天然密度、干密度d 、饱和密度sat 。
天然密度与干密度的关系：=d (1+0.01)(为含水率，以百分数计)。
岩石的工程性质与分类
c ——内聚力，MPa。
当 0 ，即岩石受剪切时无法向压应力作用，只有内聚力抵抗剪切，此时抵抗剪切的最大
能力为 c ，称其为抗切强度。当岩石试样中已存在一个光滑、平直的裂开面并在此裂面上有
法向压应力 作用时，若沿裂面进行剪切，c 0，抵抗剪切的只有岩石裂面间的摩擦阻力，此时
抵抗剪切的最大能力为 tan，称其为抗剪（摩擦）强度。通常应用最广泛的是抗剪强度。
IS 的用途包括：直接用 IS 作为岩石强度分类的指标；通过不同的换算系数，把 IS 换算为单 轴抗压或间接抗拉等其他强度参数；用点荷载试验求得各种风化岩石的 IS 值。
图1-4 点荷载试验图
2）岩石的变形特性 岩石受力后的变形过程一般可分为压密变形、 弹性变形及破裂变形三个阶段。研究岩石变形规 律通常通过试验方法获得岩石的应力—应变曲线， 从而得到表示岩石变形特性的指标：变形模量、 弹性模量和泊松比。 （1）变形模量与弹性模量 变形模量 E0 是指岩石在单轴压缩条件下轴
向应力 与轴向应变 之比，即 E0 / 。在
一般情况下，岩石破坏前的应力—应变曲线如图 1-5所示。
图1-5 岩石的应力—应变曲线
（2）泊松比
岩石在单轴压缩条件下，横向应变1 与轴向应变2 之比称为泊松比 ，即 1 /2 。
表1-7列出了常见岩石的变形指标数值。
表1-7 常见岩石的变形指标数值
掩饰的抗冻性
岩石抵抗冰冻破坏 的性能称为抗冻性。
岩岩石抵抗外力作用的性质称为石的力学性质，它主要包括岩石在外力作用下的强度和变形 特性两大方面。
1）岩石的强度特性 岩石在外力作用下发生变形，随着外力不断增大，变形也不断加剧，岩石内个别地方开始出 现微裂隙。如果外力继续增加，达到或超过某一数值，微裂缝扩展连通形成破裂面，岩石变形就 转化为岩石破坏。岩石在达到破坏前所能承受的最大应力称岩石的强度。 表示岩石强度的指标有单向外力作用下的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度及抗弯强度；还有 双向、三向外力作用下的岩石强度等。此外，若试验条件和方法不同，如试样的尺寸和形状、加 载速度、试样端部的约束条件、试样含水情况等不同，得到的强度值也不相同。目前，最常用的 是根据试验规范的规定通过室内试验获得的单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度。近年来，点荷 载强度也得到日益广泛的应用。
岩石物理化学性质及其分类学习教案
视频1
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第七页，共26页。
材料名称
钢 铜 花岗岩 玄武岩 辉绿岩 辉长岩 石灰岩 白云岩 砂岩 板岩 石英岩
表1-3 几种(jǐ zhǒnɡ)材料的 波阻抗
密度(g/cm3) 纵波速度(m/s) 波阻抗(kg/cm2.s)
（J/cm3）和凿480次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分3类7
级。
1-钎头； 2-承击台； 3-销钉(xiāodīng)； 4-导向杆； 5-落锤(4kg)； 6-卡套； 7-转动手柄
视频1 第21页/共26页
第二十一页，共26页。
第22页/共26页
第二十二页，共26页。
3 爆破(bàopò)性分级
第二十五页，共26页。
感谢您的观看(guānkàn)！
第26页/共26页
第二十六页，共26页。
2.6~2.7
2.56~2.67
玄武岩
0.1~0.2
2.8~3.0
2.75~2.90
辉绿岩
0.6~1.2
2.85~3.0
2.8~2.9
石灰岩
5.0~20
2.71~2.85
2.46~2.65
白云岩
1.0~5.0
2.5~2.6
2.3~2.4
砂岩
5.0~25
2.58~2.69
2.47~2.56
页岩
10~30
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第三节 岩石的分级
1 普氏分级(fēn jí)法
1）基本(jīběn)观点
是岩石的坚固性所综合上述(shàngshù)各特性 趋于一致，即硬度、强度、凿岩性、爆破性是一致的。
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。
c、变质岩变质岩是由岩浆岩、沉积岩甚至变质岩在地壳中受到高温、高压及化学活动性流体的影响下发生变质而形成的岩石。
它在矿物成份、结构构造上具有变质过程中产生的特征，也常常残留有原岩的某些特点。
因此，变质岩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及变质程度有关。
工程建设中常见的变质岩类有大理岩、片麻岩、板岩等。
第2章岩石的物理性质ppt课件
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
岩石的基本物理力学性质
流变的种类：蠕变
松弛 弹性后效
应力不变，应变随时 间增加而增长
第十五页
流变的概念
流变现象：材料应力-应变关系与时间因素
有关的性质，称为流变性。材料变 形过程中具有时间效应的现象，称 为流变现象。
流变的种类：蠕变
松弛
弹性后效
应变不变，应力随 时间增加而减小
第十六页
流变的概念
流变现象：材料应力-应变关系与时间因素
l 破坏判断2个方面：一个是判断材料在何种应力环境下
破坏，二是判断破坏面的方位角。当然，这种判断是在材料特 征常数[ f, , c ]为已知的条(件)下去判断。
第三十页
三. 格里菲斯强度理论 （1920、1921）
1）基本假设（观点）：
①物体内随机分布许多裂隙；
②所有裂隙都张开、贯通、独立；
③裂隙断面呈扁平椭圆状态； ④在任何应力状态下，裂隙尖端产生拉应力集
抗冻性 膨胀性
崩解性
第一节 岩石的基本物理性质
一、岩石的容重：
岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量称为 岩石的容重，容重的表达式为：
W /V
岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙发 育程度及其含水量。岩石容重的大小，在一定程度上 反映出岩石力学性质的优劣。根据岩石的含水状况， 将容重分为天然容重、干容重、和饱和容重。
有关的性质，称为流变性。材料变 形过程中具有时间效应的现象，称 为流变现象。
流变的种类：蠕变 松弛
弹性后效
加载或卸载时，弹 性应变滞后于应力 的现象
第十七页
流变学中的基本元件
（1）弹性元件（N）
本构方程：
K
E
注：将描述应力
-应变或与时间
岩石的物理力学性质
（1）0A段：微裂隙闭合阶段,微裂隙压密极限σA。 （2）AB段：近似直线，弹性阶段，σB 为弹性极限。
（3）BC段：屈服阶段，σC为屈服极限。
（4）CD段：破坏阶段，σD为强度极限，即单轴抗压强度。
（5）DE段：即破坏后阶段,σE为残余强度。
第28页，共72页。
1、单向无侧限岩石抗压试验的应力应变关系
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。
第5页，共72页。
（二）岩石的比重（岩石相对密度）
岩石的比重就是指岩石固体的质量与同体积水的质量之 比值。岩石固体体积，就是指不包括孔隙体积在内的体 积。岩石的比重可在实验室进行测定，其计算公式为：
第22页，共72页。
7.岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP比原体积V增大的性能称为岩石的碎胀 性，用碎胀系数ξ来表示。
VP
V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。
永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时的 碎胀系数称为永久碎胀系数.
第23页，共72页。
三、岩石的主要力学性质
岩石的变形和强度特性
第19页，共72页。
5、岩石的崩解性
岩石的崩解性是指岩石与水相互作用时失去粘结性并变为 完全丧失强度的松散物质的性质。
岩石的崩解性一般用耐崩解指数 Id2 的表示。其指标可在实 验室用干湿循环试验确定。
试验过程：将经过烘干的试块 （500g,分成约10块），放在带有 筛孔的圆筒内，使该圆筒在水槽 中以20r/min,连续旋转10 min,然
线呈线性关系，曲线上任一点P的