岩石物理力学性质
第二章 岩石的基本物理力学性质
A
B ks A/ km/ km C ks/
O1
O2
第二章
第二章
岩石的基本物理力学性质
将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的 压力室中，然后向压力室内压入水，使试件 在各个方向受到周围压力，并使液压在整个 试验过程中保持不变，这时试件内各向的三 个主应力都相等，因此不发生剪应力。然后 再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样， 竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向 主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时 ，试件终于受剪而破坏。设剪切破坏时由传 力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试 件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力 为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力 圆，用同一种土样的若干个试件(三个上)按 以上所述方法分别进行试验，每个试件施加 不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时 的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应 力圆。
VHP H1 / H (%)
式中 H 为有侧向约束条件下所测得的轴向膨胀变 形。 3．膨胀压力 指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大 压力。
第二章
岩石的基本物理力学性质
§2 岩石的强度特性
一、岩石的单轴抗压强度
Rc P / A
式中：Rc—单轴抗压强度，有时亦称无侧限强度； P—在无侧限条件下，轴向破坏荷载； A— 试件的截面面积。 （一）单轴抗压强度的试验方法 岩体力学中，Rc是研究最早，最完善的特性之一。 试件：直径或边长为4.8～5.2cm，高度为直径的2.0～ 2.5cm倍。
c tan
式中 tan—岩石抗剪断内摩擦系数, C—岩石的粘结力（内聚力）。
第二章
岩石的基本物理力学性质
§2 岩石的强度特性
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、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、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
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
岩石物理力学性质(物理力学指标)
岩石的物理力学指标（目标：掌握岩石的物理力学指标及其试验方法）密度：单位体积所具有的质量称为密度，公式ρ=m/V(kg/m 3);块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度、饱和密度和天然密度之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。
试验方法：岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，采用比重瓶法或水中称量法测定。
比重瓶法测定岩石的颗粒密度，又分为土工试验方法、岩石试验方法和建筑材料试验方法三种。
岩石的块体密度是指单位体积的岩石质量，是岩石试件的质量与其体积之比。
岩石的块体密度试验量积法适用于能制备成规则试件的岩石;水中称量法适用于除遇水不崩解、不溶解和不干缩湿胀的其他各类岩石:密封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。
岩石的比重：岩石的比重就是绝对干燥时岩石固体部分实体积(即不包含孔隙的体积)的重量与同体积水(4℃)的重量之比。
岩石的容重：单位体积内岩石(包括孔隙体积)的重量称为岩石的容重，单位（N/m ³）。
公式γ=G/V （N/m 3)，容重等于密度和重力加速度的乘积，即γ=ρg ，单位是牛/立方米（N/m ³）。
干容重：就是指不含水分状态下的容重。
一般用于表示土的压实效果，干容重越大表示压实效果越好。
最大干容重：是在实验室中得到的最密实状态下的干容重。
含水率：岩石含水率反映了岩石在天然状态下的实际情况，用烘干前的质量减去烘干后的质量与烘干后的质量之比来表示。
试验方法：烘干法。
％10000⨯-=d d m m m w岩石试件的含水率对测试成果的影响尤为明显，因为具有膨胀特性的岩石，吸水膨胀。
试验前试件的含水率应尽量接近天然含水状态，实行干法加工。
岩石膨胀特性稳定时间:膨胀试验时间一般在48h 以内，膨胀压力试验则往往超过48h 。
水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质； 吸水性：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。
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。
岩石物理力学性质
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
2019/10/18
2019/10/18
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。
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。
2019/10/18
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。
变质岩——在已有岩石的基础上，经过变质混合 作用后形成的岩石。变质岩的性质与变质作用பைடு நூலகம் 特点及原岩的性质有关。其岩石力学性质差别很 大。
2019/10/18
岩浆岩（火成岩）
是由熔融的岩浆冷凝结晶形成的，而岩浆又是地下的岩石 在高温（625～1200℃）下溶化形成的。
科学家估计，地心的温度可能有5000℃。大多数热通过 对流和传导的方式从地心传到固体的地球外壳。热也能够 在岩石圈子下部通过磨擦而产生，俯冲的地壳板块也能产 生足够的热和压力熔化岩石，这个事实解释了一些沿大陆 板块边缘分布的火山。
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
岩石的岩石的力学性质
岩石的1岩石的力学性质－岩石的变形岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。
岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变形。
随着荷载的不断增加，或在恒定载荷作用下，随时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。
岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。
▪ 1.5岩石变形性质的几个基本概念▪1）弹性(elasticity)：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。
▪弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型：▪线弹性体：应力－应变呈直线关系。
▪非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。
▪2）塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。
▪不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。
▪在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。
▪理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线.▪3）黏性(viscosity):物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。
▪应变速率与时间有关，－>黏性与时间有关▪其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体），▪4）脆性(brittle):物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
▪5）延性(ductile):物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。
▪ 1.7岩石变形指标及其确定▪岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。
3）全应力－应变曲线的工程意义▪①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。
▪②预测岩爆。
▪若A>B，会产生岩爆▪若B>A，不会产生岩爆▪③预测蠕变破坏。
▪当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。
岩石与岩体
首先取决于岩体的结构类型与特征， 其次才是组成岩体的岩石的性质。
其意义在于结构面的特征决定岩体
的性质。
不同结构类型岩体的工程地质性质：
整体块状结构： 强度高 各向同性 抗风化能力强
层状结构岩体： 强度较高 各向异性 层间滑动
碎裂结构岩体： 完整性差 强度低
散体结构岩体：
碎石土类 各向同性 强度最差
岩石的抗压强度最高，抗剪强度
居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为
抗压强度的10％～40％；抗拉强度仅 为抗压强度的2％～16％。岩石越坚硬， 其值相差越大。 抗压和抗剪强度是评价岩石（岩
体）稳定性的指标。
（三）影响岩石工程性质的因素 1. 矿物成分: 应注意矿物对岩石强度影响 2. 结构 岩石按结构分类：结晶联结 胶结物联结 强度上的一般规律：
结构体：被结构面切割成的块体。
形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等 等 原因：与岩层的产状有关。 结构体大小可用体积裂隙数Jv来表示，指 岩体单位体积通过的总裂隙数。 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+… …+1/Sn=∑1/Si Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数（裂隙数/m）
4.软化性 岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性 质。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限 抗压强度与在风干状态下极限抗压强度的比。 用小数表示。 5. 抗冻性 岩石抵抗冻胀压力作用的能力。一般用强度 降低率来表示。
（二）岩石的力学性质
变形特性：弹性模量 泊淞比
弹性模量E：应力和应变之比。 泊淞比：横向应变与纵向应变之比。 强度特性：岩石抵抗外力破坏的能力。 抗压强度Rc：抵抗压碎破坏的能力 抗拉强度Rt ：约为0.02~0.16Rc 抗剪强度[]：约为0.1~0.4 Rc
岩石物理力学性质和影响的主要因素
第二章 岩石物理力学性质-习题
16试论述岩石应力-应变曲线类型及成因，并画出相应的曲 线图。
类型I 直线型 弹性 应力与应变关系是一直线或 近似直线，直到试件发生突 然破坏为止。具有这种变形 性质的岩石有玄武石、石英 岩、白云岩以及极坚固的石 灰岩。由于塑性阶段不明显， 这些材料被称为弹性体。
第二章 岩石物理力学性质-习题
类型II 下凹型 弹塑性 应力较低时，应力-应变曲线近似于直线， 当应力增加到一定数值后，应力-应变曲线 向下弯曲，随着应力逐渐增加而曲线斜率 也就越变越小，直至破坏。具有这种变形 性质的岩石有较弱的石灰岩、泥岩以及凝 灰岩等，这些材料被称为弹-塑性体。
类型III 上凹型 塑弹性 在应力较低时，应力-应变曲线略向上弯 曲。当应力增加到一定数值后，应力-应 变曲线逐渐变为直线，直至发生破坏。具 有这种变形性质的代表岩石有砂岩、花岗 岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些 辉绿岩等，这些材料被称为塑-弹性体。
4. 岩石受力后表现为何种形式的破坏下列那个因素没有关系( C ) A）岩石自身性质 （B）岩石赋存环境（C）最大主应力（D围压
第二章 岩石物理力学性质-习题
5. 在岩石单向抗压强度试验中，岩石试件高与直径的比值h/d和 试件端面与承压板之间的磨擦力在下列哪种组合下，最容易 使试件呈现锥形破裂。（ B ）
第三章 岩体力学性质
了解 岩体结构分类依据和分类方案，各类岩体结构的地
质特征及对工程岩体结构分类；了解结构面类型及特 征，掌握结构面分级的依据，岩体质量评价及其分类。 重点掌握： 1、岩体结构的基本定义； 2、岩体的强度特征及强度测定； 3、岩体的变形特征； 4、岩体分类与质量评价方法。 5、结构面的剪切变形特征； 6、结构面的抗剪强度； 7、结构面的力学效应。 8、岩体的水力学性质
岩石物理力学性质
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：VMg V W ==ρ(kN/m 3) 密度与重度的关系：γ=ρg 。
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ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。
天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。
3、影响因素影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。
岩石的物理力学性质
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,然后将留在圆筒内的 岩块取出烘干称重，如此反复进行 两次，按下试计算耐崩解指数。
第二十页，课件共有72页
4、岩石的崩解性
式中：
Id2
mr md
W2 W0 100% W1 W0
qx
k
dh dx
A
（m3/s）
dh —水头变化率(水力梯度）； dx
qx——沿x方向水的流量；h——水头高度； A——垂直x方向的截面面积；k——渗透系数。
第十七页，课件共有72页
3、岩石的软化性
岩石的软化性是指岩石在饱水状态下其强度相对于
干燥状态下降低的性能，可用软化系数η表示。
软化系数指岩石试样在饱水状态下的抗压强度σcb与在 干燥状态下的抗压强度σc之比，即
试验中不断加压，并保持体 积不变，所测得的最大压力即为岩 石的最大膨胀力；然后逐级减压， 直至荷载为0，测定其最大膨胀变 形量，膨胀变形量与试件原始厚度 的比值即为膨胀率。
第十九页，课件共有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。
nl
Vnl V
100%
第九页，课件共有72页
(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。
1岩石力学-岩石物理力学性质
d
s
A h
式中，γd为岩石的干密度（g／cm3）；gs为被测岩样在 105℃一110℃的温度下烘干24 小时的质量（g）；A为被测 岩样的平均断面积（cm2）；h为被测岩样平均高度（cm）。
38
一、岩石的质量指标 岩石密度测定方法二：水中称重法 首先称量不规则岩样的质量（gs），再浸入水 中称其质量（gw） ，根据阿基米德原理计算出 不规则岩样的体积（V），即可计算出岩样密 度（γ）。 遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石不能用此 法测其密度。
岩石力学
胶 结 连 结
二、岩石的常见结构类型
岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内 部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及 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。 岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在 显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性 质的影响却是相当大的。 有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决 定性因素。
岩石力学
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类
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。
沉 积 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
沉积岩具有层理构造，岩性 一般具有明显的各向异性。 沉 积 岩
变 质 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
3、区域变质岩 这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大， 变质程度较为均一，最常见的有片麻岩、片岩、 千枚岩、板岩、石英岩和大理岩，混合岩是介 于片麻岩与岩浆岩之间的一种岩石。
变 质 岩
岩石力学
岩石力学-岩石物理力学性质
形状：圆形试件不易产生应力集中，好加工 尺寸：大于矿物颗粒的10倍； φ50的依据 高径比：研究表明；h/d≥(2－3)较合理 （3）加载速度 加载速度越大，表现强度越高 我国规定加载速度为0.5 －1.0MPa/s （4）环境 含水量：含水量越大强度越低；岩石越软越明显，对泥岩、 粘土等软弱岩体，干燥强度是饱和强度的2－3倍。 温度度：180℃以下部明显：大于180℃，湿度越高强度越 小。
计算公式：由弹性力学Boursinesq公式
σt
=
2P πdt
劈裂破坏时最大压力 岩石圆盘试件厚度
岩石圆盘试件直径
①荷载沿轴向均匀分布 要求
②破坏面必须通过试件的直径 注：①端部效应 ②并非完全单向应力
由巴西人Hondros提出
抗弯法（梁的三点弯曲试验）
梁边缘到中性轴的距离
σ t = MC / I 梁截面绕中性轴的惯性矩
岩石单轴抗压强度
试验施加的围压
S ''' c
=
Sc
+
1+ 1−
sin sin
ϕ ϕ
σa
岩石三轴抗压强度
岩石内摩擦角
粘聚力 内摩擦角
Mohr’s strength envelop
1.4.1.4点荷载强度指标(point load strength index)
是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。 试件：任何形状，尺寸大致5cm，不做任何加工。 试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。
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
(2)加载途径对岩石三向压缩强度影响(下图)
第四章 岩石物理力学性质和可钻性
六、岩石的硬度
1、岩石的硬度的基本概念：岩石的硬度反映岩石抵抗外部 更硬物体压入（侵入）其表面的能力。 2、硬度与抗压强度的区别与联系 （1）岩石的硬度与抗压强度一般存在正比例关系；
（2）抗压强度是固体抵抗整体破坏时的阻力，而硬度则是
固体表面对另一物体局部压入或侵入时的阻力。 （3）硬度指标更接近于钻掘过程的实际情况。
第二节 岩石在外载下的破碎机理
0、碎岩工具与岩石作用的主要方式
根据刃具与岩石作用的方式和碎岩机理，可把碎岩刃具分： 切削一剪切型、冲击型、冲击一剪切型三类。 1、切削一剪切型 钻头碎岩刃具以速度vθ 向前移
动而切削(剪切)岩石。工作参数是：
移动速度vθ 、轴向力Pz和切向力 Pθ 以及介质性质。
2、冲击型 冲击型刃具给孔底岩石以直接的冲击动载，碎岩的过程可 用工具动能Tk和岩石变形位能U 的方程式来表达（ T＝U ）：
国家精品课程
第四章 岩土的物理力学 性质及岩石的可钻性
一、岩石的物理力学性质概述 ★ 二、岩石在外载作用下的的破碎机理 三、岩石的可钻性及可钻性指标及坚 固性系数 ★
第一节岩石的物理力学性质概述 ★
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。。 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。
3、影响岩石硬度的因素
（1）岩石中坚硬矿物愈多、胶结物的硬度越大、岩石的颗粒 越细、结构越致密，岩石的硬度越大。而孔隙度高、密度低、 裂隙发育的岩石硬度将会降低。 （2）岩石的硬度具有明显的各向异性。层理对岩石硬度的 影响与对岩石强度的影响相反。垂直于层理方向，硬度值 最小； 平行于层理方向，硬度最大；两者之间可相差1.05～1.8倍。
岩石物理力学性质指标经验数据
岩石物理力学性质指标经验数据在岩石物理学中，岩石的物理力学性质指标是评估岩石力学行为的重要参数，包括岩石的强度、变形性质、破裂特性等。
这些指标的经验数据非常重要，能够为岩石物理学的研究和实际工程应用提供有效的参考。
下面将介绍一些常见的岩石物理力学性质指标的经验数据。
岩石的抗压强度是指在垂直于施加力的方向上，岩石能够抵抗的最大压缩应力。
不同类型的岩石具有不同的抗压强度。
常见的岩石抗压强度经验数据如下：-砂岩：5-25MPa-灰岩：25-100MPa-花岗岩：100-250MPa-片麻岩：50-150MPa-麻岩：50-200MPa2. 抗张强度（Tensile strength）：岩石在拉伸条件下能够承受的最大应力称为抗张强度。
由于岩石的抗拉强度较低，因此常常使用岩石抗压强度的一半作为岩石的抗拉强度估计值。
常见的岩石抗张强度经验数据如下：-砂岩：1-5MPa-灰岩：5-20MPa-花岗岩：20-100MPa-片麻岩：10-50MPa-麻岩：10-50MPa3. 剪切强度（Shear strength）：岩石的剪切强度是指岩石在剪切应力作用下能够抵抗剪切破坏的最大强度。
常见的岩石剪切强度经验数据如下：-砂岩：3-15MPa-灰岩：15-30MPa-花岗岩：30-100MPa-片麻岩：15-50MPa-麻岩：20-60MPa4. 弹性模量（Young modulus）：弹性模量是岩石在弹性变形范围内的刚度指标，表示岩石在受力时变形程度的大小。
常见的岩石弹性模量经验数据如下：-砂岩：1-30GPa-灰岩：10-100GPa-花岗岩：50-200GPa-片麻岩：10-50GPa-麻岩：5-50GPa5. 泊松比（Poisson's ratio）：泊松比表示材料体积收缩时的径向收缩与轴向延伸之比，常用来表征岩石的变形特性。
-砂岩：0.1-0.4-灰岩：0.1-0.35-花岗岩：0.2-0.35-片麻岩：0.1-0.4-麻岩：0.2-0.4需要注意的是，以上数据仅为经验值，实际岩石的物理力学性质受多种因素的影响，包括岩石类型、成分、结构、孔隙度等。
第2章 岩石的物理力学性质
3. 峰值后岩块的变形特征
峰后曲线需采用刚性实验机或伺服式刚性实验机系统
机器刚度：
K=AE/L
式中： A为机器立柱的截面积 E为机器立柱的弹性模量
L为机器立柱的长度
液压伺服原理： 根据岩石破坏和变形情况控制变形速度，使岩石以 恒定速度变形，并自动调整荷载
伺服机试验结果
（二） 循环加载 1. 卸荷点 （P）的应 力低于岩 石的弹性 极限(A) 2. 卸荷点 （P）的应 力高于岩 石的弹性 极限(A)
第4节 岩块的强度性质
强度：岩块试样抵抗外力破坏的能力。 拉破坏 脆性破坏 破坏方式 剪切破坏
塑性破坏(延性破坏）
一、单轴抗压强度
受 力 状 态
二、单轴抗拉强度
三、剪切强度 四、三轴压缩强度
一、单轴抗压强度σ
c
1、定义：在单向压缩条件下，岩块能承受的最 大压应力，简称抗压强度（MPa） 。 2、意义：衡量岩块基本力学性质的重要指标 岩体工程分类、建立岩体破坏判据 的重要指标 A 用来大致估算其他强度参数 p 试 3、测定方法：抗压强度试验 pc
V
D C B A
L
E
o
(+)
前过程曲线
高速摄影机下岩石试件的破坏过程
全过程曲线：反映岩石由变形发展到破坏的
全过程是一个渐进性逐步发展的、分阶段的过程
峰值前变 峰值后变形 形阶段 阶段 D
V d
C
L
E
B
A
(-)
o
(+)
2、峰值前岩块的变形特征 应力－应变曲线类型及其特征 (米勒6种曲线类型,28种岩石)
E
i i
2 50
Ei
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G
孔隙比 e
孔隙率
含水率 浸水抗压强 岩石试样 W(%) 度（MPa） (高 ：直径)
备注
7.64
ZK1-3 7.4-8.0
2.5
2.42
2.78
0.149
13
3.32
7.74
11.78
ZK9-1 5.2-5.8
2.53
2.44
2.73
0.117
10.4
3.48
12.58 9.35
17.59
ZK12-2 12.0-12.6 2.45
5 14.71 5.41 11.60 3.96 0.34 0.68 7.84
制表：代兴怀
检查：夏源
项目负责：马忠尉
审核：雷慧莲
岩石物理性质试验成果统计表
工程名称：楚雄经济开发区古镇小学建设项目一期工程场地岩土工程勘察
附表No：5-2
岩土层编号
岩石 名称
样品 取样深度 密度
干密度 比重
编号
（m） （g/cm3） （g/cm3）
ZK36-2 13.4-14.0 2.56
2.46
2.68
0.088
8.1
3.94
27.04*
11.18
样本数
6
6
6
6
6
6
14
最大值
2.56
2.46
2.78
0.15
13.00
4.74
26.79
最小值
2.45
2.39
2.65
0.09
8.10
2.60
5.26
平均值
2.52
2.43
2.72
0.12
10.58
2.38
2 2.53 2.38 2.46
干密度 （g/cm3）
2.34
比重 G
2.7
孔隙比 e
孔隙率
含水率 W(%)
0.155
13.4
4.8
2.2
2.75
0.249
20
11.77
2.33 2.28
2.73 2.64
0.171 0.158
14.6 13.6
8.06 4.38
2.41
2.72
0.131
11.6
10.7
2.5
2.72
0.113
10.2
3.12
18.27 11.62 12.35 10.68
说明:带*
2:1
者不参与
统计
9.41
中 风
ZK32-3 16.0-16.6 2.56
2.45
2.78
0.136
11.9
4.58
22.39 28.79
④1
化 泥
样本数
26.51
3
3
3
3
3
3
9
灰 岩
最大值
2.56
2.39
2.71
0.135
11.9
2.6
31.84*
18.21
24.77
ZK16-2 10.0-10.6 2.56
2.46
2.75
0.117
10.5
3.96
23.12
10.7
中
18.16
风
ZK19-3 16.0-16.6 2.51
2.4
2.65
0.106
9.6
4.74
29.05*
④
化
泥
26.79
岩
5.26
3.92
2
2.72
0.36
26.5
12.99
2.36
7 2.41 2.00 2.27
2.78
7 2.78 2.64 2.72
0.18
7 0.36 0.13 0.20
15.3
3.99
7 26.50 11.60 16.43
7 12.99 3.92 7.13
fa =ψr·frk=5.57×0.1MPa =557KPa
2.46
ZK10-1 3.6-4.2 ZK12-1 7.0-7.6
2.52 2.38
ZK16-1 3.2-3.8
2.5
ZK20-1 6.2-6.8
2.26
ZK29-2 9.0-9.6
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
ZK17-2 5.2-5.8
2.45 7
2.52 2.26 2.43
2.15
ZK27-1 7.2-7.8
2.42
ZK32-2 5.1-5.7
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
ZK22-3 3.0-3.6
2.47 3
2.47 2.15 2.35
2.53
ZK35-1 8.4-9.0
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=4.52×0.1MPa =452KPa
取ψr=0.1
2.41
2.75
0.143
12.5
5.18
2.27
2 2.41 2.27 2.34
2.66
2 2.75 2.66 2.71
0.17
2 0.17 0.14 0.16
14.5
2 14.50 12.50 13.50
4.7
2 5.18 4.70 4.94
fa =ψr·frk=7.84×0.1MPa =784KPa 取ψr=0.1
浸水抗压强 岩石试样 度（MPa） (高 ：直径)
6.29 8.84 7.72 4.42 5.96 6.33 4.84 8.49 9.44 10.76 6.31 5.64 4.42 2.91 1.62 7.58 8.19 8.02
3.67
14.63
标准差
6.84
变异系数
0.47
统计修正系数
0.78
标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=11.35×0.15MPa =1702.5KPa
取ψr=0.15
11.35 11.69
ZK17-3 13.4-14.0 2.5
ZK25-2 8.6-9.2
2.52
2.44 2.44
2.7
0.12
18 10.76 1.62 6.54 2.34 0.36 0.85 5.57
备注
2.23 1.42 8.9 5.16 9.15 6.39 6.52 8.41
8 9.15 1.42 6.02 2.94 0.49 0.75 4.52
说明:带*
2:1
者不参与
统计
14.59 13.33 9.94 14.71 5.41 16.14*
岩石物理性质试验成果统计表
工程名称：楚雄经济开发区古镇小学建设项目一期工程场地岩土工程勘察
附表No：5-1
岩土层编号
③
③1 ③2
岩石 名称
强 风 化 泥 岩
强 风 化 泥 灰 岩
强 风 化 砂 岩
样品 取样深度 密度 编号 （m） （g/cm3）
ZK1-2 5.8-6.4
2.45
ZK3-2 3.5-4.1
2.45
2.78
0.14
11.90
4.58
28.79
最小值
2.50
2.44
2.70
0.11
10.20
2.50
9.41
平均值
2
10.93
3.40
16.86
标准差
7.38
变异系数
0.44
统计修正系数
0.75
标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=12.64×0.15MPa =1896KPa
取ψr=0.1
1.66
2.66
0.598
37.4
29.2
2.28
2.68
0.175
14.9
6.06
2.37
3 2.37 1.66 2.10
2.68
3 2.68 2.66 2.67
0.132
11.7
4.36
3 0.60 0.13 0.30
3 37.40 11.70 21.33
3 29.20 4.36 13.21