岩石的物理水理性质地质大学
中国地质大学(北京)岩石学复习超强总结
岩石学复习总结一、名词解释1、岩浆：是地壳深处或上地幔形成的以硅酸盐为主要成分的炽热、粘稠、含有挥发分的高温熔融体。
2、岩浆岩的相：就是指不同环境条件下形成的岩石和岩体总的特征，包括形成深度、结构、构造和产状等，可分为侵入岩相和火山岩相两大类。
3、岩浆岩的结构和构造：岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物的结晶程度、颗粒大小、晶体形态、自形程度和矿物之间的关系；岩浆岩的构造是指岩石中不同矿物集合体之间或矿物集合体与其他组成部分之间的排列，填充方式等。
4、拉斑玄武结构：又称填间结构，表现为在杂乱分布的长条状斜长石所组成的多角形空隙中，既充填有辉石和磁铁矿等小颗粒，又充填有隐晶质或玻璃质，是介于间粒结构和间隐结构之间的过渡类型。
5、粗面结构：是粗面岩常具有的特征结构。
在偏光显微镜下看来，基质中的碱性长石微晶呈大致平行的排列，这反映熔岩凝固时的流动情况。
其特点是,在偏光显微镜下可见基质中的碱性长石微晶大致呈定向或半定向的排列,这反映熔岩凝固时的流动情况6、间隐结构：又称填间结构。
间隐结构由辉石和斜长石及黯黑色玻璃组成玄武岩常见的一种结构。
一种半晶质的基质结构。
其特点是长柱状或板条状矿物不规则分布,互相交接呈格架状,在格架的间隙中的为玻璃或隐晶物质所充填,有时也含有极少量铁镁矿物或金属矿物微粒。
如晶体间隙中除玻璃质之外,还有粒状矿物,如辉石、磁铁矿等,则称为拉斑玄武结构或拉玄结构7、间粒结构：浅成相或喷出相火山岩基质中，由辉石等暗色矿物以及隐晶质玻璃质充填于微晶斜长石粒间空隙形成的结构。
称为填隙结构。
充填物均为粒状矿物时称间粒结构。
充填物为隐晶质-玻璃质称间隐结构。
二者的过渡类型称间粒间隐结构。
8、色率：岩浆岩中铁镁矿物含量的体积百分比。
9、镁铁矿物：矿物中氧化亚铁，氧化镁的含量较高，包括橄榄石类，辉石类，角闪石类和黑云母类。
这些矿物的颜色一般较深，又称为暗色矿物。
10、硅铝矿物：又可以称为“浅色矿物”，它是火成岩中的石英及含钾、钠、钙较多的铝硅酸盐矿物的总称。
岩土的物理力学性质及其破碎机理
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⊥
2019/7/23
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
岩石的弹性模量‖>⊥
2019/7/23
中国地质大学勘察与基础工程系
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
（3）单向压缩时表现为弹-脆性，各向压缩时表现出不同程 度的塑性，意味着在各向压缩下需要更大的载荷才能破坏 岩石的连续性。
（4）温度升高岩石的弹性模量变小，塑性系数增大，岩石表 现为从脆性向塑性转化。在超深钻和地热孔施工中应注意 这一影响。
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）。。
2019/7/23
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γ s：是岩样重量G与其总体积V之比
s
G V
2019/7/23
岩石的基本物理性质以及工程分类
mW 1 100% ms
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 饱和吸水率
岩石的饱和吸水率（ ρ ）是指岩石在高压（一般压力为 15Mpa ）或真 空条件下吸入水的质量（ mw2）与岩样干质量（ ms ）之比 ,用百分数表示，
VV V
d *100%=(1- s
)100%
（1-4） （1-5） （1-6） （1-7） （1-8）
VV 0 V VVb V VVa V VVc V
*100% *100% *100%=n0-nb *100%=n-n0
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质：
岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水 性、软化性、抗冻性、渗透性、膨胀性及崩解性等。 1) 岩石的吸水性 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。常 用吸水率，饱和吸水率与饱水系数等指标表示。
Kh Rcw Rc
（1-13）
KR愈小则岩石软化性愈强。研究表明：岩石的软化性取决于岩石的 矿物组成与空隙性。 当岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，且含大开空隙较多时， 岩石的软化性较强，软化系数较小。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用冻融系数和质量损失 率来表示。
1.2 .3 岩石的水理性质
岩石的水理性质： 岩石的膨胀性 岩石的膨胀性是指岩石浸水后体积增大的性质。 大多数结晶岩和化学岩是不具有膨胀性的，这是因为岩石中的矿物 亲水性小和结构联结力强的缘故。如果岩石中含有绢云母、石墨和 绿泥石一类矿物，由于这些矿物结晶具有片状结构的特点，水可能 渗进片状层之间，同样产生楔劈效应，有时也会引起岩石体积增大。 岩石膨胀大小一般用膨胀力和膨胀率两项指标表示，这些指标可通 过室内试验确定。目前国内大多采用土的固结仪和膨胀仪的方法测 定岩石的膨胀性。
岩体工程地质性质
散介质的岩体结构，一般是工程清
挖的对象。
三、岩体的工程地质质量分类
作为工程建筑的地基、围岩或是材料的岩体，因为
其岩石质量不同，岩体结构类型不同，岩体结构面类型也
有差异，再加上水的参与，风化作用的影响等等，使岩体
质量的评定因素十分复杂。但为了满足工程建设的实际需
要必须对岩体的工程地质质量进行分类。
1．岩石质量指标（R、Q、D—Rock, quality designation）分类
一、岩体结构面类型
指切割岩石的所有地质界面，如岩层面、断层面、节理面等。 依据结构面成因将其分为三种类型。 1．原生结构面：与岩石同时形成，如层面、片理，收缩裂隙。
2．次生结构面：岩石形成后叠加形成的，节理面，断层面等。
3．软弱结构面：是一类特殊的结构面，特指岩体中具有一定
厚度的结构面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地质 勘察中应予以特别重视。如砂岩中的泥岩夹层，花岗岩中的裂 隙风化带等。
弹塑性变形 --褶皱
弹脆性变形 --断层
（1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙 在荷重下压密，此阶段δ 变化小而ε 变 化大 （2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合， 不产生新裂隙，δ 、ε 近乎同步增加（曲 线外切线近45°），最高点称弹性极限抗
δ
屈服点
ε
压强度，亦称屈服点。
（3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，δ 增加不 多，而ε 快速增加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的 δ 值称单轴极限抗压强度。 （4）峰值后阶段：岩石大变形，δ 下降至稳定。
（1）整体结构：即完整岩体，强度高、力学性质稳定。 （2）块状结构：整体强度高、
块度均匀，与完整岩体相近。 （3）镶嵌结构：块度具有显著两分性，但整体强度仍较高。
中国地质大学(北京)岩石力学名词解释
岩石力学复习总结岩石的结构和组织特点1、岩石力学（Rock Mechanics）：研究岩体在各种不同受力状态下产生变形和破坏规律的学科。
2、矿物：存在地壳中的具有一定化学成分和物理性质的自然元素和化合物3、结构：组成岩石的物质成分、颗粒大小和形状以及其相互结合的情况4、构造: 岩石组成成分的空间分布及其相互间排列关系5、岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体6、结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带7、岩块：指不含显著结构面的岩石块体，是构成岩体的最小岩石单元体8、岩体：指地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋存于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体9、岩体结构：指岩体中结构面与结构体的排列组合关系。
其包括两个基本要素，即结构面和结构体10、岩石风化：岩石长期暴露在地表之后，经受太阳辐射热、大气、水及生物等作用，使岩石结构逐渐破碎、疏松，或矿物成分发生次生变化，称为风化f岩石风化定量指标岩石的物理性质风化空隙率Iw::快速浸水后风化岩石吸入水的质量mw与干燥岩石质量mrd之比波速比kv:风化岩石纵波波速Vcp与新鲜完整岩石纵波波速vrp之比风化系数kf:风化岩石饱和单轴抗压强度与新鲜完整岩石饱和单轴抗压强度之比常见的岩石结构类型:结晶联结,胶结联结,岩石中的微结构面微结构面: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。
它包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等重力密度：岩石单位体积（包括岩石中孔隙体积)的重量称为重力密度，通常简称为重度质量密度：岩石单位体积（包括岩石中孔隙体积)的质量称为质量密度，一般简称密度相对密度：岩石的干重量Ws除以岩石的实体积Vs（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4℃时纯水的重度γw的比值天然含水率：天然状态下岩石中水的重量与岩石烘干重量Ws的百分比，简称含水率吸水率：指干燥岩样在一个大气压和室温条件下吸入水的重量WW与岩样干重量Ws的百分比饱和吸水率：岩样在强制状态（真空、煮沸或高压）下，岩样的最大吸入水的重量Ww与岩样的烘干重量Ws的百分比渗透性：指在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力岩石的膨胀性：指岩石浸水后体积增大的性质岩石的崩解性：指岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能岩石的软化性：指岩石与水相互作用时强度降低的特性岩石的抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的性能岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性岩石力学的性质弹性：是指在一定的应力范围内，物体受外力作用产生变形，而去除外力（卸荷）后能够立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质塑性：是指物体受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力（卸荷）后，变形又不能完全恢复的性质。
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
中国地质大学岩石力学大题目
岩石力学微结构面对岩石工程性质的影响微结构面的存在将大大降低岩石（特别是脆性岩石）的强度（格里菲斯强度理论）：由于岩石中这些缺陷的存在，当其受力时，在微孔或微裂隙（缺陷）末端，易造成应力集中，使裂隙可能沿末端继续扩展，导致岩石在比完全无缺陷时所能承受的拉应力或压应力低得多的应力值的作用下受到破坏。
故认为缺陷是影响岩石力学性质的决定性因素。
由于微结构面在岩石中常具有方向性（如裂隙等），因此它们的存在常导致岩石的各向异性。
缺陷能增大岩石的变形，在循环加荷时引起滞后现象；还能改变岩石的弹性波波速，改变岩石的电阻率与热传导率等岩石（岩块）的力学性质的含义岩石的变形特征是指岩石试件在各种荷载作用下的变形规律，其中包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流动与破坏规律，它反映了岩石的力学属性；岩石强度是指岩石试件在荷载作用下开始破坏时的最大应力（强度极限）以及应力与破坏之间的关系，它反映了岩石抵抗破坏的能力与破坏规律。
岩石的变形特征与强度特征，由岩石试件在单轴或三轴试验机上所得到的应力-应变曲线来描述。
由于试验条件不同（单轴的或三轴的，刚性的或非刚性的），所得到的试验结果也会各不相同影响岩石强度的主要因素岩石自身性质:矿物组成及岩性,颗粒大小及形状,粒间连接方式,微结构面及结构特征,风化程度.实验条件:试件形状及尺寸,尺寸越大，试件强度越低....试件加工精度,两加载端面不平行度过大，会导致试件局部应力过大而提前破坏....端部效应,使试件受到横向约束，导致试件强度增大,增大试件高径比，可降低端部效应影响。
但高径比过大会出现“压杆失稳”，导致强度降低....加载速率,加载速率增加，强度与弹模增加，峰值应力越明显.....温度与湿度.温度越高，强度越低,含水量越高，强度越低抗剪强度的类型抗剪断强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力抗切强度：指试件上的法向应力为零时，沿预定剪切面剪断时的最大剪应力摩擦强度：指试件在一定的法向应力作用下，沿已有破裂面（层面、节理等）再次剪切破坏时的最大剪应力两个表征岩石变形特性的指标变形模量::应力-应变曲线上的任何点与坐标原点相连的割线的斜率，表示该点所代表的应力的变形模量,,在线性弹性材料中，变形模量等于弹性模量泊松比::是指在单轴压缩条件下,横向应变与轴向应变之比岩块的变形模量与泊松比受岩石矿物组成、结构构造、风化程度、空隙性、含水率、微结构面及其与荷载方向的关系等多种因素的影响，变化较大单轴压力试验,完整的岩石应力-应变曲线可分为四个区段OA段：曲线稍微向上弯曲，属于压密阶段，这期间岩石中初始的微裂隙受压闭合AB段：接近于直线，近似于线弹性工作阶段BC段：曲线向下弯曲，属于非弹性阶段，主要是在平行于荷载方向开始逐渐生成新的微裂隙以及裂隙的不稳定，B点是岩石从弹性转变为非弹性的转折点CD段：为破坏阶段，C点的纵坐标就是单轴抗压强度RCAB段特性对大多数岩石来说，在AB这个区段内应力-应变曲线具有近似直线的形式，这种应力-应变关系可用下式表示σ=E εE是岩石的弹性模量，即OB线的斜率BC段特性第三区段BC的起点B往往是在C点最大应力值的2/3处，从B点开始，岩石中产生新的拉张裂隙，岩石模量下降，应力-应变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐降低到零。
工程地质第五章
四、含水层与隔水层
• 含水层(aquifer)指能够给出并透过相当数量重 力水的岩层。 • 构成含水层的条件：（1）岩石中要有空隙存 在，并充满足够数量的重力水；（2）这些重 力水能够在岩石空隙中自由运动。 • 隔水层(aquifuge; impermeable layer)指不能给 出并透过水的岩层。可含水，但不具备允许相 当数量水透过的性能。
地下水温地区分布差异大。在新火山地区，地 下水温可达100℃以上。例如在堪察加半岛、冰 岛、日本等地一些喷泉都有这种情况。在寒带、 极地以及高山地区，地下水的温度很低，有的可 低至-5℃。在温带和亚热带地区的平原中，浅层 地下水的年平均温度常接近所在地区的年平均气 温，或稍高l－2℃。 地下水在一定的地质条件下，因受地球内部热 能的影响而形成地下热水。它通过一定的通道， 例如，沿断裂破碎带、钻孔等上涌，致使地热增 温级大大提高，这种地区叫做地热异常区。具有 良好地质构造及水文地质条件的地热异常区，有 可能形成富集大量地下热水或天然蒸汽的地热田。
二、地下水的化学成分
• 主要气体成分：N2，O2，CO2，H2S • 主要离子成分：Na+，K+，Ca2+，Mg+，Cl-，SO42+， HCO3• 胶体成分与有机质 • 一升水中所含各种离子、分子及化合物（不包括游 离状态的气体）的总量，就叫总矿化度，简称矿化 度。以g/L表示。它说明水中所含盐量的多少，故 它是地下水化学成分的重要标志。 • 通常把水中Ca2+和Mg2+的含量称为硬度。硬度可分 为暂时硬度和永久硬度。由于加热煮沸后水中失去 一部分Ca2+与Mg2+，这部分Ca2+与Mg2+的数量称为 暂时硬度。当加热煮沸后，仍然溶在水中的Ca2+与 Mg2+，造成硬性的硬度，叫永久硬度。
岩石的主要物理性质和力学性质
八、 岩石的变形特性
弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 能够恢复的性质。
塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 不能恢复的性质。
脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。 延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力 的性质。
变形
弹性变形 塑性变形
线弹性变形 非线弹性变形
a线弹性类岩石――σ～ε曲线呈线性关系，曲线上任一点 P的弹性模量E：
E
泊松比μ：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。
c2 c1 a2 a1
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度σc之比的百
分比代表抗冻系数Cf ，即
Cf
c cf c
100%
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
七、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。
条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。
（2）岩石的饱水率（ω2）
岩石的饱水率指在高压（150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的重量Wω2与岩石干重量Ws之比，
即：
2
W2 Ws
100%
（3）岩石的饱水系数（Ks）
岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
Ks
1 2
饱水系数反映了岩石中大开空隙和小开空隙的相对 含量。饱水系数越大，岩石中的大开空隙越多，而小开 空隙越少。
爆破工程地质优质内容
高级培训
6
b.静载变形特性
岩石在外力作用下产生变形，其变形性质可用应力－应变曲
线表示。
非
线
性
弹
线 性 弹
性 变 形
性
变
脆
形比 例 极
性 破 坏
限
塑 性 屈 服 变 形
延 性 破 坏
弹性变形区 塑性变形区
岩石的应力－应变曲线 ①弹性—在弹性变形范围内，当外载去掉后，岩石恢复原形 的性质,遵守虎克定律。
G V
岩石的密度、容重主要影响岩石的抛掷、堆积和装运。 一般地说，岩石的密度和容重越大，就越难以破碎，在抛掷 爆破时需消耗较多的能量去克服重力的影响。
几种岩石孔隙度、密度、容重见表4-1。
高级培训
2
表4-1 几种岩石的孔隙度、密度、容重
岩石名称
花岗岩 玄武岩 辉绿岩 石灰岩 白云岩 砂岩 页岩 板岩 片麻岩 大理岩 石英岩 粘土 砂子
高级培训
7
②脆性—岩石没有产生显著的永久变形就开始破坏的性
质，一般岩石呈脆性破坏。
③塑性—与脆性相反，在破坏前有较明显的永久变形，
如泥页岩，高岭土矿，巷道底鼓。
④弹性模量：E=σ/ε。
⑤剪切模量：G=τ/γ
⑥泊松比：μ=ε2/ε1 ⑦G，E，μ的关系，根据材料力学的理论有：
G=E/2（1+μ）
⑧弹性后效：在弹性区内，应力消除后，应变并不能立
4.1岩石的物理力学性质
(1)岩石的物理性质 与爆破有关的岩石的物理性质主要包括孔隙率、容重、
密度、硬度、碎胀性、裂隙性等。
1)孔隙率
孔隙率η，是指岩石中孔隙的总体积V0与岩石的总体积V 之比，用百分率表示。
V V 100% 0
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)
水利水电工程地质1_岩石及其工程地质性质
常见矿物肉眼鉴定特征
矿物名称 滑石 高岭石 绿泥石 黑云母 白云母 方解石 白云石 角闪石 辉石 正长石 斜长石 黄铁矿 橄榄石 石榴子石 石英 颜色，形态，硬度等鉴定特征 白、灰、淡黄、淡绿色，薄片状、致密块状，硬度1，腊状光泽，摸之有滑感 白、因含杂质可呈浅黄、浅褐色，土状，硬度1-1.5 浅绿至深绿色，片状，硬度2-2.5，珍珠或玻璃光泽， 深褐、黑色，片状，硬度2.5-3，珍珠或玻璃光泽，薄片透明，有弹性 无色、银白色，片状，硬度2.5-3，珍珠或玻璃光泽，薄片透明，有弹性 白色、无色透明，菱面体、粒状，硬度3，玻璃光泽，遇稀盐剧烈起泡 灰白、淡红色，菱面体、粒状，硬度3.5-4，玻璃光泽，粉末可与稀盐酸反应起泡 黑、黑绿色，针柱状，硬度5-6，玻璃光泽 黑色，短柱状粒状，硬度5-6，玻璃光泽 多为肉红色，板条状、粒状，硬度6，玻璃光泽 灰白色，板条状、粒状，硬度6，玻璃光泽 浅铜黄色，立方体、粒状，硬度6-6.5，金属光泽 橄榄绿色，粒状，硬度6.5-7，玻璃光泽 红、褐、棕、黑色，菱形十二面体、粒状，硬度6.5-7.5，玻璃光泽 无色、烟灰色，粒状、六方柱状，硬度7，玻璃或油脂光泽，无解理
正长石 电气石
刚玉
辰砂
绿色：绿柱石，孔雀石，橄榄石，绿泥石 (暗绿色)，磷绿铅矿。
孔雀石
绿柱石
磷氯铅矿
磷氯铅矿
蓝色：兰晶石，兰铜矿
蓝晶石 蓝铜矿
紫色：紫水晶
2. 矿物的形态
绝大部分矿物都形成结晶体 : 溶液中沉淀结 晶、岩浆冷凝结晶、在外来化学活动性物质 作用下反应结晶，在温度压力下结晶生长。 晶体，是内部质点(离子)按特定空间形式排 列的结构。
第6章 06讲 岩石的力学性质及其影响因素
应力小得多。
应力-应变-时间实验
• 石灰岩在常温常压下是脆性的, 其弹性极限 为250MPa。 在持续时间较长的变形实验中, 虽然只受到140MPa的压应力作用, 一样可以 发生塑性变形, 第一天缩短了0.006%, 10天 后缩短0.011%, 再之后变形速度减慢。
5.2 蠕变与松弛
应变与时间变化曲线
岩石变形与温度
• 岩石的变形常把温度和围压一 起考虑。绝大多数岩石在近地 表的常温常压的条件下是脆性 的。 随着岩石所处深度的增加, 温度也随之的升高。温度的升 高导致岩石的强度降低, 弹性减 弱, 韧性显著增强。
——玄武岩
• 玄武岩岩石实验表明, 在500MPa 的围压下, 25℃时玄武岩的强度 极限为1500MPa, 而 在500℃时, 玄武岩在 100MPa的压应力下 就开始塑性变形, 当温 度升至800℃时, 则只 需200MPa岩石就发 生塑性变形了。
其中：E为扬氏模量，e
为应变量，为内摩擦系
数，为剪应变。
变形特征：象弹簧一样 发生变形。当应力消失
E
后，材料完全复原到未
e
变形状态。
2 粘性材料
t
τ-剪应力
-粘性系数/粘度（Pa·s）
-剪应变速率（m/s）
变形特征：象牛顿流体（蜂蜜
体）一样发生流动变形，应力 越大，流动越大；应力消除， 流动停止，但不能复原到未变
E
1 E
x
y
z
（3）、复杂状态下的应力 --- 应变关系
y
z
z
y
x
txy
x
x
1 E
x
y
z
y
1 Eyzxz1 Ez
x
岩体力学 中国地质大学 贾洪彪第六章岩体的力学性质
第六章岩体的力学性质第一节概述岩体的力学性质与岩块有显著的差别。
一般情况下，岩体比岩块易于变形，其强度也显著低于岩块的强度。
造成这种差别的根本原因在于岩体中存在各种类型不同、规模不等的结构面，并受到天然应力和地下水等环境因素的影响。
正因为如此，岩体在外力的作用下其力学属性往往表现出非均质、非连续、各向异性和非弹性。
所以，无论在什么情况下，都不能把岩体和岩块两个概念等同起来。
另外，人类的工程活动都是在岩体表面或岩体内部进行的。
因此，研究岩体的力学性质比研究岩块力学性质更重要、更具有实际意义。
岩体的力学性质，一方面取决于它的受力条件，另一方面还受岩体的地质特征及其赋存环境条件的影响。
其影响因素主要包括：组成岩体的岩石材料性质；结构面的发育特征及其性质和岩体的地质环境条件，尤其是天然应力及地下水条件。
其中结构面的影响是岩体的力学性质不同于岩块力学性质的本质原因。
实践表明：研究岩体的变形与强度性质是岩体力学的根本任务之一。
因此，本章将主要讲述岩体的变形与强度性质，同时对岩体的动力学性质及水力学性质也作一简要介绍。
第二节岩体的变形性质岩体变形是评价工程岩体稳定性的重要指标，也是岩体工程设计的基本准则之一。
例如在修建拱坝和有压隧洞时，除研究岩体的强度外，还必须研究岩体的变形性能。
当岩体中各部分岩体的变形性能差别较大时，将会在建筑物结构中引起附加应力；或者虽然各部分岩体变形性质差别不大，但如果岩体软弱抗变形性能差时，将会使建筑物产生过量的变形等。
这些都会导致工程建筑物破坏或无法使用。
由于岩体中存在有大量的结构面，结构面中还往往有各种充填物。
因此，在受力条件改变时岩体的变形是岩块材料变形和结构变形的总和，而结构变形通常包括结构面闭合、充填物压密及结构体转动和滑动等变形。
在一般情况下，岩体的结构变形起着控制作用。
目前，岩体的变形性质主要通过原位岩体变形试验进行研究。
一、岩体变形试验及其变形参数确定原位岩体变形试验，按其原理和方法不同可分为静力法和动力法两种。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
气
和土一样，也是由固体、
液体和气体三相组成。
mw
水
定义：物理性质是指岩石
三相组成部分的相对比例 ms
固
关系不同所表现的物理状
态。
V0
VV VW
VS
1. 岩石的密度
（1）岩石的颗粒密度( s ) －－岩石固体相部分的质量
与其体积的比值 g / cm3
岩石的比重( Gs ) －－岩石固体部分的重量和4°C 时同体积纯水重量的比值
总开空隙率
n0
VV 0 V
100%
dWp w
dWp
在高压或真空条件下，水能进入所有开空隙中。饱和吸水 率反映岩石总开空隙的发育程度，可用来判断岩石的抗风化能 力和抗冻性，是岩石物理性质的一个重要指标。
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
（3）饱水系数
吸水率
kw
Wa Wp
100%
饱和吸水率
反映岩石中大、小开空隙的相对数量。一般情况下，饱水
1.宜万铁路的工程概况
宜万铁路全长376.99km,共有隧道124座,总长224.88km,约 占线路总长 59.65％,其中3～10km的长隧道22座,大于10km的特 长隧道3座,隧道最大埋深约800m。
2. 宜万铁路沿线区域地貌特征
宜万铁路主要穿行在溶蚀侵蚀中低山区，自 然坡度一般大于30°，河谷深切，断崖纵横，最 大高程1800余米，相对高差200～800m。
2.8×10-9 ~ 7×10-8 3×10-12 ~ 6×10-10
2×10-9~ 3×10-6 9×10-5~ 3×10-4
<10-13
9×10-8~ 4×10-7 2×10-6~ 3×10-5
<10-13
10-13~ 2.5×10-10 5.5×10-6
2×10-10~ 8×10-9 10-9~ 5×10-5
3. 宜万铁路沿线地层分布概况
碳酸盐岩地层约占全线的70％。 共有岩溶隧道75座，长 约157.7km。
点荷载强度(MPa)
点荷 载强 度指 标
换算 单轴 抗压 强度
点荷 载强 度指 标
换算 单轴 抗压 强度
天然
饱和
软化 系数
(Kp)
47.5 28.9 0.61
73.8 49.7 0.67 垂直 70.7 60.6 0.86 层面 5.45 64.9 3.33 39.6 0.61
55.3 48.8 0.88
20
30
冻融循环次数（N）
1#红色粉砂岩 2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
相同冻融温度（－30°C）、不同冻融循环次数试验后岩样质量损失率直方图
质量损失率分析
质量损失率（%）
7
6
5
4
3
2
1
0
温度-20°C
温度-30°C
温度-40°C
冻融循环温度（°C）
1#红色粉砂岩 2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
湖北沪蓉西高速公路扁担垭隧道岩石物理力学试验参数
地层 岩性
桩号
岩块密度 （g/cm3）
吸水率 （％）
孔隙 率(%)
天然 饱和 饱和/天然
2.74 2.74 1.01/0.89 2.75
2.74 2.74 0.85/0.70 2.32
寒武
2.73 2.74 0.93/0.74 2.53
系石 ZK45+240
第三章
岩石的物理性质和水理性质
上节回顾
• 结构面分级 • 结构面特征 • 岩块与结构体的区别 • 岩体的结构类型
边坡赤平极射投影及稳定性初步评价
自然边坡面 开挖边坡面 ②
①
稳定结构
注： ①优势结构面225°∠85° ②优势结构面195°∠65°
(a)北区1110平台结构面赤平极射投影图
自然边坡面 ②
相同冻融循环次数（20次）、不同冻融温度试验后质量损失率直方图
强度损失率分析
强度损失率（%）
60
50
40
30
20
10
0
10次
20次
30次
冻融循环次数（N）
2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
相同冻融温度（-30°C）、不同冻融循环次数试验后岩样强度损失率直方图
4.岩石的透水性
透水性－－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。岩石的透水性大小用渗透系 数衡量。
2. 岩石的空隙性
地质作用－－各种裂隙 除孔隙外，还有裂隙－－比土复杂
空隙 类型
封闭空隙 开空隙
大开空隙 小开空隙
空隙性－－是岩石孔隙性与裂隙性的统称,用空隙
率表示,符号为 n。
2. 岩石的空隙性
空隙率－－指岩石空隙的体积与岩石总体积的比值， 以百分数表示。
n Vv 100% V
1
d s
100%
1.岩石的吸水性
吸水性－－指岩石在一定条件下吸收水分的能力。常用 吸水率（ Wa）、饱和吸水率与饱水系数表示。
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
（1）吸水率
岩样在常温常压条件下吸入水的质量
Wa
mw1 ms
100%
岩样烘干质量
烘干温度：105～110°C, 时间：24小时
大开空隙率
nb
VVb V
100%
sat
msat V
m
V
单位：g / cm3 容重是工
容重
干容重 d 饱和容重 sat 天然容重
单位： kN m3
g 9.80kN m3
程岩体稳 定性分析 计算及岩 体压力计
测试方法：量积法（规则试样） 蜡封法（不规则试样）
算的基本 参数
常见岩石的物理性质指标值(部分)
颗粒密度与块体密度： 颗粒密度不包括孔隙，其大 小只与矿物密度及其含量有 关。 块体密度，不仅与矿物组成 有关，还与岩石的空隙性及 含水状态密切相关。 ？谁大谁小
Km
ms1 ms2 ms1
100%
岩样冻融前干质量
抗冻性－－抗冻系数、质量损失率
岩石在冻融作用下强度降低和破坏的原因：
① 岩石矿物组分的膨胀系数不同，及温度不均 匀，导致产生内应力；
② 岩石空隙水的冻胀作用。使岩石产生更多的 裂隙，结构破坏，强度降低。
Rd＞75％，Km＜2％时，为抗冻性高的岩石； Wa＜5％、KR＞0.75和饱水系数小于0.8的岩石，其
牌组 ~110
2.73 2.74 0.97/0.75 2.62
粉砂 YK44+980
质页 ~800
岩
寒武
2.73 2.74 0.85/0.69 2.31
系水 ZK44+193
井沱 ~187
组粉 YK43+793
砂质 ~740
页岩
抗压强度(MPa)
垂直层面 方向加载
天 然
饱和
软化 系数
(Kp)
试件 加载 方向
岩石名称 花岗岩
石灰岩
片麻岩 辉绿岩、玄武岩
砂岩 页岩 片岩 石英岩
透水性－－渗透系数
几种岩石的渗透系数值
空隙情况 较致密、微裂隙
含微裂隙 微裂隙及部分粗裂隙
致密 微裂隙、孔隙
空隙较发育 致密 微裂隙
微裂隙发育 致密 较致密
空隙发育 微裂隙发育 微裂隙发育
微裂隙
（cm/s）
1.1×10-12 ~ 9.5×10-11 1.1×10-11 ~ 2.5×10-11
dWa w
dWa
水只能进入大开空隙，不能进人小开空隙和闭空隙 取决于岩石中空隙的数、大小及其连通情况。空隙率 愈大→空隙大、数量多、连通性好→岩石吸水率越大→
力学性质差。
（2）饱和吸水率
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
岩样在高压（15MPa）或真空条件下吸入水的质量
Wp
mw2 ms
100%
岩样烘干质量
62.7 52.2 0.83
61.4 52.8 0.86 顺层
74.5 53.4 0.72 面
1.85 22.0 1.34 16.0 0.73
71.6 50.5 0.71
垂直 层面 4.3 51.1
顺层
面
1.51 18.0 1.30 15.5 0.86
宜万铁路深部岩溶问题
一、宜前万言铁路—的开工展程地概况面与物工探程方地质法条研件究的必要性
岩石的膨胀特性通常以岩石的自由膨胀率、侧 向约束膨胀率、膨胀压力等来表示。
6.岩石的崩解性
崩解性－－指岩石与水相互作用时失去粘结性, 并变成完全丧失强度的松散物质的性能。岩石崩解 性一般用岩石的耐崩解性指数表示 。
崩解现象是由于水化过程中削弱了岩石内部的 结构联结引起的，常见于由可溶盐和粘土质胶结的 沉积岩地层中。
Gs
ห้องสมุดไป่ตู้Ws
Vs w
岩石固体部分的重量
岩石固体部分的体积 m3
4°C时单位体积水的容重 kN m3
测试方法：比重瓶法
（2）块体密度
块体密度(岩石密度)－－岩块单位体积的质量。与矿物组成、 岩石的孔隙性及含水状态有关。
按试 件含 水状 态分
干密度 105～110°C,烘24h 饱和密度 天然密度
d
ms V
开挖边坡面
较稳定结构
①
注： ①优势结构面45°∠ ° ②优势结构面225°∠45°
(c)南1区1110平台结构面赤平极射投影图
①
② 自然边坡面 开挖边坡面
(b)西区1130平台结构面赤平极射投影图
自然边坡面 自然边坡面
③
1②
2
开挖边坡面
①
3
(d)南2区1110平台结构面赤平极射投影图