岩石力学第三章岩石的力学特性及强度准则精品PPT课件
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第3章岩石的力学特性14节PPT课件
增加，很大程度上为可恢复的弹性变形，
σ/MPa σ/MPa
B点对应的应力弹性极限。
概述
•
岩石的力学特性是指不同荷载作用下岩石的强
度特性与变形性质。
•
岩石的变形性质通过岩石变形模量、泊松比、
剪切模量等变形参数以及应力应变关系来描述；
•
岩石的强度：单轴抗压强度、抗拉强度、剪切
强度、三轴抗压强度等。
3/65
3.1 岩石单轴压缩条件下的力学特性
3.1.1 单轴抗压强度
岩体工程分类、破坏判据单轴抗压强度。
2) 弹性变形阶段(AB段)
3) 微弹性裂隙稳定发展阶段(BC段)
DE段)
D
σ/MPa σ/MPa
14/65
ε/‰
(a)江西红砂岩轴向应力—轴向应变 实测全过程曲线
C E
B
A
O ε/‰
(b)概化的典型岩石应力—应变 全过程曲线
1) 孔/裂隙压密阶段(OA段)： 原有张性结构面、微孔隙裂隙逐渐闭合，岩石压密， 早期非线性变形，上凹形曲线，表明由于微孔隙裂隙的
压实闭合，岩石性能出现暂时“强化”现象， 通常为一减速的压实闭合过程。
σ/MPa σ/MPa
裂隙化岩石明显， 坚硬隙岩石不明显。
15/65
ε/‰
(a)江西红砂岩轴向应力—轴向应变 实测全过程曲线
D
C E
B A
O ε/‰
(b)概化的典型岩石应力—应变 全过程曲线
2) 弹性变形阶段(AB段)： 初期孔隙裂隙压密后，岩石强度暂趋稳定， 岩石发生弹性变形，曲线直线，变形随应力成比例
图 3 -3 单 轴 压 缩 试 验 岩 石 试 件 应 力 分 布 特 征
1— 承 压 板 ； 2— 压 应 力 区 ； 3— 拉 应 力 区 。
σ/MPa σ/MPa
B点对应的应力弹性极限。
概述
•
岩石的力学特性是指不同荷载作用下岩石的强
度特性与变形性质。
•
岩石的变形性质通过岩石变形模量、泊松比、
剪切模量等变形参数以及应力应变关系来描述；
•
岩石的强度：单轴抗压强度、抗拉强度、剪切
强度、三轴抗压强度等。
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3.1 岩石单轴压缩条件下的力学特性
3.1.1 单轴抗压强度
岩体工程分类、破坏判据单轴抗压强度。
2) 弹性变形阶段(AB段)
3) 微弹性裂隙稳定发展阶段(BC段)
DE段)
D
σ/MPa σ/MPa
14/65
ε/‰
(a)江西红砂岩轴向应力—轴向应变 实测全过程曲线
C E
B
A
O ε/‰
(b)概化的典型岩石应力—应变 全过程曲线
1) 孔/裂隙压密阶段(OA段)： 原有张性结构面、微孔隙裂隙逐渐闭合，岩石压密， 早期非线性变形，上凹形曲线，表明由于微孔隙裂隙的
压实闭合，岩石性能出现暂时“强化”现象， 通常为一减速的压实闭合过程。
σ/MPa σ/MPa
裂隙化岩石明显， 坚硬隙岩石不明显。
15/65
ε/‰
(a)江西红砂岩轴向应力—轴向应变 实测全过程曲线
D
C E
B A
O ε/‰
(b)概化的典型岩石应力—应变 全过程曲线
2) 弹性变形阶段(AB段)： 初期孔隙裂隙压密后，岩石强度暂趋稳定， 岩石发生弹性变形，曲线直线，变形随应力成比例
图 3 -3 单 轴 压 缩 试 验 岩 石 试 件 应 力 分 布 特 征
1— 承 压 板 ； 2— 压 应 力 区 ； 3— 拉 应 力 区 。
岩石力学性质精品PPT课件
时间影响因素
与实验室岩石力学研究不同，地质条件的岩石变形 时间很长，一个造山带变形要经历几百万年才完成。
应变速率的影响（έ=ε/t） έ降低，材料强度降低，向韧性方向转变 陨石的碰撞或地震是快速έ 阿尔卑斯山变形速率10-12/s-10-14/s左右
时间对岩石蠕变和松弛的影响
蠕变是在恒定应力作用下，应变随时间持 续增加的变形。
第五节 岩石断裂准则
岩石断裂准则
断裂是指由于外力作用在物体中产生的介质不连 续面。
❖ 断裂准则：在极限应力状态下各点极限应力分量所 应满足的条件，称为断裂条件或者准则。
❖ 莫尔包络线：就是材料破坏时的各种极限应力状态 应力圆的公切线。 判别条件：当一点的应力状态的应力圆与莫尔包络 线相切，这点就开始破裂。
库仑准则
库仑准则，又称最大剪应力准则，其表达式
为 max=(1-3)/2=0。
常温常压下一些岩石的强度极限
岩石
抗压强度 抗张强度 抗剪强度 (MPa) (MPa) (MPa)
花岗岩
148 (37 －379)
3－5
15－30
大理岩 石灰岩
102 (31 －262)
96 (6－ 360)
3－9 3－6
பைடு நூலகம்
10－30 12－20
砂岩
74 (11 －252)
1－3
5－15
275
玄武岩 (200－
10
350)
页岩岩石变20形－8的0 应力－应变曲线2
岩石的抗压强度>抗剪强度>抗张强度
脆性材料：断裂前 的塑性变形量在百 分之五以下的材料。 韧性材料：断裂前 的塑性变形量在百 分之十以上的材料。
❖ 脆性：脆性材料在弹性范围内或弹性变形后 立即破裂，即在破裂前没有或有极小的塑性 变形，材料的这种性质称为脆性。
岩石的基本物理力学质PPT
一、岩石的密度
❖ 1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
❖ 2、块体密度(ρ)
ρ=m/V
❖ 注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法）
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
式中：W――天然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。
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。
d
Ws V
d d g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：Ws——岩石试件烘干后的质量(g)； V——岩石试件的体积(cm3)；
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。
sin
2
(
1
3 )2 2
2
( 1
3 )2 2
2 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。Strength of rock
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
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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
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
岩石力学ppt课件第三章 岩体力学性质
（2）上凹型（塑-弹性岩体）
含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
36
孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
2021/8/17
σα，σ ，p ： 含义同上
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含软弱夹层的层状岩体及裂隙岩体 （3）上凸型（弹-塑性岩体）
结构面发育且有泥质充填的岩体。
（4）复合型：阶梯或“S”型（塑-弹-塑性岩体)
20结21/8构/17面发育不均或岩性不均匀的岩体。
23
（二）剪切变形特征：
(a)沿软弱结 构面剪切
(b)沿粗糙结构面、 软弱岩体及强风
化岩体剪切
(c)坚硬岩体 受剪切
峰前变形平均斜 率小，破坏位移 大；峰后强度损 失小。
2021/8/17
峰前变形平均斜 率较大，峰值强 度较高；峰后有 明显应力降。
峰前变形斜率大，
峰值强度高，破坏
位移小；峰后残余 强度较低。
24
（三）各向异性变形特征：（P101蔡）
岩石的全部或部分物理、力学特性随方向不同而 表现出差异的现象称为岩石的各向异性。
2021/8/17
2
§3.1 概述
岩体=结构面（弱面）+结构体（岩石块体） 结构面：断层、褶皱、节理……统称
影响岩体力学性质的基本因素：
结构体(岩石)力学性质、结构面力学性质、岩体 结构力学效应和环境因素(特别是水和地应力的作用)
2021/8/17
3
§3.2岩体结构的基本类型 （地质学、复习、了解）
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孔隙静水压力作用
（三）力学作用：
孔隙动水压力作用
当多孔连续介质岩土体中存在孔隙地下水时， 未充满孔隙的地下水使岩土体的有效应力增加：
p
σα有效应力，σ 总应力，p 孔隙静水水压力
当地下水充满多孔连续介质岩土体时，使有效 应力减小：
p
2021/8/17
σα，σ ，p ： 含义同上
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岩石力学第三章岩石的力学特性及强度准则精品PPT课件
－内摩擦系数
C－粘聚力
－内摩擦角
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而 孔隙度和孔隙比是计算指标。
（二）岩石的水理性质
1.吸水性：在常压条件下，岩石浸人水中充分吸 水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸 水率—岩石的容水性（已介绍）
2.透水性：是指岩石容许水透过的能力，用渗透 系数表示（已介绍）
3.软化性：岩石浸水后强度降低的性能称软化性。 软化性用软化系数表示，它是指岩石饱和状态 下与天然风干状态下单轴抗压强度之比。
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪片岩 云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩 石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
研究生课程：石油工程岩石力学 第三章：岩石的力学特性及强度准则
第一节：岩石的力学性质
岩浆岩、沉积岩和变质岩是岩石的成因 分类，它主要讨论岩石的结构、构造和 矿物成分等地质特性。
对于工程技术人员，更应关注的是直接 用于工程设计的岩石工程性质：岩石的 物理性质、水理性质和力学性质。
一、岩石的工程性质
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 流纹岩 安山岩
C－粘聚力
－内摩擦角
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而 孔隙度和孔隙比是计算指标。
（二）岩石的水理性质
1.吸水性：在常压条件下，岩石浸人水中充分吸 水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸 水率—岩石的容水性（已介绍）
2.透水性：是指岩石容许水透过的能力，用渗透 系数表示（已介绍）
3.软化性：岩石浸水后强度降低的性能称软化性。 软化性用软化系数表示，它是指岩石饱和状态 下与天然风干状态下单轴抗压强度之比。
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪片岩 云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩 石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
研究生课程：石油工程岩石力学 第三章：岩石的力学特性及强度准则
第一节：岩石的力学性质
岩浆岩、沉积岩和变质岩是岩石的成因 分类，它主要讨论岩石的结构、构造和 矿物成分等地质特性。
对于工程技术人员，更应关注的是直接 用于工程设计的岩石工程性质：岩石的 物理性质、水理性质和力学性质。
一、岩石的工程性质
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 流纹岩 安山岩
岩石的强度和特征 PPT课件
变εp。
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
（1）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时 间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化， 应变保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。
（2）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应 力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率 逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
峰前
峰后
D
p
C
r
e
a
B
E
A
r
o
a
① 空隙压密阶段(OA) ② 弹性变形阶段(AB) ③ 微裂隙稳定发展阶段(BC)
④ 微裂隙非稳定发展阶段(CD) ⑤ 破坏后阶段(DE)
物体受力后产生变形在外力去除后不能完全恢复原状的性质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当物体既有弹性变形又有塑性变形且具有明显的弹性后效时弹性变形和塑性变形就难以区别在外力作用下只发生塑性变形或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体称为塑性介质粘性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
类型Ⅱ：弹-塑性—在应力较低时，近似于直线；应力增加 到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力 逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏。典型岩石： 石灰岩、泥岩、凝灰岩
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ
ε
类型Ⅳ
CD段-加速蠕变阶段：蠕变加速发 展直至岩块破坏(D点)。
（1）稳定蠕变：岩石在较小的恒定力作用下，变形随时 间增加到一定程度后就趋于稳定，不再随时间增加而变化， 应变保持为一个常数。稳定蠕变一般不会导致岩体整体失稳。
（2）非稳定蠕变：岩石承受的恒定荷载较大，当岩石应 力超过某一临界值时，变形随时间增加而增大，其变形速率 逐渐增大，最终导致岩体整体失稳破坏。
1、变形阶段的划分—几个概念
v
p
C
r
e
B
A
r
o
a
扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容
1、变形阶段的划分—五个阶段
v c
峰前
峰后
D
p
C
r
e
a
B
E
A
r
o
a
① 空隙压密阶段(OA) ② 弹性变形阶段(AB) ③ 微裂隙稳定发展阶段(BC)
④ 微裂隙非稳定发展阶段(CD) ⑤ 破坏后阶段(DE)
物体受力后产生变形在外力去除后不能完全恢复原状的性质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当物体既有弹性变形又有塑性变形且具有明显的弹性后效时弹性变形和塑性变形就难以区别在外力作用下只发生塑性变形或在一定的应力范围内只发生塑性变形的物体称为塑性介质粘性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
类型Ⅱ：弹-塑性—在应力较低时，近似于直线；应力增加 到一定数值后，应力-应变曲线向下弯曲变化，且随着应力 逐渐增加，曲线斜率也愈来愈小，直至破坏。典型岩石： 石灰岩、泥岩、凝灰岩
类型Ⅰ
类型Ⅱ
σ σ
类型Ⅲ
ε
类型Ⅳ
岩石力学ppt课件
浅成岩中细晶质和隐晶质结构的岩石透水性小、抗风化性能较深成岩强，但斑状结构岩石 的透水性和力学强度变化较大，特别是脉岩类，岩体小。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
喷出岩常具有气孔构造、流纹构造和原生裂隙，透水性较大。此外，喷出岩多呈岩流状产 出，岩体厚度小，岩相变化大，对地基的均一性和整体稳定性影响较大。
4
第二章 岩石的物理性质及工程分类
所以：
x y xy z yz
xz zx yx zy
中，实际上独立的应力分量只有6个。
11
第4章 岩石的本构关系和强度准则
应力平衡微分方程
根据微分单元体x方向平衡，∑Fx=0，则
12
第4章 岩石的本构关系和强度准则
4.2 应变及应变状态分析 应变的概念 由于载荷作用或者温度变化等外界因素等影响，物体内各点在空间的位置将发 生变化，即产生位移。
岩石力学基础 复习指导
课程主要内容
31
岩石的结构和组织
2
岩石的物理性质及工程分类
3
岩石的力学性质
4
本构关系和强度准则
35
岩石的蠕变
6
地应力测量及计算
37
测井解释及井壁稳定
1
第1章 岩石的结构和组织特点
▪ 岩石的结构和分类 ▪ 岩石的微观结构 ▪ 岩石的宏观结构
成岩旋回图
2
第二章 岩石的物理性质及工程分类
2）沉积岩的性质 碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著。此外，碎
屑的成分、粒度、级配对工程性质也有一定的影响。 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化
和泥化。若含蒙脱石成分，还具有较大的膨胀性。这两种岩石对水工建筑物地基和建筑场 地边坡的稳定都极为不利，但其透水性小，可作为隔水层和防渗层。
岩石力学教案PPT课件
岩石的应力-应变关系
应力
指作用在岩石上的外力，包括压、 拉、剪等。
应变
指岩石在应力作用下发生的形变。
应力-应变曲线
描述岩石在受力过程中应力与应变 的关系曲线，通常呈现非线性的特 点。
岩石的破裂机制与强度准则
破裂机制
描述岩石在受力过程中如何达到破坏 状态的过程。
强度准则
用于预测岩石在不同应力状态下是否 会发生破坏的准则，如莫尔圆准则等 。
岩土体加固、滑坡治理等。
岩石力学的发展历程
19世纪初
20世纪80年代以来
岩石力学作为一门独立的学科开始形 成，最初的研究主要集中在岩石的强 度和变形特性方面。
数值计算和计算机技术的快速发展为岩 石力学提供了新的研究手段，推动了岩 石力学在理论和应用方面的深入研究。
20世纪50年代
随着工程建设的快速发展，岩石力学的 研究范围不断扩大，开始涉及到岩体的 稳定性分析、岩土工程设计等方面。
总结词
介绍岩石的变形和弹性模量，以及它们 对岩石力学性质的影响。
VS
详细描述
岩石的变形是指在外力作用下岩石发生的 形状变化，而弹性模量则表示岩石在受到 外力作用时抵抗变形的能力。变形和弹性 模量是衡量岩石力学性质的重要参数。一 般来说，变形较小、弹性模量较大的岩石 具有更好的承载能力和稳定性。
03 岩石的力学性质
岩石的强度准则是指岩石在 不同受力状态下的破坏准则 ，如库仑-纳维准则、莫尔库仑准则等。
能量守恒定律是自然界的基 本定律之一，它指出能量不 能凭空产生也不能凭空消失 ，只能从一种形式转化为另 一种形式。在岩石力学中， 能量守恒定律可以用来分析 岩石的破裂和变形过程。
05 岩石力学实验与案例分析
《岩石力学教案》课件
《岩石力学教案》PPT课件第一章：岩石力学概述1.1 岩石力学的定义岩石力学的定义和研究对象岩石力学的应用领域1.2 岩石的物理和力学性质岩石的物理性质岩石的力学性质1.3 岩石力学的研究方法实验研究理论分析和数值模拟第二章：岩石的力学行为2.1 岩石的弹性行为弹性模量和泊松比弹性应变和应力2.2 岩石的塑性行为塑性应变和应力岩石的屈服和破坏2.3 岩石的断裂行为断裂韧性和断裂强度断裂准则第三章：岩石的变形和强度3.1 岩石的变形线应变和切应变弹性变形和塑性变形3.2 岩石的强度压缩强度和拉伸强度剪切强度和抗弯强度3.3 岩石的流变行为粘弹性理论和流变模型岩石的长期强度和蠕变特性第四章：岩石力学实验4.1 岩石力学实验方法实验设备和原理实验步骤和数据采集4.2 岩石力学实验案例压缩实验剪切实验弯曲实验4.3 实验结果分析和讨论实验数据的处理和分析实验结果的可靠性和精度第五章：岩石力学在工程中的应用5.1 岩石工程中的岩石力学问题岩体支护和加固设计5.2 岩土工程中的岩石力学应用岩土工程的稳定性分析岩土工程的支护和加固技术5.3 采矿工程中的岩石力学应用矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术第六章：岩石力学数值模拟6.1 数值模拟方法概述有限元方法离散元方法有限差分方法6.2 岩石力学数值模型连续介质模型离散介质模型6.3 数值模拟案例分析岩体稳定性分析岩石破裂过程模拟第七章：岩石力学在地质工程中的应用7.1 地质工程中的岩石力学问题地质灾害防治7.2 地质工程中的岩石力学应用隧道工程基坑工程7.3 地球物理勘探中的岩石力学地震勘探地球物理测井第八章：岩石力学在土木工程中的应用8.1 土木工程中的岩石力学问题大坝和水库岩体稳定性道路和桥梁基础稳定性8.2 土木工程中的岩石力学应用岩体支护和加固岩体锚固技术8.3 地质灾害防治中的岩石力学滑坡防治岩体崩塌防治第九章：岩石力学在采矿工程中的应用9.1 采矿工程中的岩石力学问题矿山压力和岩层控制矿山支护和通风技术9.2 采矿工程中的岩石力学应用地下开采技术露天开采技术9.3 矿山安全与环境保护矿山安全评价矿山环境保护措施第十章：岩石力学的未来发展趋势10.1 岩石力学研究的新理论连续介质力学的发展非连续介质力学的研究10.2 岩石力学研究的新技术先进的测试技术数字图像分析技术10.3 岩石力学在可持续发展中的作用绿色岩石力学可持续岩石工程设计重点和难点解析重点环节1：岩石的物理和力学性质岩石的物理性质包括密度、孔隙度、渗透率等，这些性质对岩石的力学行为有重要影响。
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在岩土工程中，最常涉及的岩石工程性质是力学性质。 所以，岩石的力学性质是工程性质中最重要的。
岩石力学特性：主要是指岩石在外载作用下的变形特征 及岩石的强度。
岩石力学性质分为强度性质和变形性质两方面
岩石的强度：岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最 大应力。 外力有压力、拉力、剪力、弯矩和多轴压力等，相 应地有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度 及三轴强度等
（三）岩石的力学性质
1.抗压强度：岩石试样受单向压应力作用下能够承受的
最大压应力称单轴抗压强度。
2.抗拉强度：岩石试样在单轴拉伸下能够承受的最大拉 应力。
抗拉强度须通过试验测得，由于试样制作困难，实际 上多采用劈裂试验间接测定抗拉强度。
3.抗剪强度：是指岩石试样在一定法向压应力作用下能 够承受的最大剪应力
物理性质：重量性质和孔隙性质
水理性质：吸水性、透水性、软化性、 抗冻性、可溶性、膨胀性及崩解性
力学性质：抗压强度、抗拉强度、抗剪 强度、点载荷强度、回弹强度、变形模 量及泊松比
（一）岩石的物理性质
1.密度() ：单位体积岩石的质量称岩石的密度 (g／cm3)
天然密度：天然状态下，单位体积岩石中包括固体颗 粒、一定量的孔隙水和孔隙三部分，此时测出的密度 为天然密度。
（二）岩石的水理性质
5．可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石 的矿物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有 关。
6．膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破 坏的性能称膨胀性。
➢ 一般含有粘土矿物的岩石具有—定的膨胀性，特别是 含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。
➢ 南昆铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑造成严重 的危害。
（二）岩石的水理性质
软化系数的计算：
KR
Rc R
式中：KR ——岩石的软化系数； Rc ——饱和状态下岩石单轴极限抗压强度；
R——干燥状态的岩石单轴极限抗压强度
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性，富含粘土矿 物、孔隙度大的岩石，软化性大，软化系数小。一般 地，软化系数小于0.75的岩石具有软化性。
孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于松散 土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。
一般岩石的孔隙度在0.1-0.35之间
（一）岩石的物理性质
4.孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩 石的孔隙比(多以小数表示)
孔隙比和孔隙度可以互相换算：
e n 1 n
n e 1 e
式中： e －孔隙比; n－孔隙度(＝饱和密度－干密度)
（二）岩石的水理性质
7．崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全 破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解 的岩石和土，短时间内即发生崩解。
我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即 崩解，西南某地风化钙泥质粉砂岩置于水中仅 十多分钟就全部崩解了。
泡水前岩石：完整坚硬 泡水后岩石：水化分散
（三）岩石的力学性质
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
密度(g／cm3) 2.37～2.75 2.75～2.80 2.59～3.06 2.70～2.90 2.75左右 2.72～2.84
（一）岩石的物理性质
3.孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多用百分数表示)。
裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石 总体积之比称裂隙率。
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 流纹岩 安山岩
玄武岩 凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩
软化系数 0.72～0.97 0.60～0.80 0.33～0.90 0.75～0.95 0.81～0.91
0.30～0.95 0.52～0.86 0.50～0.96 0.21～0.75 0.24～0.74
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪片岩 云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩 石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
（二）岩石的水理性质
4.抗冻性 岩石抵抗水冻结所造成的破坏能力称
抗冻性。 岩石抗冻性的指标：岩石强度损失率和岩石重
量损失率。 强度损失率：饱和岩石在一定负温度(通常为-
25℃)条件下，冻结融解25次以上，冻融前、 后抗压强度差值与冻融前抗压强度之比 重量损失率：冻融前、后岩石重量(干燥岩石 重量)差值与冻融前干燥岩石重量之比 强度损失率大于25％或重量损失率大于2％的 岩石是不抗冻的。
岩石抗压强度最大，其次是抗剪强度和抗弯强度，而 抗拉强度最小。
强度实验方法
单轴抗压强度 三轴抗压强度
标准试样 实验装置图
岩石加载方式：
压应力
岩石应力应变曲线（纵横向）
岩石应力应变曲线
岩石应力应变曲线
研究生课程：石油工程岩石力学 第三章：岩石的力学特性及强度准则
第一节：岩石的力学性质
岩浆岩、沉积岩和变质岩是岩石的成因 分类，它主要讨论岩石的结构、构造和 矿物成分等地质特性。
对于工程技术人员，更应关注的是直接 用于工程设计的岩石工程性质：岩石的 物理性质、水理性质和力学性质。
一、岩石的工程性质
密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而 孔隙度和孔隙比是计算指标。
（二）岩石的水理性质
1.吸水性：在常压条件下，岩石浸人水中充分吸 水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸 水率—岩石的容水性（已介绍）
2.透水性：是指岩石容许水透过的能力，用渗透 系数表示（已介绍）
3.软化性：岩石浸水后强度降低的性能称软化性。 软化性用软化系数表示，它是指岩石饱和状态 下与天然风干状态下单轴抗压强度之比。
饱和密度：水把所有孔隙充满时测得的密度 干密度：把岩石中的全部水分烘干所测得的密度
2.比重：岩石密度与水在4℃时的密度之比称岩石 的比重 (无量纲)，在数值上等于岩石的密度。
常Hale Waihona Puke 岩石的密度岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66
岩石力学特性：主要是指岩石在外载作用下的变形特征 及岩石的强度。
岩石力学性质分为强度性质和变形性质两方面
岩石的强度：岩石在外力作用下发生破坏时所能承受的最 大应力。 外力有压力、拉力、剪力、弯矩和多轴压力等，相 应地有抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度 及三轴强度等
（三）岩石的力学性质
1.抗压强度：岩石试样受单向压应力作用下能够承受的
最大压应力称单轴抗压强度。
2.抗拉强度：岩石试样在单轴拉伸下能够承受的最大拉 应力。
抗拉强度须通过试验测得，由于试样制作困难，实际 上多采用劈裂试验间接测定抗拉强度。
3.抗剪强度：是指岩石试样在一定法向压应力作用下能 够承受的最大剪应力
物理性质：重量性质和孔隙性质
水理性质：吸水性、透水性、软化性、 抗冻性、可溶性、膨胀性及崩解性
力学性质：抗压强度、抗拉强度、抗剪 强度、点载荷强度、回弹强度、变形模 量及泊松比
（一）岩石的物理性质
1.密度() ：单位体积岩石的质量称岩石的密度 (g／cm3)
天然密度：天然状态下，单位体积岩石中包括固体颗 粒、一定量的孔隙水和孔隙三部分，此时测出的密度 为天然密度。
（二）岩石的水理性质
5．可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石 的矿物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有 关。
6．膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破 坏的性能称膨胀性。
➢ 一般含有粘土矿物的岩石具有—定的膨胀性，特别是 含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。
➢ 南昆铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑造成严重 的危害。
（二）岩石的水理性质
软化系数的计算：
KR
Rc R
式中：KR ——岩石的软化系数； Rc ——饱和状态下岩石单轴极限抗压强度；
R——干燥状态的岩石单轴极限抗压强度
软化性取决于岩石中的矿物成分和孔隙性，富含粘土矿 物、孔隙度大的岩石，软化性大，软化系数小。一般 地，软化系数小于0.75的岩石具有软化性。
孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于松散 土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。
一般岩石的孔隙度在0.1-0.35之间
（一）岩石的物理性质
4.孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩 石的孔隙比(多以小数表示)
孔隙比和孔隙度可以互相换算：
e n 1 n
n e 1 e
式中： e －孔隙比; n－孔隙度(＝饱和密度－干密度)
（二）岩石的水理性质
7．崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全 破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解 的岩石和土，短时间内即发生崩解。
我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即 崩解，西南某地风化钙泥质粉砂岩置于水中仅 十多分钟就全部崩解了。
泡水前岩石：完整坚硬 泡水后岩石：水化分散
（三）岩石的力学性质
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
密度(g／cm3) 2.37～2.75 2.75～2.80 2.59～3.06 2.70～2.90 2.75左右 2.72～2.84
（一）岩石的物理性质
3.孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多用百分数表示)。
裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石 总体积之比称裂隙率。
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉绿岩 流纹岩 安山岩
玄武岩 凝灰岩 砾岩 砂岩 页岩
软化系数 0.72～0.97 0.60～0.80 0.33～0.90 0.75～0.95 0.81～0.91
0.30～0.95 0.52～0.86 0.50～0.96 0.21～0.75 0.24～0.74
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪片岩 云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩 石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
（二）岩石的水理性质
4.抗冻性 岩石抵抗水冻结所造成的破坏能力称
抗冻性。 岩石抗冻性的指标：岩石强度损失率和岩石重
量损失率。 强度损失率：饱和岩石在一定负温度(通常为-
25℃)条件下，冻结融解25次以上，冻融前、 后抗压强度差值与冻融前抗压强度之比 重量损失率：冻融前、后岩石重量(干燥岩石 重量)差值与冻融前干燥岩石重量之比 强度损失率大于25％或重量损失率大于2％的 岩石是不抗冻的。
岩石抗压强度最大，其次是抗剪强度和抗弯强度，而 抗拉强度最小。
强度实验方法
单轴抗压强度 三轴抗压强度
标准试样 实验装置图
岩石加载方式：
压应力
岩石应力应变曲线（纵横向）
岩石应力应变曲线
岩石应力应变曲线
研究生课程：石油工程岩石力学 第三章：岩石的力学特性及强度准则
第一节：岩石的力学性质
岩浆岩、沉积岩和变质岩是岩石的成因 分类，它主要讨论岩石的结构、构造和 矿物成分等地质特性。
对于工程技术人员，更应关注的是直接 用于工程设计的岩石工程性质：岩石的 物理性质、水理性质和力学性质。
一、岩石的工程性质
密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而 孔隙度和孔隙比是计算指标。
（二）岩石的水理性质
1.吸水性：在常压条件下，岩石浸人水中充分吸 水，被吸收的水质量与干燥岩石质量之比为吸 水率—岩石的容水性（已介绍）
2.透水性：是指岩石容许水透过的能力，用渗透 系数表示（已介绍）
3.软化性：岩石浸水后强度降低的性能称软化性。 软化性用软化系数表示，它是指岩石饱和状态 下与天然风干状态下单轴抗压强度之比。
饱和密度：水把所有孔隙充满时测得的密度 干密度：把岩石中的全部水分烘干所测得的密度
2.比重：岩石密度与水在4℃时的密度之比称岩石 的比重 (无量纲)，在数值上等于岩石的密度。
常Hale Waihona Puke 岩石的密度岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66