第1章岩体的结构特征
完整版重庆大学岩石力学总结
重庆大学岩石力学总结第一章1岩石中存在一些如矿物解理，微裂隙，粒间空隙，晶格缺陷，晶格边界等内部缺陷，统称微结构面。
2岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定。
3岩石的结构是指岩石中矿物颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小，形状，排列，结构连接特点及岩石中的微结构面。
其中以结构连接和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
4岩石中结构连接的类型主要有两种：结晶连接，胶结连接。
5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。
它包括矿物的解理，晶格缺陷，晶粒边界，粒间空隙，微裂隙等。
6矿物的解理面指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶方向分裂成的光滑平面。
7岩石的物理性质是指由岩石固有的物质组成和结构特征所决定的比重，容重，孔隙率，岩石的密度等基本属性。
8岩石的孔隙率是指岩石孔隙的体积与岩石总体积的比值。
9岩石的水理性：岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性。
包括岩石的吸水性，透水性，软化性和抗冻性。
10 岩石的天然含水率wm wm w表示岩石中水的质量，岩石的烘干质量m rdm rd11 岩石在一定条件下吸收水分的性能称为岩石的吸水性。
它取决于岩石孔隙的数量，大小，开闭程度和分布情况。
表征岩石吸水性的指标有吸水率，饱和吸水率和饱水系数。
岩石吸水率w am o m dr.m dr为岩石烘干质量，m o为岩石浸m dr水48 小时后的总质量。
12岩石的饱水率是岩石在强制状态下（高压，真空或煮沸）岩石吸入水的质量与岩石烘干质量的比值。
13岩石的透水性：岩石能被水透过的性能。
可用渗透系数衡量。
主要取决于岩石孔隙的大小，方向及相互连通情况。
q x k dh A K 为岩石的渗透系数，h 为dx水头的高度，Ａ为垂直于Ｘ方向的截面面积，qx 为沿Ｘ方向水的流量。
透水性物理意义：是介质对某种特定流体的渗透能力，渗透系数的大小取决于岩石的物理特性和结构特征。
14岩石在反复冻融后强度降低的主要原因：１构成岩石的各种矿物的膨胀系数不同，当温度变化时，由于矿物的胀缩不均而导致岩石结构的破坏。
岩石及岩体的基本性质
第一章岩石及岩体的基本性质第一节概述岩石是组成地壳的基本物质，它由各种造岩矿物或岩屑在地质作用下按一定规律〔通过结晶或借助于胶结物粘结〕组合而成。
一、岩石的分类自然状态下的岩石，按其固体矿物颗粒之间的结合特征，可分为：①固结性岩石：固结性岩石是指造岩矿物的固体颗粒间成刚性联系，破碎后仍可保持一定形状的岩石。
②粘结性岩石、③散粒状岩石、④流动性岩石等。
在煤矿中遇到的大多是固结性岩石。
常见的有砂岩、石灰岩、砂质页岩、泥质页岩、粉砂岩等。
按岩石的力学性质不同，常把矿山岩石分为：①坚硬岩石②松软岩石两类。
工程中常把饱水状态下单向抗压强度大于10MPa的岩石叫做坚硬岩石，而把低于该值的岩石称为松软岩石。
松软岩石具有结构疏松、密度小、孔隙率大、强度低、遇水易膨胀等特点。
从矿压控制角度看，这类岩石往往会给采掘工作造成很大困难。
二、岩石的结构和构造岩石的强度与岩石的结构和构造有关。
1.岩石的结构指决定岩石组织的各种特征的总合。
如岩石中矿物颗粒的结晶程度、颗粒大小、颗粒形状、颗粒间的联结特征、孔隙情况，以及胶结物的胶结类型等。
岩石中矿物颗粒大小差异很大，在沉积岩中，有的颗粒小到用肉眼难以分辩〔如石灰岩、泥岩、粉砂岩中的细微颗粒〕，有的颗粒可大至几厘米〔如砾岩中的粗大砾石〕。
组成岩石的物质颗粒大小，决定着岩石的非均质性。
颗粒愈均匀，岩石的力学性质也愈均匀。
一般来说，组成岩石的物质颗粒愈小，则该岩石的强度愈大。
2.岩石的构造是指岩石中矿物颗粒集合体之间，以及与其它组成部分之间的排列方式和充填方式。
主要有以下几种构造：1.整体构造——岩石的颗粒互相紧密地紧贴在一起，没有固定的排列方向；2.多孔状构造——岩石颗粒间彼此相连并不严密，颗粒间有许多小空隙；3.层状构造——岩石颗粒间互相交替，表现出层次叠置现象〔层理〕。
岩石的构造特征对其力学性质有明显影响，如层理的存在常使岩石具有明显的各向异性。
在垂直于层理面的方向上，岩石承受拉力的性能很差，沿层理面的抗剪能力很弱。
第一章岩石的性质及其工程分级
3、解释岩石碎胀性的意义和表示方式。
4、三向压力作用下岩石的变形和强度特征有哪些?
5、解释岩石可钻性和可爆性。
6、岩石工程分级的目的和意义是什么?常用哪些表 示方法?
7、画出岩石在静荷载情况下单向受压应力—应变 关系示意图，并叙述其特性？
（5）岩石的膨胀性
是软岩石表现出来的特征，是指软岩石浸水后
体积增大和相应的引起压力增大的性质。
（6）岩石的崩解性
是指软岩浸水后发生的解体现象。
四、.岩石的碎胀性
岩石破碎以后的体积将比整体状态下 增大，这种性质成为岩石的碎胀性
用碎胀系数表示 K V1
V
V1—岩石破碎后处于松散状态下的体
一、岩石的变形特征
（一）静载荷作用下两个发展阶段
变形：岩石在外荷载作用下，首先是组成岩石的基本微粒之 间的相对位置的变形，可称为变形。
破坏：随着作用的荷载不断增大，或者荷载达到某一数值而 恒定保持下去，便会导致岩石的破坏。
外荷载的分类
静荷载：岩石本身周围的压力
按外荷载的作用性质{
表
二、岩石的孔隙性
岩石的孔隙性：是指岩石的裂隙和孔隙发育程度，通常用孔隙 度n和孔隙比e来表示。
岩石的孔隙度n：是指岩石试件内各种裂隙，孔隙的体积总和 与试件总体积之比。
岩石的孔隙比e：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和 与试件内固体矿物颗粒体积之比。
意义： 岩石的孔隙度增大 岩体本身整体性下降 强度降低 透水性增大 由于存在着孔隙 加快岩石的风化速度，从而又增大 了岩石的透水性
（四）、动荷载下岩石的变形特征
无论是冲击式凿岩机凿碎还是爆破破碎岩石，岩石承 受的外力都不是静荷载而是一种冲击荷载。
第3讲第一章第一节岩体的特征(二)
〔二〕岩体结构特征1．结构体特征结构面可将岩体切割成不同形状和大小的结构体。
根据其外形特征可大致归纳为柱状、块状、板状、楔形、菱形和锥形等六种根本形态。
当岩体发生强烈变形破碎时，也可形成片状、碎块状、鳞片状等结构体。
结构体的形状与岩层产状之间有一定的关系，如平缓产状的层状岩体中，常将岩体切割成方块体、三角形柱体等。
在陡立的岩层地区，往往形成块体、锥形体和各种柱体。
2．岩体结构类型二、岩体的力学特性【2022】5.建筑物结构设计对岩石地基主要关心的是〔〕A．岩体的弹性模量B．岩体的结构C．岩石的抗拉强度D．岩石的抗剪强度答案：A分析：就大多数岩体而言，一般建筑物的荷载远达不到岩体的极限强度值。
因此，设计人员所关心的主要是岩体的变形特性。
岩体变形参数是由变形模量或弹性模量来反映的。
由于岩体中发育有各种结构面，所以岩体的弹塑性变形较岩石更为显著。
【2022】4结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是〔D〕。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【2022】5工程岩体沿某一结构面产生整体滑动时，其岩体强度完全受控于〔A〕。
A.结构面强度B.节理的密集性C.母岩的岩性D.层间错动幅度二、岩体的工程地质性质(一)岩石的工程地质性质1、岩石的物理力学性质【2022】2关于地基岩石软化性的说法，正确的选项是〔C 〕。
A.软化系数>0.25，工程性质良好B.软化系数<0.25，工程性质良好C.软化系数<0.75工程性质良好D.软化系数>0.75工程性质良好(2)岩石主要力学性质2．岩石的分级鉴于土和岩石的物理力学性质和开挖施工的难度，由松软至坚实共分为16级，分别以I-XⅥ表示，其中I～Ⅳ的4级为土，V～XⅥ的12级为岩石。
土分为一、二、三、四类，岩石分为松石、次坚石、普坚石、特坚石四类。
课后习题答案_重庆大学_工程地质_试卷答案
思考题及答案第1章【1】工程地质问题包括哪几个方面？答：工程地质问题主要包括地质灾害问题，区域稳定性问题，地基沉降变形问题，地基、斜坡或洞室围岩的稳定性问题，渗漏问题等问题。
【2】工程地质学的定义。
答：工程地质学广义的讲是研究地质环境及其保护和利用的科学。
狭义的讲是将地质学的原理运用于解决与工程建设有关的地质问题的一门学科，是岩土工程的重要组成部分。
【3】工程地质学的研究对象是什么？答：工程地质学的研究对象是工程地质条件与人类的工程建筑活动的矛盾。
【4】工程地质条件有哪些？答：工程地质条件是与人类活动有关的各种地质要素的综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质结构与构造、水文地质条件、不良地质作用、以及天然建筑材料等六大方面，是一个综合概念。
【5】工程地质学的研究内容包括什么？答：工程地质学研究内容主要包括地球与地貌、岩石与岩体、岩体的地质构造、第四纪堆积物与土的工程性状、地表水与地下水性质、不良地质现象及防治对策和岩土工程地质勘察等内容。
【6】工程地质学的分析方法有哪些？答：工程地质学常用分析方法包括自然地质历史分析法，工程地质建模与计算，工程地质实验与现场试验，工程类比法。
上述4种方法往往是结合在一起的，综合应用才能事半功倍。
第2章[1] 地球的内圈和外圈各分为哪三圈？各圈层的性质如何？各有哪些特点？答：地球的外部层圈有大气圈、水圈和生物圈。
地球的内部层圈包括地壳、地幔和地核。
地壳是莫霍面以上的地球表层。
地壳厚度是变化的，地壳物质的密度一般为2.6-2.9g/cm3，其上部密度较小，向下密度增大。
地壳通常为固态岩石所组成，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩三大岩类。
地幔是位于莫霍面之下，古登堡面之上。
体积约占内圈总体积的80％，质量约占内圈总质量的67.8％，主要由固态物质组成。
地核是地球内部古登堡面至地心的部分，其体积占地球总体积的16.2％，质量却占地球总质量的31.3％，地核的密度达9.98-12.5 g/cm3。
岩体力学(1,2,4,5章)
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《岩土力学》
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式中： H , D —分别是浸水后岩石试件轴向、径向变 形量； H、D—分别是岩石试件试验前的高度、直径。 2．岩石的侧和风吹草动约束膨胀率（VHP） 与岩石自由膨胀率不同，计算式如下：
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§4 岩体力学在其他学科中的地位
一、地质学科在在岩体力学中的作用 岩体力学与工程地质学紧密联系。
§4 岩体力学在其他学科中的地位 一、地质学科在在岩体力学中的作用 岩体力学与工程地质学紧密联系。 二、力学学科在岩体力学中的作用 岩体力学学科中的一个分支，属固体力学范畴。
Rt P / A
试验关键：①岩石试件与夹具间必须有足够的粘结力或摩 擦力；②所施加的拉力必须与岩石试件同轴心。
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（二）抗弯法
t MC / I
式中 t — 由三点或四点抗弯试验所求得的最大拉应力 M—作用在试件截面上的最大弯矩 C—梁的边缘到中性轴的距离 I—梁截面在绕中性轴的惯性矩。 此法应用比直接法少些。 （三）劈裂法（巴西法） 试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为：
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2．岩石吸水率
Wd ( d ) / c (%)
（二）岩石的渗透性
dh q x k A (m 3 / s) dx
式中qx 沿x方向水流量 h 水头高度 A 垂直于x方向的截面面积 K 岩石的渗透系数(m/s) 四、岩石的抗风化指标 （一）软化系数()
工程地质学第1章 岩石及其工程地质性质PPT
• 岩石空隙中有水存在时，水一结冰，体积 膨胀，就产生巨大的膨胀力，使岩石的构 造和联结受到破坏，假设岩石经反复循环 冻融，那么会导致其强度降低。岩石抵抗 冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
• 一些常见岩石的物理性质的主要指标，见 表1.3。
• 〔1〕岩石的变形特性
应力-应变曲线
• 1.2 岩石的类型及其特征
• 〔1〕岩浆岩的矿物成分 • 〔2〕岩浆岩的构造与构造 • ①岩浆岩的构造 • 按结晶程度，岩浆岩的构造可分为： • a.全晶质构造〔crystalline〕 • b.非晶质构造〔glassy〕 • c.半晶质构造〔subcrystalline〕
• 按矿物颗粒大小，岩浆岩的构造可分为： • a．等粒构造〔equigranular〕
• 〔1〕变质岩的矿物成分 • 〔2〕变质岩的构造与构造 • ①变质岩的构造 • a.变晶构造〔crystalloblastic〕 • b.变余构造〔palimpsest〕 • ②变质岩的构造 • a.板状构造〔platy〕 • b.千枚状构造〔phyllitic〕 • c.片状构造〔schistose〕 • d.片麻状构造〔gneissic〕
• 可将岩石变形过程划分为4个阶段： • ①微裂隙压密阶段（图中的Oa段）
• ab段〕
• bc段〕
• c点以后〕
• 〔2〕岩石的强度
• 岩石抵抗外力破坏的能力，称为岩石的强 度〔strength〕。岩石的强度单位用Pa表示。 岩石的强度和应变形式有很大关系。岩石 受力作用破坏，有压碎、拉断和剪断等形 式，所以其强度可分为抗压强度、抗拉强 度和抗剪强度等。
• ①珍珠光泽 • ②丝绢光泽
• ③油脂光泽 • ④蜡状光泽 • ⑤土状光泽 • 〔4〕矿物的解理与断口 • 矿物受力后沿一定方向规那么裂开的性质称
第一章岩石性质
状的性质。
E
岩石的塑性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形 状和尺寸的性质。
1）蠕变：是指在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增 长的现象称蠕变。
2）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有 一部分变形立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经 过一定时间仍能完全恢复。这部分变形，不是塑性变形，这种 现象称为后效弹性变形。
岩石名称
煤
细砂岩
砂岩类
中砂岩 粗砂岩
粉砂岩
砾岩类
砂砾岩 砾岩
页岩类
砂质页岩 页岩
灰岩类
石灰岩
抗压强度 50～500 1060～1460 875～1360 580～1260 370～560 710～1240 820～960 490～920 190～400 540～1610
抗拉强度 20～50 56～180 61～143 55～119 14～25 29～99 41～120 40～121 28～55 79～141
软岩层
3.比较坚硬的块状岩层，Rb=40～60 MPa
围岩能维持一个月以上稳 定, 有时会产生局部岩块 掉落
砂岩、砂质页岩、粉砂 岩、石灰岩、硬质疑灰 岩
Ⅳ
稳定性较 差岩层
1.较软的完整岩层，Rb＜20 MPa 2.中硬的层状岩层
3.中硬的块状岩层，Rb=20～40 MPa
围岩的稳定时间仅有几天
页岩、泥岩、胶结不好 的砂岩、硬煤
岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大 的性质。两种状态下的体积比称为碎胀系数，用α来表示，按下式计算：
V" V0
——岩石的碎胀系数；
V″——岩石破碎膨胀后的堆积体积（m3）
岩体力学复习参考资料完整版
名词解释：红色，加粗，楷体。
简答的题：蓝色，宋体，加粗。
填空的题：粉色，黑体，加粗。
选择的题：绿色，行楷，加粗。
第 0 章绪论一、地质体： 是指由岩石组成的块体及在结垢面切割下具有一定的结构和构造、 占据地球 上一定空间的实体，称为地质体。
（名-1） 二、勘察专业所研究的岩体力学问题为： 与工程活动有关的地壳浅表层岩体变形及稳定性问题：岩石边坡、岩石地 基及硐室围岩等。
第 1 章 岩体地质与结构特征1.1 概述一、岩体 1、概念： 岩体是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。
是岩体力 学研究的对象。
（名-2） 2、岩体的组成由结构面网络及其所围限的岩石块体组成。
3、岩体的物理力学性质特征：非均匀、非连续、各向异性和多相性。
1.2 岩块及其特征一、概念：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。
（名-3） 二、物质组成： 岩石是由具有一定结构构造的矿物集合体组成， 因此岩块的力学性质主要取 决于岩块的矿物成分及其相对含量。
三、岩块的结构与构造： 岩块的结构是指岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情 况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。
四、风化程度： 1、岩块的风化程度可用定性指标和某些定量指标表述。
2、判断岩块风化程度的定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程度 及开挖锤击技术特征等。
3、判断岩块风化程度的定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
4、风化空隙率指标(Iw)是快速浸水后风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质 量之比。
5、波速指标： （1）风化岩块纵波速度 （2）波速比：风化岩块与新鲜岩块的纵波速度比值； （3）风化系数：风化岩块与新鲜岩块的饱和单轴抗压强度比值。
1.3结构面特征一、概念：结构面（Structural Plane） 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。
第一章 工程地质第一节 岩体的特征综合练习与答案
第一章工程地质第一节岩体的特征综合练习与答案一、单选题1、下列有关地震震源的说法错误的是（）。
A.地震波首先传达到震中B.体波分为横波.纵波和面波C.地震波通过地球内部介质传播的称为体波D.震源在地面上的垂直投影称为震中【参考答案】：B【试题解析】：本题考查的是地震震源。
体波分为横波和纵波，体波经过反射.折射而沿地面附近传播的波称为面波。
2、下列岩石中不属于沉积岩的是（）。
A.花岗岩B.泥岩C.石灰岩D.白云岩【参考答案】：A【试题解析】：本题考查的是岩石。
花岗岩属于岩浆岩。
根据沉积岩的组成成分.结构.构造和形成条件，可分为碎屑岩（如砾岩.砂岩.粉砂岩）.黏土岩（如泥岩.页岩〉.化学岩及生物化学岩类（如石灰岩.白云岩.泥灰岩等。
3、结构面结合力较差的工程地基岩体的工程特性是（）。
A.沿层面方向的抗剪强度高于垂直层面方向B.沿层面方向有错动比有软弱夹层的工程地质性质差C.结构面倾向坡外比倾向坡里的工程地质性质好D.沿层面方向的抗剪强度低于垂直层面方向【参考答案】：D【试题解析】：本题考查的是岩体结构特征。
层状结构，岩体中结构面一般风化微弱，结合力较弱，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高。
作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。
但当结构面结合力不强，有时又有层间错动面或软弱夹层存在，则其强度和变形特性均具各向异性特点，一般沿层面方向的抗剪强度明显低于垂直层面方向的，当有软弱结构面存在时更甚。
4、标准地震仪测得最大振幅为1m，则该次地震定为（）级。
A.5B.6C.7D.8【参考答案】：B【试题解析】：本题考查的是地震震级。
1m=1000000μm取其对数等于6，即为6级地震。
5、由于成分和结构的不同，每种矿物都有自己特有的性质，（）是鉴别矿物的主要依据。
A.化学性质B.光学性质C.物理性质D.力学性质【参考答案】：C【试题解析】：本题考查的是岩石。
由于成分和结构的不同，每种矿物都有自己特有的物理性质，如颜色、光泽、硬度等。
第一章岩石的性质及其工程分级
——从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质 遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介 质。
第四页，共75页
1.1概述
（4）弱面 ——层理、节理、断面及裂隙面与所研究岩体的岩块比较,具有 强度低、易变形的特点,称为弱面。
岩体与岩块的差异： 岩体的强度小，岩块的强度大； 岩块的各向同性与岩体的各向异性。
• 1.3.2 岩石强度理论 • 1.3.3 岩石的硬度 • 1.3.4 岩石的可钻性与可爆性
第二十二页，共75页
第二十三页，共75页
1.3.1 岩石的变形特征
• 1）岩石的弹性和塑性
•
岩石受力后既可能出现弹性变形，也可能出现塑性变形，
而且弹性变形和塑性变形往往同时出现。
•
岩石的弹性是指在力的作用下，岩石改变形状和体积，
第十一页，共75页
1.2.1 岩石的相对密度和密度
1）相对密度(曾称比重)
岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积 水的质量的比值。
计算公式为：
式中：
G d
VcW
d —岩石的相对密度(无量纲量);
G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g； VC—岩石固体实体积(不包括孔隙体积) ，cm3； ρW—水的密度，g／cm3。
岩石名称 胀碎系数K
表 1—2 几种岩石的碎胀系数
砂、砾石 1.05~1.2
砂质粘土 1.2~1.25
中硬岩石 1.3~1.5
坚硬岩石 1.5~2.5
第十九页，共75页
1.2.4 岩石的碎胀性
（3）影响碎胀系数大小的因素
岩石的物理性质、破碎后的块度大小及其排列状态。
（4）残余碎胀系数K' —岩石破碎后经过压实的总体积V1 '与原岩破碎前整体状态
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
岩体力学课后习题答案
一章：1.叙述岩体力学的定义.岩体力学主要是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，做出响应的一门力学分支。
2.何谓岩石何谓岩体岩石与岩体有何不同之处（1）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。
（2）岩体：一定工程范围内的自然地质体。
（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构面的综合体。
3.何谓岩体结构岩体结构的两大要素是什么（1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
（2）结构体和结构面。
4.岩体结构的六大类型块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。
5.岩体有哪些特征6.（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。
（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。
（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。
（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。
二章：1.岩石物理力学性质有哪些岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。
2.影响岩石强度特性的主要因素有哪些对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。
对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。
3.什么是岩石的应力应变全过程曲线所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。
4.简述岩石刚性实验机的工作原理：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。
AA′O2O1面积—峰点后，岩块产生微小位移所需的能。
ACO2O1面积——峰点后，刚体机释放的能量（贮存的能量）。
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岩体⼒学第⼀章绪论1、岩体⼒学：是⼀门⼒学分⽀，是研究岩⽯和岩体在各种不同受⼒状态下（周围物理环境，如⼒场、温度场和地下⽔等发⽣变化后）产⽣变形和破坏规律的学科。
结构⾯：具有极低的或没有抗拉强度的不连续⾯，包括⼀切地质分离⾯。
结构体：被结构⾯切割城的岩块结构体与结构⾯组成岩体的结构单元。
或岩体是由岩⽯块和各种各样的结构⾯共同组成的综合体。
岩体结构是指结构⾯的发育程度及其组合关系，或指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
第⼀章习题⼀、选择题1、岩⽯与岩体的关系是（）。
（A）岩⽯就是岩体（B）岩体是由岩⽯和结构⾯组成的（C）岩体代表的范围⼤于岩⽯（D）岩⽯是岩体的主要组成部分2、⼤部分岩体属于（）。
（A）均质连续材料（B）⾮均质材料（C）⾮连续材料（D）⾮均质、⾮连接、各向异性材料第⼆章习题选择题1、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。
（）（A）h/d较⼤，磨擦⼒很⼩（B）h/d较⼩，磨擦⼒很⼤（C）h/d的值和磨擦⼒的值都较⼤（D）h/d的值和磨擦⼒的值都较⼩2、岩⽯的弹性模量⼀般指（）。
（A）弹性变形曲线段的斜率（B）割线模量（C）切线模量（D）割线模量、切线模量及平均模量中的任⼀种3、岩⽯的割线模量计算时的应⼒⽔平为（）。
（A）(B) （C）(D）4、由于岩⽯的抗压强度远⼤于它的抗拉强度，所以岩⽯属于（）。
（A）脆性材料（B）延性材料（C）坚硬材料（D）脆性材料，但围压较⼤时，会呈现延性特征5、剪胀（或扩容）表⽰（）。
（A）岩⽯体积不断减少的现象（B）裂隙逐渐闭合的⼀种现象（C）裂隙逐渐涨开的⼀种现象（D）岩⽯的体积随压应⼒的增⼤逐渐增⼤的现象6、剪胀（或扩容）发⽣的原因是由于（）（A）岩⽯内部裂隙闭合引起的（B）压应⼒过⼤引起的（C）岩⽯的强度⼤⼩引起的（D）岩⽯内部裂隙逐渐张开的贯通引起的7、岩⽯的抗压强度随着围岩的增⼤（）。
岩石力学ppt课件
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。
第一章岩石和地质构造岩石
• 2.2.4解理、断口
• 矿物受打击后，沿一定方向裂开成光滑平面的性质，称为 解理，裂开的光滑平面称为解理面。如方解石、云母等。 不具方向性的解理面称为断口，如石英。
• 闪长玢岩：浅成侵入岩，灰色或灰绿色，成分与闪长石相似，斑状结 构，斑晶为斜长石或角闪石。岩石中常有绿泥石、高岭石和方解石等 次生矿物。
• 安山岩：为喷出岩灰色、紫色或灰紫色，斑状结构，斑晶为斜长石， 气孔或杏仁状构造。
• 基性岩类：辉长岩、辉绿岩、玄武岩。
• 辉长岩：是深成侵入岩，灰黑至黑色，全晶等粒结构，块 状构造。主要矿物成分为斜长石和辉石、其次为橄榄石、 角闪石和黑云母。
• 松散堆积物来源：地表岩石的风化物质、火山物质、宇宙 物质、有机物质等
沉积岩成因图解
母岩
火山物质 宇宙物质
碎屑物质
化学物质
风化
不容残余物质 搬运 沉积
有机物质
沉积物
沉淀作用
海水或湖水
物理和化学作用 Na-K-Ca-Mg-Si
改造 成岩 沉积岩
交代
• 3.2.1沉积岩的物质组成和分类
• 物质组成
• 正长斑岩：浅成侵入岩，斑状结构，斑晶主要为正长石，石基致密， 棕红色或浅红褐色。
• 粗面岩：为喷出岩，常成浅灰、浅褐黄或淡红褐色，斑状结构，斑晶 为正长石，石基为隐晶质，具细小孔，表面粗糙。
• 闪长岩：为深成侵入岩，灰白、深灰至黑灰色，主要矿物成分为斜长 石、角闪石，其次为黑云母和辉石。全晶等粒结构，块状构造。闪长 岩结构致密，强度高，具较强的韧性和抗风化能力。
矿物化学成分和物理性质在一定条件下是稳定的，当外界条 件改变时，矿物化学成分和物理性质就会发生改变，形成 新的次生矿物,这个过程称为风化作用。
《岩石力学》课件(完整版)
（m3/s）
dh
dx ——水头变化率； 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。
四、岩石的抗风化指标（3类）
(1)软化系数（表示抗风化能力的指标）
Rcc——干燥单轴抗压强度、 Rcd——饱和单轴抗压强度；
Rcc / Rcd
（ 1 ）越小，表示
1.频率越低，跨越裂隙宽度俞大，反之俞小
图3-7
2. 裂隙数目越多，则纵波速度愈小
3.岩体的风化程度愈高弹性波的速度亦小
4.夹层厚度愈大弹性波纵波速度愈
三、岩体波速与岩体的有效孔隙率n及吸水 率 W f 有关
一些岩浆岩，沉积 岩和变质岩的纵 波速度与有效孔 隙率n之间的关系 见图3－9所示。
静泊松比代替）求 Ed ，则
Vp
/ Vs
[
2(1
)
]
1 2
1 2
• 若 ＝0.25时，
• 经过各方面试验验证， 之间。
Vp /Vs ＝1.73
Vp /Vs 一般在1.6～1.7
三、岩体弹性波速得测定
（一）岩块声波传播速度室内测定
测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通 常用超声波，其频率为1000Hz－2MHz。（示波见图3－1）
表3－1表示了各类岩石的弹性波速与岩石种 类之间的关系。 图3－5从实例统计的角度，表示了各类岩 石的弹性波速及密度之间的关系。
VP 0.35 1.88
二、岩体波速与岩体中裂隙或夹层的关系
弹性波在岩体中传播时，遇到裂隙，则视
充填物而异。若裂隙中充填物为空气，则弹 性波不能通过，而是绕过裂隙断点传播。在 裂隙充水的情况下，声能有5％可以通过， 若充填物为其他液体或固体物质，则弹性波 可部分或完全通过。弹性波跨越裂隙宽度的 能力与弹性波的频率和振幅有关.
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岩块强度：
1）硅质胶结＞铁质、钙质胶结＞泥质胶结
（抗水性最差）
2）基质胶结＞孔隙式胶结＞接触式胶结
岩块的结构与构造 1 0
（2）微结构面 指存在于矿物颗粒内部或颗粒间的弱面或缺 陷，包括矿物解理面、晶格缺陷、粒间空隙、 微裂隙、微层面及片理面、片麻理面等。
微结构面将大大降低岩石的强度。
试验证明（Hoek等）：若岩石存在缺陷，当 其受力（拉或压）时，在微结构面（微裂隙、 微孔隙等）末端，易形成应力集中，使裂隙可 能沿末端继续扩展，导致岩石在较小力的作用 下破坏。
（2）剪性结构面－－剪应力形成的，破裂面两侧岩体产 生相对滑移，如逆断层、平移断层以及多数正断层等
特点：连续性好，面较平直，延伸较长并有擦痕镜面 等现象发育
软弱结构面
• 按结构面内是否有充填物质进行分类 (1) 硬性结构面－－指没有充填物的结构面,如节理、
层理、片理、劈理、卸荷裂隙等 (2)软弱结构面－－结构面内有充填物的结构面，如
矿物成分及其相对含量对新鲜岩块力学性质的影1 响 0
（2） 粘土矿物（特殊的硅酸盐类矿物） 矿物：高岭石、水云母、蒙脱石三类，晶体呈薄片 状、或鳞片状，硬度小。常见岩石：泥岩、页岩等。
岩石物理力学特点：1）强度低，抗变形能力差； 2）极易风化。 （3）碳酸盐类矿物 矿物：方解石、白云石等。常见岩石：石灰岩、 白云岩、泥质灰岩、泥灰岩等。
若发生层间错动，软岩破碎，为地下水提供良好的通道，而 地下水的流动使破碎的岩石颗粒分散、含水量增大，岩石软 化成塑性状态（泥化），同时水还使其中的可溶性盐类溶解、 流失，其物理力学性质变得更差。
•特点: (1) 原岩结构变成泥质松散状结构或泥质定向结构；
（2）粘粒含量很高（大于30％）； （3）含水量接近或超过塑限，密度比原岩小； （4）具有膨胀性； （5）强度低，压缩性高； （6）抗冲刷能力差，易产生渗透变形。
波速指标－－指用风化岩块的纵波速度( vcp)、波 速比( kv )和风化系数( k f )等指标来评价岩
石（岩块）的风化程度。
风化岩块
vrp 新鲜岩块
cw 新鲜岩块
定量表示
岩块的风化程度 1 0
硬质岩石按波速指标的风化分级表
《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）
风化程度
vcp（m/s） kv
氧化物、卤化物、硫化物和自然元素
等。硅酸盐、碳酸盐和氧化物类矿物
是构成岩石最常见矿物，其常见矿物
如：石英、长石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、 角闪石、云母、绿泥石、蒙脱石、高岭石等。
岩块的物质1 组成
0
1. 岩石的矿物成分及其相对含量是决定新鲜岩块 力学性质的一个重要因素
• 岩块中硬度大的粒状、柱状矿物越多，其强
kf
全风化 强风化
500~1000 0.2~0.4 1000~2000 0.4~0.6 <0.4
中等风化(弱风 2000~4000
化)
微风化
4000~5000
未风化
>5000
0.6~0.8 0.8~0.9 0.9~1.0
0.4~0.8 0.8~0.9 0.9~1.0
三、结构面 －－层面、节理、断层、软弱夹层、裂1隙等 0 结构面对工程岩体的完整性、渗透性、物理力学性质及应力 传递等有显著的影响，是造成岩体非均质、非连续、各向异
断层破碎带、层间错动带、接触破碎带、 软弱夹层、泥化夹层等。 特点：与两盘岩体相比，软弱结构面压缩性高、
强度低、透水性好等特征。 工程意义：对岩体的变形、破坏和稳定性起控制
作用。其中，泥化夹层的性质最差。
软弱结构面－－泥化夹层
泥化夹层－－由含泥质的软弱夹层（粘土岩类）经一
系列的地质作用演化而成。如：硬岩夹软岩（粘土岩），
工程意义：多数为软弱结构面，影响或控制岩体 的稳定性。
软弱结构面－－软弱夹层
软弱夹层－－指在坚硬的层状岩层中夹有强度低、泥
质或炭质含量高、遇水易软化、延伸较广和厚度较 薄的软弱岩层。统计资料表明，软弱夹层自身的强
度和变形模量均为其相邻两坚硬岩层的1 5 1 50 。
• 一般软弱夹层的强度和变形参数:
(1) 摩擦系数
f <0.5
（2）饱和抗压强度Rb 10MPa •（易3形）成变软形弱模夹量层的E岩0 石1:000MPa
控制工程岩体变形、破坏和稳定性。
• Ⅱ级 指延伸几百m～几km，破碎带宽几十cm ～几m 的区域性地质界面（断层、层间错动、接触
破碎带、风化夹层等）。
工程意义：软弱结构面，控制工程区岩体变形、
破坏和稳定性，影响工程布局。
结构面的规模与分级
• Ⅲ级 指延伸几十m～几百m，宽几cm ～1m左右的 断层、区域性节理、层间错动、接触破碎带 、软弱夹层、风化夹层等。
泥岩、泥质粉砂岩、粉质砂泥岩、炭质细砂岩、
泥质、砂质、炭质等页岩、泥灰岩、
粉砂岩、泥质板岩、云母片岩等等。
软弱结构面－－软弱夹层
• 软弱夹层的类型：（据长江水利委员会） (1) 软岩夹层 如粘土岩等，易风化，浸水崩解、 膨胀或溶解，其变形和强度具有明显的时效性。 单轴抗压强度<15MPa,峰值摩擦系数0.40～0.60， 变形模量<2000MPa （2）碎块夹层 由80％以上粒径大于2mm的粗碎屑 组成，碎块表面有泥膜。 （3）碎屑夹层 碎屑夹层中粒径为0.5～2mm的细碎 屑约为30％，大于2mm的粗碎屑含量约为30％～ 50％，粘粒占10％～30％。 （4）泥化夹层 粘土类岩石经过一系列地质作用变 成结构松散、密度小、含水量大、粘粒含量高、 等于或大于塑限的土。
弱风化：表面和裂隙面大部分变色，端口中心部分较新鲜； 结构构造部分破坏，风化裂隙发育，有次生矿物，时夹少量 岩屑；裂隙面出现风化矿物或风化夹层，锤击声不够清脆。
强风化：大部分变色，岩块中心部分尚较新鲜；结构构造大部 分破坏，呈岩块岩屑时夹粘土；除石英外长石、云母等多风化 成次生矿物，时夹少量岩屑；锤击声哑，可用锹镐开挖。
－－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。包括：层面、 不整合面、节理、断层、片理面、劈理、软弱夹层、卸荷裂 隙和风化裂隙等。
显著结构面(能明显地将岩石切割开来的分界面)、不显著结构面(微 结构面)(包含在岩石块体内结合比较牢固的面如微层面、微裂隙等)
岩块的结构与构造 1 0
2. 岩块的构造
指矿物集合体之间及其与其他组分之间的排 列组合方式。
如：岩浆岩中的流线、流面构造，沉积岩中
的微层状构造，变质岩中的片状构造及其定
性构造等。
（三）岩石的风化程度
岩块的风化程度 1
0
风化作用 ==> 矿物组成和结构构造改变 ==> 岩石
物理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、
二、岩块 －－不含显著结构面的岩石块体
1
岩石是各种矿物的集合体，是地质作用的
0
产物。大部分新鲜岩块质地坚硬致密,孔
隙小而少,抗水性强,透水性弱,力学强度高
－－其物理力学特点主要由矿物组成和结
构构造等决定。
岩块的物理力学性质受物质组成、结 构构造与风化程度的影响
（一）岩块的物质组成
造岩矿物类型：含氧盐、氧化物、氢
岩块强度：等粒结构＞非等粒结构；细粒结构＞粗粒结构；
斑状结构中，细粒基质＞玻璃基质。
晶粒愈细，愈均匀，玻璃质愈少，则强度越高
相同成分的粗粒花岗岩C =120MPa 细粒花岗岩 C =250MPa
• 胶结连结 矿物颗粒通过胶结物连结在一起，
如沉积碎屑岩等
胶结物成分与胶结类型不同，岩块力学性质不同：
全风化：完全变色，常呈黄褐色、棕色、红色等；结构构造 彻底改变，有时保持原岩状态，除石英外，其余矿物大部分 风化成次生矿物，呈土状，手捻即碎；锤击声哑，锹镐可挖 动。
定量表示
岩块的风化程度 1 0
定量方法－－根据风化空隙率指标和波速指标来
判断。
风化空隙率指标(Iw)－－指将风化岩块快速浸水后, 风化岩块吸入水的质量与干燥岩块质量之比。
岩块的物质组成 岩石成因和类型对岩块力学性质的影1响
浅变质岩 千枚岩、板岩等含片状矿物 多，力学性质较差
• 变质岩：
与母岩类
型及变质 深变质岩 片麻岩、石英岩等含粒柱状
程度有关
矿物多，力学性质好
（二）岩块的结构与构造
结构与构造 1
0
1. 岩块的结构
指岩石内矿物颗粒的大小、形状和排列
方式、微结构面发育情况、粒间连结方
沪蓉西高速扁担垭隧道掌子面岩体
岩块、结构面、岩体
2. 岩块(Rock block) －－把不含显著结构面的岩石块 体称为岩块，它是构成岩体的最小岩石单元体 （intact rock, structural element ）。
3. 岩体(Rockmass)－－是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。
第一章 岩体的地质与结构特征
主要内容：
1、基本概念 岩块、结构面、岩体
2、岩块的物质组成、 结构特征及风化程度
3、结构面的成因类型、分级、特征、软弱结构面 4、岩体成因及其特征、岩体的结构特征
一、基本概念
岩块、结构面、岩体
岩石 (Rock) －－ 各种矿物的集合体。 1. 结构面 (Structural Plane、discontinuities)
式等在岩块构成上所表现出的特征。其
中，矿物颗粒间的连结和微结构面的发
育特征对岩块的力学性质影响很大。 （1）连结类型（结晶连结和胶结连结）
• 结晶连结 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、
部分沉积岩。原子或离子作用