第2章岩石力学性质与分级
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岩石力学重点提示
第一章绪论岩石和岩体都是岩体力学的直接研究对象。
但在岩体力学中，这是两个既有联系又有区别的两个基本概念。
所谓岩石就是由矿物或岩屑在地质作用下按一定的规律聚集而形成的自然物体；所谓岩体则是指在一定的地质条件下，含有诸如节理、裂隙、层理和断层等地质结构面的复杂地质体。
岩石就是指岩块，在一般情况下，不含有地质结构面。
因此，岩石和岩体的力学性质也是不同的，前者可在实验室条件下进行试验，而后者一般在野外现场的实验场地完成实验。
从实验的精确度来看，后者更接近岩体的实际情况，反映了岩体的实际强度，前者则相差甚远。
第二章岩石的基本物理力学性质（一）岩石的基本物理性质这部分内容比较直观、容易掌握，但要注意各性质指标的定义和归类，避免引起混淆。
为便于记忆，列出基本物理力学性质的归类树，读者应将对应的公式（或注释）填充。
岩浆岩１．岩石（按地质成因）沉积岩变质岩２．岩体＝岩石（或岩块）＋结构面（二）岩石的强度特性1．强度试验基本内容单向抗压强度试验 抗剪强度2． 单向抗压强度试验（1）试件：直径D ＝50mm ±0.3mm ；高H=(2～2.5)D ±0.3mm ；两端法线与试件轴线偏差不大于025.0；端面不平整度不大于0.5mm 。
（2）单向抗压强度 AP=σ P －岩石试件无侧限条件下的破坏载荷 A －试件承载面积（3）试件破坏形态圆柱单向压缩有两种可能的破坏形态：圆锥形破坏和圆柱形劈裂破坏（见图２-1）（a ）圆锥形破坏 （b ）柱状劈裂破坏 图２-1 单轴压缩破坏形态破坏原因：①圆锥形破坏形状是由于试件两端与试验机承压板之间摩擦力增大造成的。
②柱状劈裂破坏，如图２-1b 所示。
若采用有效方法消除岩石试件两端面的摩擦力，则试件的破坏形态成为柱状劈裂破坏。
（4）试件单向抗压强度的主要影响因素①试验机铁板的刚度；②试件的形状；③试件的尺寸；③试件的高径比；④加载速度 3. 单向抗拉强度试验 （1）直接拉伸法对岩石试件直接施加拉力至破坏，抗拉强度为AP t =σ 式中：P －试件破坏时承受的最大压力；A －与拉力垂直的横截面积。
隧道工程第二章-围岩分级
可采用定性划分和定量指标两种方法确定。
隧道工程
36
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素 1 岩石坚硬程度 将岩浆岩、沉积岩和变质岩三大岩类按岩性、 物理力学参数、耐风化能力划分为硬质岩和软质 岩两大类。然后根据单轴饱和极限抗压强度再分 为5级，即极硬岩、硬质岩、较软岩、软岩、极 软岩。
隧道工程
16
岩体的基本工程性质
（三）力学性质
试件尺寸(cm):15×15×30
3 裂隙岩体的强度性质 试件强度(MPa):32.8~34.6
表中数值为试件的强度 与岩石试件强度的比值
结构面强度：c=0.11MPa;φ=38
隧道工程
17
围岩分级概述
围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分 布范围内的岩体，或指隧道开挖后对其稳定性产 生影响的那部分岩体（这里所指的岩体是土体与 岩体的总称）。 依据各种围岩的物理性质之间存在的内在联
隧道工程
26
围岩的分级方法
（二）以岩石强度或岩石的物性指标为代表 的分级方法 1 以岩石强度为基础的分级方法
该方法单纯以岩石的强度为分级依据。该方法认
为：坑道开挖后，它的稳定性主要取决于岩石的
强度。岩石愈坚硬，坑道愈稳定；反之岩石愈松
软，坑道的稳定性就愈差。该法不全面！
隧道工程
27
围岩的分级方法
节理较发育、节理发育、节理很发育4级。 按照岩体风化程度的不同将围岩分为：风化轻 微、较重、严重、极严重4级。
隧道工程
40
我国铁路隧道围岩分级方法
（一）围岩分级的基本因素
围岩完整程度
指标1：结构面发育程度 指标2：地质构造影响程度 由此两指标，将岩体完整程度分为5个级别，见下表：
岩石的力学性质及分级
采矿学教学课件
——金属矿床露天开采
露天开采
• 绪论 • 矿床品位与储量计算 • 岩石的力学性质及分级 • 最终开采境界的确定 • 露天开采程序 • 露天矿生产计划 • 露天矿床开拓 • 露天开采的生产工序 • 矿山技术经济Leabharlann 第二章岩石的力学性质及分级
• 岩石的力学性质 • 岩石的工业分级
2.1 岩石的力学性质
• 强度 • 弹性、塑性和脆性 • 硬度 • 磨蚀性
2.2 岩石的工业分级
• 岩石的坚固性分级：普氏分级，坚固性
系数；
• 岩石的可钻性分级：凿碎比功，钎刃磨
钝宽度；
• 岩石的稳定性分级：以岩石的点载荷强
度、弹性波速度、巷道围岩位移的稳定 时间、岩体结构指标等四项指标为岩石 稳定性分级的判据，采用聚类分析原理 对围岩的稳定性进行动态分级。
——金属矿床露天开采
露天开采
• 绪论 • 矿床品位与储量计算 • 岩石的力学性质及分级 • 最终开采境界的确定 • 露天开采程序 • 露天矿生产计划 • 露天矿床开拓 • 露天开采的生产工序 • 矿山技术经济Leabharlann 第二章岩石的力学性质及分级
• 岩石的力学性质 • 岩石的工业分级
2.1 岩石的力学性质
• 强度 • 弹性、塑性和脆性 • 硬度 • 磨蚀性
2.2 岩石的工业分级
• 岩石的坚固性分级：普氏分级，坚固性
系数；
• 岩石的可钻性分级：凿碎比功，钎刃磨
钝宽度；
• 岩石的稳定性分级：以岩石的点载荷强
度、弹性波速度、巷道围岩位移的稳定 时间、岩体结构指标等四项指标为岩石 稳定性分级的判据，采用聚类分析原理 对围岩的稳定性进行动态分级。
岩土工程分类与分级
• 空隙率( porosity)：岩石中空隙的体积与岩石总体积的比值。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
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岩土工程分类与分级
水理性质
•吸水率：常压条件下，岩石吸入水分的质量与干 燥岩石质量之比。
•饱水率：高压或真空条件下，岩石吸入水分的质 量与干燥岩石质量之比。
•饱水系数：岩石的吸水率与饱水率的比值。其值 越大，岩石的抗冻性越差。
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岩土工程分类与分级
变质岩 • 工程性质与其原岩密切相关。
• 动力变质岩的力学强度和抗水性均较差。 • 片理构造使岩石具有各向异性特征。
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岩土工程分类与分级
•二、 岩体及岩体结构
岩石（Rock）: 具一定结构构造的矿物集合体。
岩体（Rock mass）：
包含各种结构面的地质体。岩体的工程性质 首先取决于结构面的性质,其次才是组成岩体的 岩石性质。
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岩土工程分类与分级
力学性质
• 强度指标： 抗压强度(compressive strength)： 岩石单向受压时抵抗破坏的能力。 抗拉强度(tensile strength)：
• 岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。 抗剪强度(shear strength)：
• 岩石抵抗剪切破坏的能力。
•强度特性
•最主要是抗剪强度
•c
m
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•
图 7—12 岩体抗剪强度包络线
•1－结构面强度线；2－岩块强度线；3－岩体强度包络线变化范围 岩土工程分类与分级
•四、岩石和岩体的工程分类
1、分类的目的
（1）为岩石工程建设的勘察、设计、施工和编 制定额提供必要的基本依据。 （2）便于施工方法的总结,交流,推广。 （3）为便于行业内技术改革和管理。
第讲-岩体结构与结构面性质
§2-2 岩体结构面的几何与力学性质
一、结构面的几何性质
1、产状
结构面产状三要素：走向、倾向、倾角； 与主应力之间的关系：控制岩体的破坏机理与强度。
2、分布密度
结构面的分步密度反映结构面发育的密集程度，以裂隙度和切 割度表示。 ①裂隙度K ：沿取样线方向单位长度上的结构面数量。 设取样线长度为L,单位m,该长度内出现的结构面数量n，沿取 样线方向结构面平均间距为d′，则
延伸十米~数十米，无破碎 带，面内不含泥，仅在一个 地质年代的地层中分布
延展数厘米~数米，未错动，有 的呈弱结合状态，统计结构面
微米~毫米，细小或隐微裂 面，统计结构面
区域性深大断裂
影响区域稳定性；如通过 工程区，形成岩体力学作 用边界
大中型断层、不整合 面、层间错动带、软 弱夹层等
小断层、软弱夹层、 层间错动带等
（2）力学成因类型
剪性结构面是剪应力 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。
张性结构面是由拉应力形成 的，如粘土岩失水收缩节理、 岩浆岩中的冷凝节理等。
逆断层 正断层
平移断层
2、分级
级序
分级依据
地质类型
对岩体稳定影响
Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级
延伸数公里以上（最长达上 千公里），破碎带宽度数米 ~数十米 延伸数百米~数公里，破碎 带宽度几厘米~几米
1、法向变形与法向刚度
（1）法向变形特征 ①曲线形状，先凹，后陡；归结为接触 微凸体的弹性变形、压碎、间接拉裂隙 产生、新的接触点和面的增加。 ②初始阶段，结构面变形为主， 当σn=σc / 3时结构面变形基本完成 ③最大闭合量小于张开度。 ④卸除荷载后，有明显的迟滞和非弹性 效应。
岩石的物理性质及分类
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
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，
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，
习题答案(岩体力学)
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质214解2由题意正应力剪应力抗剪强度岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质例题example某洞室轴线走向为南北向其中某工程段岩体实测弹性纵波波速为3800ms主要软弱结构面产状为
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
2-14解
（1）由题意
c
2c cos 28.0MPa 1 sin
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
例题：图示的岩石边坡坡高12m，坡面AB坡率为1:0.5，坡顶 BC水平，岩体重度γ=23kN/m3。已查出坡体内软弱夹层形成 的滑面AC的倾角为β=42度，测得滑面材料保水时的内摩擦 角φ=18度。问边坡的滑动安全系数为1.0时，滑面的粘结力 为多少？
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
【解答】 （1）计算岩体的完整性指数， K
v
2 V pm 3800 0.71 V 4500 pr
2
（2） 90 K v 30 90 0.71 30 93.9 Rc 72
1 2 2 W zW 5Z w 2
[ H 2 sin(i ) Z 2 sin i cos ] W 109951.6kN 2sin i sin
cos 200 050 0.47
ZW 20.3
45
2
60
30
c 28.0 (1 sin 30) 8.08 2 cos 30
（2）由题意 1 28.0MPa, 3 0 正应力 剪应力 （3）由题意 （4）
1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 ( 1 3 )sin 2 28.0 0.886 12.12 MPa 2 2
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
2-14解
（1）由题意
c
2c cos 28.0MPa 1 sin
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
例题：图示的岩石边坡坡高12m，坡面AB坡率为1:0.5，坡顶 BC水平，岩体重度γ=23kN/m3。已查出坡体内软弱夹层形成 的滑面AC的倾角为β=42度，测得滑面材料保水时的内摩擦 角φ=18度。问边坡的滑动安全系数为1.0时，滑面的粘结力 为多少？
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
岩体力学—第二章 岩石的基本物理力学性质
【解答】 （1）计算岩体的完整性指数， K
v
2 V pm 3800 0.71 V 4500 pr
2
（2） 90 K v 30 90 0.71 30 93.9 Rc 72
1 2 2 W zW 5Z w 2
[ H 2 sin(i ) Z 2 sin i cos ] W 109951.6kN 2sin i sin
cos 200 050 0.47
ZW 20.3
45
2
60
30
c 28.0 (1 sin 30) 8.08 2 cos 30
（2）由题意 1 28.0MPa, 3 0 正应力 剪应力 （3）由题意 （4）
1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 ( 1 3 )sin 2 28.0 0.886 12.12 MPa 2 2
第2章岩石力学性质与分级
图2-1 岩石凿测器 1-钎头；2-承击台；3-插销；4-导向杆；5-落锤；
6-△形环；7-操作绳；8-导杆顶；9-转动把手
（1）凿碎比功 凿碎比功是指凿碎单位体积岩石所消耗的功，其值按下式计算：
A V
N A0 D2 H
480 39.2
(4.1)2 H
14252 H
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的 能力,是材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量， 往往是在单轴静载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲 击载荷，所以要强调在三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反 映岩石的爆破性，但全围压（三轴）试验难度较大。
表2-2是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的 动、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
岩石物理、化学性质及其分类
第一章
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
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
1.1岩石的性质及其分级
密度（g/cm）
2.6~2.7 2.8~3.0 2.85~3.0 2.71~2.85 2.5~2.6 2.58~2.69 2.2~2.4 2.3~2.7 2.9~3.0 2.6~2.7 2.65~2.9 1.6~2.1 1.5~1.7
容重（t/m3）
2.56~2.67 2.75~2.90 2.8~2.9 2.46~2.65 2.3~2.4 2.47~2.56 2.0~2.3 2.1~2.57 2.65~2.85 2.5 2.54~2.85 1.6~2.0 1.4~1.6
视频1
视频2
ρ不包括孔隙在内的岩石密度。
M
V
V0
γ包括孔隙在内的岩石单位体积重 量，也称岩石的体重。
G V
视频1 视频2
岩石的孔隙度、密度、容重主要影 响岩石的抛掷、堆积和装运。 一般来说，密度和容重越大，就越 难破碎，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1-1。
第1章 岩石的性质及其分级
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩石的分级
凿岩爆破的对象是岩石， 正确认识岩石的相关性质，并 在此基础上对岩石进行分级， 能为爆破设计、施工、制定生 产定额以及成本核算等提供依 据。
1
岩石的矿物成分和组织特性
1）矿物成分 三大类岩石(侵入岩、沉积岩、变质 岩)具有不同的矿物成分，含有方解石 CaCO3，长石K[AlSi3O6]，硅酸盐和氧化 物(SiO2)的岩石硬度高，如花岗岩、玄武 岩；含泥质矿物的岩石硬度低，如石炭 岩、泥页岩等。 硬度高低对凿岩效果有重要影响。
视频1 视频2
2）岩石的结构构造 结构 矿物晶粒的形状及晶粒之间的连结。 一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越 大，凿爆越难，沉积岩还与胶结成分有关； 硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不 同。
岩石的分类及性质
岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含
孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物
密度及其含量。
颗粒密度
s
ms Vs
固体部分质量 固体部分体积
(一) 岩石的密度
2. 岩石的块体密度
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（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度 （ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天 然密度。
《岩土工程勘察规范》分类
坚硬程 度
坚硬岩
较硬岩
较软岩
饱和单
轴抗压 强度，
>60
30-60 15-30
MPa
软岩 5-15
极软岩 <5
岩体的工程分类
岩石：是固态矿物或矿物的混合物，由一种或多 种矿物组成，具有一定结构、构造的集合体。
岩体：含有结构面的原生地质体，是由处于一定 地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的 集合体。特点：显著的不连续性。
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
(二) 岩石的孔隙特性
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。 孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于相对松 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10%-35%之间。
完整岩块的工程分类
编号 I
单轴饱和 类别 抗压强度
(MPa)
代表性岩石
中细粒花岗岩，花岗片麻岩，闪长岩， 硬质岩 > 80 辉绿岩，安山岩，流纹岩，石英砂岩，
硅质灰岩，硅质胶结砾岩
岩体力学第二章 岩块、结构面及岩体的地质特征
第二章 岩块和岩体的地质特征
二、岩块的结构、构造特征
胶结方式：是指胶结物与碎屑颗粒之间的联结 方式，胶结方式主要有： 基底式胶结－在岩石中胶结物的数量多，颗粒 与颗粒之间互不接触，颗粒散布在胶结物之中。 孔隙式胶结－当胶结物不多时，碎屑颗粒相互 接触，胶结物充填在颗粒之间的孔隙中。 接触式胶结－胶结物不多，只在颗粒之间的接 触处才有，颗粒之间的孔隙仍是空洞。
2 断续充填（不连续，厚度小于h）.结构面的力学性质与充 填物性质、壁岩性质及结构面的形态有关。 3 连续充填(连续,厚度大于h)结构面力学性质取决充填物性质。 4 厚层充填（充填物厚度远大于h）结构面的力学性质很差，主
要取决于充填物性质，岩体往往易于沿这种结构面滑移而失稳。
五 密度
•结构面的密度反映结构面发育的密集程度。 •1、线密度(Kd)是指结构面法线方向单位测线长 度上交切结构面的条数(条／m)。 •2、间距(d)则是指同一组结构面法线方向上两相 邻结构面的平均距离。 Kd与d互为倒数关系 •如果测线是水平布置的，且与结构面法线的夹角 为α ，结构面的倾角为β 时:
RQD 100e
0.1kd
(0.1k d 1)
岩体质量指标RQD：长度大于10cm的岩心
长度之和与钻孔总进尺的百分比。
长度大于 cm的岩心长度之和 10 RQD 100% 钻孔总进尺
第二章 岩块、结构面和岩体的地质特征
六 张开度
结构面的张开度是指结构面两壁面间的垂直距离。 结构面两壁面一般不是紧密接触，这就使结构面实际接触 面积减少，导致结构面粘聚力降低和渗透性增大。
Ⅲ级 指长度数十米至数百米的断层、区域性节理、延伸较好 的层面及层间错动等。控制工程岩体稳定
2-2岩石力学性质-强度性质
2.5 岩块强度
2.5.1 岩石的单轴抗压强度
所谓岩石的单轴抗压强度是指岩石在单轴压缩载 荷作用下，达到破坏前所能承受的最大压应力。 亦即岩石受轴向力作用破坏时单位面积上所承受 的荷载。即： P c （2-18）
c
式中：
A
c —单轴抗压强度；
P—只有轴向载荷时的破坏荷载； A—试件的截面面积。
图2-4 在刚性承压板之间压缩时岩石端面的应力分布 图2-5 粗面岩的抗压强度与h／d的关系
（4）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0.5～0.8MPa/s （5）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：180℃以下不明显：大于180℃，温度越高 强度越小。
由于试件端面与承压板之间的摩擦力，使试件端 面部分形成了约束作用，而这一作用随远离承压 板而减弱，使其表现为拉应力。 在无侧限的条件下，由于侧向的部分岩石可自由 地向外变形、剥离，最终形成圆锥形破坏的形态。 因此，在试验时一般要求在试件的端面与承压板 之间加润滑剂，以减少试验时的端部效应。
c
c
c d 0.788 0.22 h
（2-19）
由图2—5可见，当 试验结果
h / d 2.0 3.0
时， 曲线趋于稳定，
c
c
值不随
h/d
的变化而明显变化。
国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员 会制定的《岩石力学试验建议方法》中，建议岩
石单轴抗压强度试验试件的高径比为2.5～3.0。
（1）单轴抗压强度的试验方法 在岩石力学中，岩石的单轴抗压强度是研究 最早、最完善的特性之一。按中华人民共 和国岩石试验方法标准的要求，单轴抗压 强度的试验是在带有上、下块承压板的试 验机上进行，按一定的加载速度单向加压 直至试件破坏。
岩石的物理力学指标及其试验方法、强度特性、变形特性、强度理论、工程岩体分级标准
（一）掌握岩石的物理力学指标及其试验方法；了解岩石的强度特性、变形特性、强度理论；掌握工程岩体分级标准。
1.物理力学指标（物理性质指标）
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/m³）。
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。
密度：单位体积所具有的质量称为密度，公式ρ=m/V(kg/m3);单位体积所具有的重量称为容重，公式γ=G/V（N/m3)，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/m³）。
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。
单轴压缩试验试件要求：
端部效应是指试样受压时，两端部受其与试验机承压极间摩擦力的束缚、不能自由侧向膨胀而产生的对强度试验值的影响。
渗透系数
2.物理力学指标（变形性质指标）
弹性模量
变形模量
泊松
弹性模量：单位应变的应力。
3.物理力学指标（强度性质指标）
强度指标：抗压强度、抗剪强度、抗剪断强度、抗切强度、抗拉强度
三轴压缩试验：
岩石的强度特性、变形特性、强度
岩石三轴试验要求尽可能地使岩石处于三轴受力情况下
、。
工程爆破中的岩石力学性质与分级
石英斑岩 极致密硅质砂岩 致密花岗岩、坚固铁矿石 致密砂岩和石灰岩
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑 爆破材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测 定所获得的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并 进行岩石爆破性分级。
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑 爆破材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测 定所获得的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并 进行岩石爆破性分级。
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
N
ln
e67.22.K17.42 (1.01)(C)2.03
e K K 38.44V 1.89 4.75
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则 愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶结 成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组分和 结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固，较难爆 破，反之则易爆破。
岩石的力学性质与工程分级
普氏围岩分级表
坚固 性系 数f
20 15
级别
坚固性程度
岩石性质
Ⅰ Ⅱ
最坚固的岩石 很坚固的岩石
Ⅲ
Ⅲa Ⅳ
坚固的岩石
坚固的岩石
最坚固、最致密的石英岩及玄武岩。其它最坚 固的岩石 很坚固的花岗岩类：石英斑岩、很坚固的花岗 岩，硅质片岩；坚固程度较Ⅰ级岩石稍差的石 英岩；最坚固的砂岩及石灰岩 花岗岩（致密的）及花岗岩类岩石；很坚固的 砂岩及石灰岩；石英质矿脉，坚固的砾岩；很 坚固的铁矿石
注： •将每一种岩石划分到这种或那种等级时，不仅仅单独地按照其名称 ，而且必须按照岩石的物理状态，并根据它的坚固性与分级表中列 出的诸岩石进行比较。风化的、破碎的、打碎成个体的、经断层挤 压过的、接近于地表的岩石，一般说来，应当把它划分到比处于完 整状态的同种岩石稍低的等级中； •上述的岩石坚固性系数，可以认为是对所有各种不同方面岩石相对 坚固性的表征，它在采矿中的意义在于：手工开采时的采掘性；浅 眼以及深孔的凿眼性；应用炸药时的爆破性；在冒落时的稳定性； 作用于支架上的压力等等； •在分级表中指出的数值是对某一类岩石中所有岩石而言的（例如： 页岩类，石英岩类，石灰岩类等等），而不是对此类个别岩石而言 的；因而，在特定情况下确定f值时，必须十分慎重，并且这一f值 在不同的情况下是不一样的。
课题一 岩石的力学性质 一、岩石的变形特征 岩石在外荷载作用下，因应力增加会发 生相应的应变。当荷载增大到破坏值，或荷 载达到某一数值而恒定保持下去，均会导致 岩石破坏。变形和破坏是岩石在荷载作用下 的两个发展阶段。变形中包含着破坏的因素， 而破坏是变形发展所致。
（一）静载荷下岩石的变形特征
OA段，应力应变曲线呈上凹型，这是岩石中原 有裂隙和孔隙受压后逐渐闭合所致，称为裂隙 压密闭合阶段。 AB段，应力应变曲线呈直线型，即曲线的斜率 近似为常数，称为线弹性阶段。 BC段，应力应变曲线呈下凹型，曲线斜率逐渐 减小，此阶段内局部破损逐渐增大而导致岩石 达到强度极限C点，称为破裂发展阶段。 CD段，为应力应变曲线的软化阶段。
ch2岩石的力学性质与分级解析
爆性分级）；二是综合分级（如：坚固性分级）
2018/10/13
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11
第二节
一、岩石的坚固性分级
岩石的分级
岩石的坚固性分级是目前矿山应用最为广泛的一种分 级方法。 基础：岩石破碎的难易程度和岩体的稳定性这两个方 面趋于一致（也就是说，岩石难破碎的也较为稳定）。 由普罗特基雅柯诺夫建立。 普氏分级的指标：为坚固性系数f，当前常用的f值是 按岩石单向抗压强度来确定。 f ＝б C/ 100 б C --矿岩的极限抗压强度 Kpa 。 目前矿山应用最为广泛的分级方法之一：普氏分级 优点：分级简单；缺点：误差较大。
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8
第一节
十、含水性：
岩石的力学性质及特性
含水性：指矿岩吸收和保持水分的性能。 ※ 矿岩含水性对放矿、运输，箕斗提升及矿仓贮存和采 矿、巷道支护等带来困难。
十一：碎胀性：
碎胀性：指矿岩破碎后体积增大的性质。
※矿岩破碎后的体积与其原岩体积之比，称为碎胀系数 (或松散系数)。
※矿岩碎胀性对矿岩运输提升有影响。
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10
第二节
岩石的分级
采矿工程的一对基本矛盾：破碎岩石和防止岩体破坏。
原因：在凿岩、井巷掘进和开采过程中，一方面，我
们希望岩石容易破坏，以提高作业效率和降低能耗；
另一方面，又希望留在原地的岩石不易破坏，提高工 程成功率、降低支护成本，保障作业的安全。 岩石分级基本原则：一是按不同工程技术、工艺过程 的要求进行分级（有：可钻性分级、稳定性分级、可
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最难爆
很难 难
中上等 中等
中下等 பைடு நூலகம்爆
不用爆
苏氏分级
二号硝铵炸药
等级
单耗 q （kg/m3）
1
8.3
2
6.7
3
5.3
4
4.2
5
3.8
6
3.0
7
2.4
8
2.0
9
1.5
10
1.25
11
1.0
12
0.8
13
0.6
14
0.5
15
0.4
16
0.3
—
代表性岩石
致密微晶石英岩 极致密无氨化物石英岩 最致密石英岩和玄武岩 极致密安山岩和辉绿岩
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固， 则愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶 结成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组 分和结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固， 较难爆破，反之则易爆破。
石英斑岩 极致密硅质砂岩 致密花岗岩、坚固铁矿石 致密砂岩和石灰岩
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑爆破 材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测定所获得 的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并进行岩石爆破 性分级。
2.2.2 苏氏分级
苏氏分级是苏哈诺夫在30年代针对普氏分级而提出的岩石分级。他认 为:决定岩石坚固性的基础应当取决于在某一特定情况实际被应用的具体采掘 方法。他用崩落1m3岩石所消耗的炸药量（kg/m3）或单位炮眼长度(m/m3)来表 征岩石的爆破性，同时，规定了一系列的测试标准条件。根据单位炸药消耗 量和单位炮眼长度将岩石分为16级。如果需要的炸药单耗量多、单位炮眼长， 则岩石难爆;反之，则易爆。表2-3给出了普式分级和苏氏分级的指标对比。
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
岩石的裂隙性有的易于爆破破碎，有的则易于产生大块。风化作用 削弱了岩石的完整性和强度，使得风化严重的岩石易于凿岩和爆破破碎。
(21.)1岩.2石岩容石重的容重、孔隙度和碎胀性
单位体积岩石的重量，其体积包括岩石内部的孔隙，与岩石的质量不 同。
(2)岩石孔隙度
孔隙的体积(包括气相或液相体积)与岩石总体积之比，可用单位体积岩 石中孔隙所占的体积表示，也可用百分数表示。
K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρC)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
(3)岩石的碎胀性
岩体破碎后体积松散膨胀的性质；破碎后的岩石体积与破碎前的岩石体 积的比值称为碎胀系数。
2.1.3 岩石强度和弹塑性对岩石爆破的影响
根据外力作用和岩石变形特点的不同，岩石可能表现为塑性、弹性、粘 弹性、弹脆性和脆性等特征。
塑性大的岩石受外载作用超过其弹性极限后，产生塑性变形而未产生 有效破碎，能量消耗大，难于爆破；脆性、弹脆性岩石均易于爆破。
表2-3 普氏分级与苏氏分级(爆破性)的对比参考表
普氏分级 坚固性 等 坚固程度 系数 f 级
20 Ⅰ 最坚固
18
15 Ⅱ 很坚固
12
10
Ⅲ
坚固
8 Ⅲa
6
Ⅳ 相当坚固
5 Ⅳa
4 3
Ⅴ Ⅴa 中等
2 1.5
Ⅵ Ⅵa 相当软弱
1.0 0.8
Ⅶ Ⅶa
软弱
0.6 Ⅷ 土质
0.5 Ⅸ 松散
0.3 Ⅸ 流沙
爆破性
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的能力,是 材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量，往往是在单轴静 载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲击载荷，所以要强调在 三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反映岩石的爆破性，但全围压 （三轴）试验难度较大。
表2-2是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的 动、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
Nlne67.22.K17.42(1.01)( C)2.03
式中:V—岩石爆破漏斗体e积38，.44V m3K；21.89K34.75
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
影响岩石凿岩爆破性的主要因素: ①岩石本身的物理力学性质（见表2-1）。 岩石密度、孔隙性、碎胀性、弹性、岩石的坚固性、岩石的裂隙 性等。 ②炸药性质、钻头结构和凿岩爆破工艺等外在因素。 钻孔工艺、钻具特性、炸药类型、爆破参数等。
很难 难
中上等 中等
中下等 பைடு நூலகம்爆
不用爆
苏氏分级
二号硝铵炸药
等级
单耗 q （kg/m3）
1
8.3
2
6.7
3
5.3
4
4.2
5
3.8
6
3.0
7
2.4
8
2.0
9
1.5
10
1.25
11
1.0
12
0.8
13
0.6
14
0.5
15
0.4
16
0.3
—
代表性岩石
致密微晶石英岩 极致密无氨化物石英岩 最致密石英岩和玄武岩 极致密安山岩和辉绿岩
表2-1 几种典型岩石的物理力学特性
2.1.1岩石的结构构造
矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固， 则愈难于爆破破碎。
岩石中矿物的结晶程度，晶粒大小，晶体形状及其之间的组合关系， 结构决定了岩石内部的连接情况，直接影响岩石的物理力学性质。
一般矿物晶粒愈细，愈致密，强度越大，凿爆越难，沉积岩还与胶 结成分有关；硅质，泥质不同，硅质页岩与炭质页岩不同。变质岩的组 分和结构与变质程度有关，一般变质程度高、致密的变质岩比较坚固， 较难爆破，反之则易爆破。
石英斑岩 极致密硅质砂岩 致密花岗岩、坚固铁矿石 致密砂岩和石灰岩
砂岩 砂质页岩 不坚固的砂岩和石灰岩 页岩、致密泥质岩
软页岩 无烟煤 致密粘土、软质煤岩 浮石、凝灰岩
—
2.2.3 爆破漏斗等综合分级
东北大学在上世纪80年代提出的岩石爆破性分级的判据，是在考虑爆破 材料、参数、工艺等一定的条件下进行现场爆破漏斗试验和声波测定所获得 的，通过计算出岩石爆破性指数，综合评价岩石的爆破性，并进行岩石爆破 性分级。
2.2.2 苏氏分级
苏氏分级是苏哈诺夫在30年代针对普氏分级而提出的岩石分级。他认 为:决定岩石坚固性的基础应当取决于在某一特定情况实际被应用的具体采掘 方法。他用崩落1m3岩石所消耗的炸药量（kg/m3）或单位炮眼长度(m/m3)来表 征岩石的爆破性，同时，规定了一系列的测试标准条件。根据单位炸药消耗 量和单位炮眼长度将岩石分为16级。如果需要的炸药单耗量多、单位炮眼长， 则岩石难爆;反之，则易爆。表2-3给出了普式分级和苏氏分级的指标对比。
表2-2 几种岩石动、静载强度试验结果
2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级
岩石分级是按照岩石作业工艺，从量上分别对岩石进行分级，为设计、 生产、管理和研究部门提供科学依据。
2.2.1 普式岩石坚固性分级
早在1926年前，普氏提出了用岩石试块七项指标的平均值来表征岩石 的坚固性。发展到现在还有一个指标——岩石试块的静载极限抗压强度有意 义,但单位由原来的公斤米制变为牛米制，所以现在的普氏岩石坚固性分级 实质已经不是原来普氏的分级，而是岩石单轴抗压强度（牛米制单位）的换 算值，即普氏系数 f。根据 f值将岩石分为10级， f值大，则难钻岩、难爆 破、岩石稳定，反之， f值小，则易钻岩、易爆破、岩石不稳定。
岩石的裂隙性有的易于爆破破碎，有的则易于产生大块。风化作用 削弱了岩石的完整性和强度，使得风化严重的岩石易于凿岩和爆破破碎。
(21.)1岩.2石岩容石重的容重、孔隙度和碎胀性
单位体积岩石的重量，其体积包括岩石内部的孔隙，与岩石的质量不 同。
(2)岩石孔隙度
孔隙的体积(包括气相或液相体积)与岩石总体积之比，可用单位体积岩 石中孔隙所占的体积表示，也可用百分数表示。
K1—大块率（＞30 cm），% ； K2—平均合格率，%； K3—小块率（＜5 cm），% ； (ρC)—岩体波阻抗，KPa ； e—自然对数之底。
(3)岩石的碎胀性
岩体破碎后体积松散膨胀的性质；破碎后的岩石体积与破碎前的岩石体 积的比值称为碎胀系数。
2.1.3 岩石强度和弹塑性对岩石爆破的影响
根据外力作用和岩石变形特点的不同，岩石可能表现为塑性、弹性、粘 弹性、弹脆性和脆性等特征。
塑性大的岩石受外载作用超过其弹性极限后，产生塑性变形而未产生 有效破碎，能量消耗大，难于爆破；脆性、弹脆性岩石均易于爆破。
表2-3 普氏分级与苏氏分级(爆破性)的对比参考表
普氏分级 坚固性 等 坚固程度 系数 f 级
20 Ⅰ 最坚固
18
15 Ⅱ 很坚固
12
10
Ⅲ
坚固
8 Ⅲa
6
Ⅳ 相当坚固
5 Ⅳa
4 3
Ⅴ Ⅴa 中等
2 1.5
Ⅵ Ⅵa 相当软弱
1.0 0.8
Ⅶ Ⅶa
软弱
0.6 Ⅷ 土质
0.5 Ⅸ 松散
0.3 Ⅸ 流沙
爆破性
第2章 岩石力学性质与分级
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素 2.2 岩石凿岩爆破性的判据和分级 2.3 岩石的可钻性 2.4 可钻性与磨蚀性的关系
本章内容提要
岩石和矿岩是工程爆破的工作对象。要有效地开展工程爆 破工作，必须先了解岩石的基本性质，主要是与工程爆破有关 的物理性质和力学性质，同时 要掌握工程爆破中岩石性质的 表达方式—岩石的分级。
岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力而导致岩石破坏的能力,是 材料力学中用以表示材料抵抗上述三种简单应力的常量，往往是在单轴静 载作用下的测定指标。爆破时，岩石受的是瞬时冲击载荷，所以要强调在 三轴作用下的动态强度指标，才能真实地反映岩石的爆破性，但全围压 （三轴）试验难度较大。
表2-2是用雷管模拟爆破和用材料试验机加载试验所得的几种岩石的 动、静载强度。可见，动载强度比静载强度为大。
（1）测定方法
①爆破漏斗与块度的测定
②声测法
（2)岩石爆破性指数
根据爆破漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体波 阻抗的大量数据，运用数理统计的多元回归分析，通过计算机运 算，最终求得岩石爆破性指数 N
Nlne67.22.K17.42(1.01)( C)2.03
式中:V—岩石爆破漏斗体e积38，.44V m3K；21.89K34.75
2.1 影响岩石凿岩爆破性的因素
凿岩性岩石在钻孔中表现出的抵抗钻头等机械作用而破坏的性 质，爆破性则是指岩石在爆破作用下表现出的性质。
岩石自身物理力学性质在凿岩爆破工艺中的综合反映，影响着 整个凿岩爆破效率和效果，通常可以用岩石的单一物理力学指标来 表示。
影响岩石凿岩爆破性的主要因素: ①岩石本身的物理力学性质（见表2-1）。 岩石密度、孔隙性、碎胀性、弹性、岩石的坚固性、岩石的裂隙 性等。 ②炸药性质、钻头结构和凿岩爆破工艺等外在因素。 钻孔工艺、钻具特性、炸药类型、爆破参数等。