岩石的物理力学性质

(2)大开空隙率nb:即岩石试件内大开型空隙的体积（Vnb) 占试件总体积(V)的百分比。
nb Vnb 100% V
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（Vnl) 占试件总体积(V)的百分比。
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。
cf ） , 以
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度 σ c之比的百
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。
7.岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP 比原体积 V增大的性能称为岩石
的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。 永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时 的碎胀系数称为永久碎胀系数.
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
σ
cb与在干燥状态下的抗压强度σ c之比，即
cb c c
各类岩石的η c=0.45～0.9之间。 η η
c c
Байду номын сангаас
>0.75,岩石软化性弱、抗水、抗风化能力强； <0.75，岩石的工程地质性质较差。
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
反复加卸载对岩石变形的影响
围压对岩石变形的影响
三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
砂岩：孔隙较多，岩性较软， σ3增大，弹性模量变大。 辉长岩：致密坚硬， σ3增大，弹性模量几乎不变。
4、岩石变形特性参数的测定
二、岩石的水理性质
岩石遇水后会引起某些物理、化学和力学性质 的改变，岩石的这种性质称为岩石的水理性质。 1、岩石的吸水性
岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，其吸
水量的大小取决于岩石孔隙体积的大小及其密闭程 度。岩石的吸水性指标有吸水率、饱水率和饱水系 数。
（1）岩石吸水率(ω1)：
是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量 Wω 1与岩石干重量Ws之比。
d、弹塑性类岩石
Ee e
2）变形模量
E0
e p
1 1 1 E0 Ee E P
式中：Ee——弹性模量； Ep——塑性模量
3） 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。
μ=ε横/ε轴
c 2 c1 a 2 a1
5、岩石的强度特性
1、空隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为：
(1)总空隙率n
(2)大开空隙率nb (3)小开空隙率nl (4)总开空隙率n0 (5) 闭空隙率nc 一般提到岩石的空隙率时系指岩石的总空隙率。
(1)总空隙率n: 即岩石试件内空隙的体积（VV)占试件 总体积(V)的百分比。
VV n 100% V
线弹性变形 弹性变形 变形 塑性变形 非线弹性变形


s
o

o
理想弹性体

s
理想弹塑性体

o

o
d dt
线性硬化弹塑性体
理想粘性体
1、单向无侧限岩石抗压试验的应力应变关系 岩石抗压变形试验方法一般有单向逐级维持 荷载法、单向单循环荷载法和单向多循环荷 载法。
（1）0A段：微裂隙闭合阶段,微裂隙压密极限σ A。 （2）AB段：近似直线，弹性阶段，σ
第二章
第八节岩石的物理力学性质
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，也是岩石力学学科中研究最 早、最完善的内容之一。
一、岩石的物理性质
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
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
Ww w V
（g/cm3）
w w g
(kN /m3)
式中：WW——饱水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。
（二）岩石的比重（岩石相对密度）
岩石的比重就是指岩石固体的质量与同体积水的质 量之比值。岩石固体体积，就是指不包括孔隙体积 在内的体积。岩石的比重可在实验室进行测定，其 计算公式为：
Vn 0 n0 100% V
(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。
Vnc nc 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。
VV VV n e Vs V VV 1 n
式中：Ws为干燥岩石重量；γ d,γ w干燥岩石和水的重度。
（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
1 Ks 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。 吸水性较大的岩石吸水后往往会产生膨胀，给井巷 支护造成很大压力。
2、干密度（ρ d）和干重度(γ
d
)
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)
式中：W s为干燥岩石的重量；γ d,γ w分别为干燥岩石和水的重度。
（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Wω 2与岩石干重量Ws之比，
即：
W2 2 100% Ws
根据饱水率求得岩石的总开空隙率n0：
Vn 0 W s Vn 0 d 2 n0 V V Ws w
4、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。
岩石的膨胀性大小一般用膨胀力和膨胀率指标表示。 其测定方法是平衡加压法。 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。
1）弹性模量E的确定
是指单轴压缩条件下轴
向应压力与轴向应变之比 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
b
σ ～ε 曲线呈非线性关系
d 初始模量 : E 初＝ d
切线模量（直线段）：
是对应于曲线上某一点的切线的斜 率
0
a 2 a1 E 切＝ a 2 a1
概念： A 屈服：岩石受荷载作用后，随着荷载的增大，由弹 性状态过渡到塑性状态，这种过渡称为屈服。 B 破坏：把材料进入无限塑性增大时称为破坏。 C 岩石的强度：是指岩石抵抗破坏的能力。岩石在外 力作用下，当应力达到某一极限值时便发生破坏，这 个极限值就是岩石的强度。
G1 /(VC W )
Δ——岩石的比重；
VC—固体体积；
W ——水的比重
（三）岩石的空隙性
空隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。 空隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡 量指标为空隙率(n)或空隙比（e）。 闭型空隙 空隙
大开型空隙
开型空隙
小开型空隙 闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙。 开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。包括大开型空隙和 小开型空隙。 在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。 只有在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小开型空 隙。
三、岩石的主要力学性质
岩石的变形和强度特性 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。 粘性（流变性）：物体受力后变形不能在瞬间完成，且应变 速度（dε /dt）随应力大小而变化的性质。
m r W 2 W0 100% m d W1 W0
6、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，然后测量其抗压强度的下降值（ σ c-σ
分比代表抗冻系数Cf ，即
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。
试验过程：将经过烘干的试块 （ 500g, 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
2、岩石透水性
• 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。