岩石的基本物理力学质
岩石力学
岩石力学岩石的物理性质 一、 岩石的分类火成岩：侵入岩和喷出岩。
沉积岩：砂岩（95%的油气储量）、页岩（待开采，如页岩气、煤层气）、石灰岩。
变质岩：不含油气。
二、 岩石的强度主要取决于：组成其矿物的强度、连接结构形式、岩石的结构和整体构造、胶结物的成分和胶结方式 三、岩石的物理性质孔隙度、渗透率、可压缩性、导电性、传热性的总称。
1、 孔隙度：绝对孔隙度：φ = V 孔/V 岩总 孔隙度越高，岩石的力学性质越差。
有效孔隙度： φ有效 =V 连通/V 孔总。
2、 渗透性：在一定压力作用下，孔隙具有让流体（油、气、水）通过的性质。
其大小用渗透率来描述，反映了流体在岩石孔隙中流动的阻力的大小。
达西定律：A LhK Q ∆=φ...K Φ——反应岩石性质系数 含义：以粘度为1厘泊的流体完全饱和于岩石孔隙中，在1个大气压差的作用下，以层流的方式用过截面积为1cm 2,长度为1cm 的岩样时，其流量为1cm 3/s 。
则渗透率为1达西（D ）。
3、 岩石中的油、气、水饱和度。
…4、 岩石的粒度组成和比表面积：粒度组成的分析方法：筛分析法和沉降法。
通过粒度得孔隙度。
比表面积：单位体积岩石内颗粒的总表面积。
通过粒度组成估算比面。
孔隙度、粒度、比表三者之二求一岩石的力学性质岩石的类型、组成成分、结构构造、围压、温度、应变率、载荷等对其力学性质都有影响 一、 岩石变形性质的基本概念1、 弹性：… 基本弹性参数E 、υ。
2、 塑性3、 黏性：物体受力后，变形不能在瞬时完成，且应变率随应力的增加而增加的性质。
4、 脆性：受力后变形很小就发生破裂的性质。
（ε>5%就发生破裂的称为塑性材料,小于的称脆性材料）5、 延性：发生较大塑性变形，但不丧失其承载能力的性质。
岩石在常温，常压下，并不是理想的弹性或塑性材料，而是几种的复合体，如塑弹性、塑弹塑、弹塑蠕。
其本构关系略。
6、常温常压下岩石的典型应力-应变曲线：（重点）OA---塑性，应力增加快，但应变增加不多。
岩石的基本物理力学性质
岩石的基本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，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验方法参照标准：《工程岩体试验方法标准》（GB/T 50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，一般而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是连续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两大方面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
这种连结结晶颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，但随结构的不同而有一定的差异。
岩石力学第2章岩石的基本物理力学性质PPT课件
格里菲斯强度理论认为岩石的强度是由其内部微裂纹或弱面的能量释放率决定的。当这些 微裂纹或弱面受到外力作用时，它们会扩展并释放能量，当能量释放率达到一定值时，岩 石就会发生破裂。
岩石的破坏准则
最大应力准则
该准则认为当岩石受到的最大应力达到其单轴抗压强度时， 岩石就会发生破裂。该准则适用于脆性破坏和延性破坏。
表示岩石抵抗弹性变形的能力， 是衡量材料刚度的指标。
泊松比
表示岩石在单向受拉或受压时， 横向变形与纵向变形之比。
抗拉强度和抗压强度
抗拉强度
岩石在单向拉伸时所能承受的最大拉 应力。
抗压强度
岩石在单向压缩时所能承受的最大压 应力。
抗剪强度和摩擦角
抗剪强度
岩石在剪切力作用下所能承受的最大剪应力。
摩擦角
表示岩石在剪切力作用下，剪切面上的摩擦力与垂直剪切力之间的角度。
流变性质
蠕变
岩石在持续应力作用下发生的缓慢变形。
松弛
岩石在持续应变作用下，应力随时间逐渐减小的现象。
04
岩石的变形特性
弹性变形
02
01
03
弹性模量
表示岩石抵抗弹性变形的能力，是衡量岩石刚度的指 标。
泊松比
描述岩石横向变形的性质，与材料的弹性模量相关。
中区域形成并扩展导致的。
02
延性破坏
与脆性破坏不同，延性破坏是指岩石在受到外力作用时，会经历较大的
塑性变形，然后才发生破裂。这种破坏形式通常是由于岩石中的微裂纹
或弱面在应力作用下逐渐扩展和连接形成的。
03
疲劳破坏
疲劳破坏是指岩石在循环或反复加载过程中，由于应力水平的波动，导
致微裂纹的形成和扩展，最终导致岩石破裂。这种破坏形式通常发生在
岩土所考博复习资料岩石力学(个人总结)第二章 岩石的基本物理力学性质
第二章岩石的基本物理力学性质第一节概述第二节岩石的基本物理性质一岩石的密度指标1 岩石的密度:岩石试件的质量与试件的体积之比，即单位体积内岩石的质量。
（1）天然密度：是指岩石在自然条件下，单位体积的质量，即（2）饱和密度：是指岩石中的孔隙全部被水充填时单位体积的质量，即（3）干密度：是指岩石孔隙中液体全部被蒸发，试件中只有固体和气体的状态下，单位体积的质量，即（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。
2 岩石的颗粒密度：是指岩石固体物质的质量与固体的体积之比值。
公式二岩石的孔隙性1 岩石的孔隙比：是指岩石的孔隙体积与固体体积之比，公式2 岩石的孔隙率：是指岩石的孔隙体积与试件总体积的比值，以百分率表示，公式孔隙比和孔隙率的关系式：三岩体的水理性质1 岩石的含水性质（1）岩石的含水率：是指岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数，即（2）岩石的吸水率：是指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。
2 岩石的渗透性：是指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。
它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。
四岩体的抗风化指标1 软化系数：是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。
它是岩石抗风化能力的一个指标，反映了岩石遇水强度降低的一个参数：2 岩石耐崩解性：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。
岩石耐崩解性指数：是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指数。
它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。
3 岩石的膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。
（1）岩石的自由膨胀率：是指岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比值。
（2）岩石的侧向约束膨胀率：是将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得膨胀率。
（3）膨胀压力:岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。
五岩体的其他特性1 岩石的抗冻性:岩石抵抗冻融破坏的性能。
1.5岩石的工程地质性质
在风干状态下极限抗压强度的比。用小数表示。其值越小， 表明岩石在水作用下的强度和稳定性越差。
岩石的软化性决定于岩石的矿物成分、结构和构造特征。 岩浆岩和变质岩的软化系数大都接近于1.0；粘土矿物含量 高、孔隙度大、吸水率高的岩石，软化系数越小，如泥灰 岩和页岩。
降低岩石的强度。在工程中应当重视岩石中这些低强度 矿物含量的增长对岩石强度的降低作用。
但也不能简单地认为，含有高强度矿物的岩石，其强度一定就 高。因为岩石受力作用后，内部应力是通过矿物颗粒的直接接 触来传递的，如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力 的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示 出高的强度。
180~300
岩石名称 辉绿岩
抗压强度 （MPa）
200~350
岩石名称 页岩
抗压强度 （MPa）
10~100
100~250
玄武岩
150~300
砂岩
20~200
180~300
石英岩
150~350
砾岩
10~150
100~250 100~250 80~250
大理岩 片麻岩 灰岩
100~250 50~200 20~200
岩体 = 结构面 + 结构体
岩块的强度高，岩体的强度不一定高。
结构面的发育程度、性质、充填情况以 及连通程度等，对岩体的工程性质有很 大的影响。
29/35
1. 结构面
结构面：存在于岩体中的各种地质界面。
（1）结构面类型： 原生结构面：成岩时形成
沉积结构面：层面、层理、夹层等 火成结构面：原生节理、流纹面、接触面等等 变质结构面：片麻理、片理等等
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。
岩石的物理力学性质
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。
岩土的物理力学性质参数
岩土的物理力学性质指标岩土的物理力学性质指标应根据工程地质划分的扇形区及各区的边坡变形破坏特点，选 取与之有关的试样进行力学试验，测定岩石及软弱夹层物理力学性质指标。
岩石及软弱夹层的物理性质指标详见表 1 至表 7。
表 1 部分岩石的容重容重γ(g/cm 3 )变化范围 平均值—2.28 —2.52 2.3~2.6 2.50 2.08~2.65 2.36 2.51~2.72 2.65—2.64 —2.63容重γ(g/cm 3 ) 变化范围 2.25~2.80 —2.50~3.00 —2.49~2.63 2.72~2.99—岩石名称 花 岗 岩 响 岩 正 长 岩 流 纹 岩 流纹斑岩 闪 长 岩黑云母花岗闪长岩岩石名称 泥质砂岩 粘土质砂岩 页 岩 砂质页岩 粘土质页岩 泥质页岩 煤质页岩平均值 2.65 — 2.79 — 2.60 2.86 2.60辉 长 岩 2.55~3.09 3.00 粘 土 岩 2.24~2.60 2.50 橄 榄 岩 —— 砂质粘土岩 —2.56 石英斑岩 2.56~2.63 2.60 泥 灰 岩 2.32~2.65 2.50 斑 岩 2.60~2.89 2.67 石 灰 岩 2.68~2.84 2.73 粗 面 岩 2.30~2.77 2.58 贝壳灰岩 —— 安 山 岩 2.44~3.10 2.62 硅质灰岩 2.81~2.90 — 玢 岩 —— 白云质灰岩 — 2.80 蛇 纹 岩 2.50~2.80 2.65 泥质灰岩 —2.30 玄 武 岩 2.60~3.21 2.90 盐 岩 2.28~2.41 2.60 辉 绿 岩 2.53~3.12 2.94 白 垩 1.20~2.20 1.70 硅长斑岩 2.20~2.74 — 石 膏 —— 安山凝灰集块岩 —2.62 花岗片麻岩 2.30~3.20 2.8 凝灰角砾岩 2.20~2.90 — 片 麻 岩 2.59~3.00 2.78 火山凝灰岩 1.60~1.95 1.80 白 云 岩 2.10~2.90 2.55 凝 灰 岩 0.75~2.40 1.80 板 岩 2.60~2.90 2.75 凝灰质熔岩 —2.64 大 理 岩 2.69~2.87 2.78 砾 岩 1.90~2.80 2.35 云母片岩 2.54~2.97 2.73 砂 岩 2.45~2.72 2.60 绿泥石片岩 2.77~2.78 2.77 粗 砂 岩 — 2.57 粘土质片岩 —— 中 砂 岩 — 2.60 角闪石片岩 2.67~3.05 2.90 细 砂 岩 — 2.65 石 英 岩 2.30~2.70 2.50 粉 砂 岩 —2.59 千 枚 岩2.71~2.862.78石英砂岩2.61~2.702.65表 2 部分岩石的孔隙率与吸水率孔隙率 n (%)变化范围 0.04~2.80 1.10~3.40 0.25~3.00— 0.29~1.13 1.10~4.30 1.00~2.20 0.29~5.10 1.59~2.23 0.90~7.54 0.40~4.10 2.00~5.10岩石名称 花 岗 岩 流纹斑岩 闪 长 岩 正 长 岩 安 山 岩 玄 武 岩 辉 绿 岩 霏 细 岩 凝 灰 岩 火山角砾岩 安山凝灰集块岩砾 岩吸水率ω 1 (%) 0.10~1.70 0.14~1.65 0.18~1.000.48— 0.20~1.00 0.30~0.80 0.20~1.00 0.18~0.35 0.34~2.12 0.14~4.00 0.40~1.00平均值 0.95 2.00 1.25 2.540.70 2.30 1.70 2.20 1.80 3.20 2.10 3.20砂岩 1.04~9.30 5.04 0.14~4.10 砂岩(第三纪) 5.00~20.00 13.00 1.00~9.00 砂岩(白垩纪) 2.20~42.00 15.30 —砂岩(侏罗纪)7.20~37.70 17.10 —砂岩(三迭纪) 4.20~24.60 13.20 —砂岩新鲜的0.60~27.70 19.30 —风化的—21.11 —石英砂岩— 2.26 —石英砂岩新鲜的— 1.71 —风化的— 4.91 —页岩0.70~7.00 — 2.30~6.00 砂质页岩0.80~4.15 ——泥质页岩— 1.35 —煤质页岩— 1.03 —泥灰岩 1.00~52.00 18.00 1.00~5.00 石灰石0.53~27.00 12.00 0.20~6.40 石灰岩(第三纪) —20.00 —石灰岩(中生代) 1.20~26.50 11.65 —石灰岩(古生代) 0.80~27.00 12.00 —白垩 5.00~58.00 26.40 —石膏0.10~4.00 1.70 —硬石膏0.63~6.26 1.65 —片麻岩0.30~2.40 1.35 0.14~0.30 大理岩0.10~6.00 1.00 —白云岩0.30~25.00 7.70 —石英岩0.00~8.70 2.40 0.02~0.28 石英片岩 1.53~2.80 2.000.10~0.30角闪石片岩 — 2.96 0.11 云母片岩 — 0.79 0.08~0.42 绿泥石片岩 — 2.10 0.55~1.12 千 枚 岩 — 3.60 0.54~3.31 板 岩 0.29~3.76 1.30 0.70表 3 不同成因粘土的有关物理力学性质指标(一)表 4 不同成因粘土的有关物理力学性质指标(二)表 5 几种土的渗透系数表表 6 土的平均物理、力学性质指标(一)内聚力 C (× 105Pa) 内摩擦角φ 变形模量 Eo 容重γ(×天然含水量 孔隙比 e 塑限 W P土 类渗透系数 K (以 cm/s) ＜1.2×10-61.2×10-6 ~6.0×10-5 6.0×10-5 ~6.0×10-4 3.0×10-4 ~6.0×10-4 6.0×10-4 ~1.2×10-3渗透系数 K (以 cm/s) 1.2×10-3 ~6.0×10-3 6.0×10-3 ~2.4×10-2 2.4×10-2 ~6.0×10-2 6.0×10-2 ~1.8×10-1土 类 粘 土 亚 粘 土 轻亚粘土 黄 土 粉 砂土 细 中 粗 砾类 砂 砂 砂 砂土 类下蜀系粘性土 一般粘性土 新近沉积粘性土淤泥或游泥质 土 沿海内陆山区云贵红粘土容许承载力 R(× 105Pa)30＞8010＞45 8＞14 4＞10 5＞11 3＞8 10＞32压缩模量 E(× 105Pa) ＞150 40~150 20~75 10~50 20~50 10~60 50~160内聚力 C(× 105Pa) 0.4~1.0 0.1~0.5 0.1~0.2 0.05~0.15 0.3~0.8内摩擦角φ(°) 22~30 15~22 7~15 4~10 5~10土 类 下蜀系粘性土 一般粘性土 新近沉积粘性土淤泥或游泥质 土 沿海内陆山区云贵红粘土含水量 W (%)15~25 15~30 24~36 36~70 30~50液限 W L (%) 25~40 25~45 30~45 30~65 50~90液性指数 I L ＜0.8 0~1.0 0.25~1.2 ＞1.0 0~0.4塑性指数 I p10~18 5~20 6~48 10~25 ＞17孔隙比 e 0.6~0.90.55~1.0 0.7~1.2 1.0~2.0 1.0~1.9表 7 土的平均物理、力学性质指标(二)注： 1.平均比重取：砂为 2.65； 轻亚粘土为 2.70；亚粘土为 2.71；粘土 2.74。
岩石的基本物理力学性质
第一章 岩石的基本物理力学性质
主讲内容：
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
岩石的物理性质 岩石的强度性质 岩石的变形特征 岩石的流变特性 岩石的强度理论
第一节 岩石的基本物理性质
一、岩石的容重 二、岩石的比重 三、岩石的孔隙性 四、岩石的水理性质
含水性 吸水性 透水性 软化性 抗冻性 膨胀性 崩解性
破坏力的一部分用来克服与正应力无关的粘结力，
使材料颗粒间脱离联系；另一部分剪切破坏力用
来克服与正应力成正比的摩摩力，使面内错动而
最终破坏。
一、库伦准则：
数学表达式： c tan
参数 意义
f tan ——内摩擦系数
表示在破坏面上的正应力与剪应力的组合关系满足上式.
库仑准则的应用: 解决在压力（应力）作用下的破
第一节 岩石的基本物理性质
一、岩石的容重：
岩石单位体积（包括岩石内孔隙体积）的重量称为 岩石的容重，容重的表达式为：
W /V
岩石的容重取决于组成岩石的矿物成分、孔隙 发育程度及其含水量。岩石容重的大小，在一定程 度上反映出岩石力学性质的优劣。根据岩石的含水 状况，将容重分为天然容重、干容重、和饱和容重。
坏判推，不适应于拉破坏。
破坏判断2个方面：一个是判断材料在何种应力环
境下破坏，二是判断破坏面的方位角。当然，这种判 断是在材料特征常数[ f,(), c ]为已知的条件下去判断。
C tg c f
库仑准则 主要公式：
2c cos 1 1 sin c 2c cos 45 / 2
即有蠕变现象
力与应变速率一一对 应，受力瞬间不变形， 随时间流逝变形趋于
无限的特点
描述流变性质的三个基本元件
(3)粘性元件 本构方程 d
岩体力学第二章岩石的基本物理力学性质PPT课件
岩石的强度和破坏
强度
岩石抵抗外力破坏的能力， 通常分为抗压、抗拉和抗 剪强度。
破裂准则
描述岩石在不同应力状态 下从弹性到破坏的过渡规 律。
破裂模式
岩石破坏时的形态和方式， 如脆性、延性、剪切等。
04
岩石的物理力学性质与岩体力学应用
岩石的物理力学性质在岩体工程设计中的应用
岩石的物理性质在岩体工程设计中具有重要影响， 如密度、孔隙率、含水率等参数，决定了岩体的承 载能力和稳定性。
岩石的物理力学性质在岩体工程治理中的应用
在岩体工程治理中，需要根据岩石的 物理力学性质制定相应的治理方案。
在治理过程中，还需要根据岩石的变形和 破坏模式，采取相应的监测和预警措施， 以确保工程治理的有效性和安全性。
如对于软弱岩体，可以采用加固、注浆等措 施提高其承载能力和稳定性；对于破碎岩体 ，可以采用锚固、支撑等措施防止其崩塌和 滑移。
弹性波速
表示岩石中弹性波传播速度， 与岩石的密度和弹性模量等有 关。
岩石的塑性和流变
01
02
03
塑性
当应力超过岩石的屈服点 时，岩石会发生塑性变形， 不再完全恢复到原始状态。
流变
在长期应力作用下，岩石 的变形不仅与当前应力状 态有关，还与应力历史有 关。
蠕变
在恒定应力作用下，岩石 变形随时间逐渐增加的现 象。
岩体力学第二章岩石的基本物 理力学性质ppt课件
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• 引言 • 岩石的物理性质 • 岩石的力学性质 • 岩石的物理力学性质与岩体力学应
用 • 结论
01
引言
岩石的基本物理力学性质在岩体力学中的重要性
岩石的基本物理力学性质是岩体力学研究的基础，对于理解岩体 的变形、破坏和稳定性至关重要。
岩石物理力学性质-知识归纳整理
1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和蔼体相组成的多相体系。
理论以为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。
在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。
岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。
主要包括基本物理性质和水理性质。
岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。
岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表如今性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常经过岩石物理力学性质测试才干确定。
1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。
反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。
为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中举行现场试骀。
在选用岩样时应思量到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。
最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。
下面分述各种物理性质指标。
1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。
重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。
2、计算式密度：V M =ρ(g/cm 3，t/m 3)容重度：V MgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：γ=ρg。
上述各式中，M —岩石质量；W —岩石分量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上普通取10m/s 2。
密度与容重的种类：天然密度ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。
天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。
3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。
岩石的岩石的力学性质
岩石的1岩石的力学性质－岩石的变形岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。
岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变形。
随着荷载的不断增加，或在恒定载荷作用下，随时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。
岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。
▪ 1.5岩石变形性质的几个基本概念▪1）弹性(elasticity)：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。
▪弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型：▪线弹性体：应力－应变呈直线关系。
▪非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。
▪2）塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。
▪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。
▪在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。
▪理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线.▪3）黏性(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。
▪应变速率与时间有关，－>黏性与时间有关▪其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体），▪4）脆性(brittle):物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
▪5）延性(ductile):物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。
▪ 1.7岩石变形指标及其确定▪岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。
3）全应力－应变曲线的工程意义▪①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。
▪②预测岩爆。
▪若A>B，会产生岩爆▪若B>A，不会产生岩爆▪③预测蠕变破坏。
▪当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。
岩石物理力学性质和影响的主要因素
第二章 岩石物理力学性质-习题
16试论述岩石应力-应变曲线类型及成因，并画出相应的曲 线图。
类型I 直线型 弹性 应力与应变关系是一直线或 近似直线，直到试件发生突 然破坏为止。具有这种变形 性质的岩石有玄武石、石英 岩、白云岩以及极坚固的石 灰岩。由于塑性阶段不明显， 这些材料被称为弹性体。
第二章 岩石物理力学性质-习题
类型II 下凹型 弹塑性 应力较低时，应力-应变曲线近似于直线， 当应力增加到一定数值后，应力-应变曲线 向下弯曲，随着应力逐渐增加而曲线斜率 也就越变越小，直至破坏。具有这种变形 性质的岩石有较弱的石灰岩、泥岩以及凝 灰岩等，这些材料被称为弹-塑性体。
类型III 上凹型 塑弹性 在应力较低时，应力-应变曲线略向上弯 曲。当应力增加到一定数值后，应力-应 变曲线逐渐变为直线，直至发生破坏。具 有这种变形性质的代表岩石有砂岩、花岗 岩、片理平行于压力方向的片岩以及某些 辉绿岩等，这些材料被称为塑-弹性体。
4. 岩石受力后表现为何种形式的破坏下列那个因素没有关系( C ) A）岩石自身性质 （B）岩石赋存环境（C）最大主应力（D围压
第二章 岩石物理力学性质-习题
5. 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。（ B ）
第三章 岩体力学性质
了解 岩体结构分类依据和分类方案，各类岩体结构的地
质特征及对工程岩体结构分类；了解结构面类型及特 征，掌握结构面分级的依据，岩体质量评价及其分类。 重点掌握： 1、岩体结构的基本定义； 2、岩体的强度特征及强度测定； 3、岩体的变形特征； 4、岩体分类与质量评价方法。 5、结构面的剪切变形特征； 6、结构面的抗剪强度； 7、结构面的力学效应。 8、岩体的水力学性质
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
岩石的基本物理力学性质及其试验方法-知识归纳整理
第一讲 岩石的基本物理力学性质及其试验想法(之一) 一、内容提要：本讲主要讲述岩石的物理力学性能等指标及其试验想法，岩石的强度特性。
二、重点、难点：岩石的强度特性，对岩石的物理力学性能等指标及其试验想法作普通了解。
一、概述岩体力学是研究岩石和岩体力学性能的理论和应用的科学，是探讨岩石和岩体对其周 围物理环境(力场)的变化作出反应的一门力学分支。
所谓的岩石是指由矿物和岩屑在长期的地质作用下，按一定规律聚集而成的自然体。
由于成因的不同，岩石可分成火成岩、沉积岩、变质岩三大类。
岩体是指在一定工程范围内的自然地质体。
通常以为岩体是由岩石和结构面组成。
所谓的结构面是指没有或者具有极低抗拉强度的力学不延续面，它包括一切地质分离面。
这些地质分离面大到延伸几公里的断层，小到岩石矿物中的片理和解理等。
从结构面的力学来看，它往往是岩体中相对照较薄弱的环节。
所以，结构面的力学特性在一定的条件下将控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形。
【例题1】岩石按其成因可分为( )三大类。
A. 火成岩、沉积岩、变质岩 B. 花岗岩、砂页岩、片麻岩 C. 火成岩、深成岩、浅成岩 D. 坚硬岩、硬岩、软岩 答案：A 【例题2】片麻岩属于( )。
A. 火成岩 B. 沉积岩 C. 变质岩 答案：C【例题3】在一定的条件下控制岩体的力学特性，控制岩体的强度和变形的是( )。
A. 岩石的种类 B. 岩石的矿物组成 C. 结构面的力学特性 D. 岩石的体积大小 答案：C 二、岩石的基本物理力学性质及其试验想法 (一)岩石的质量指标与岩石的质量有关的指标是岩石的最基本的，也是在岩石工程中最常用的指标。
1 岩石的颗粒密度(原称为比重) 岩石的颗粒密度 是指岩石的固体物质的质量与其体积之比值。
岩石颗粒密度通常采用比重瓶法来求得。
其试验想法见相关的国家标准。
岩石颗粒密度可按下式计算2 岩石的块体密度岩石的块体密度是指单位体积岩块的质量。
岩石的基本物理力学性质及其试验方法2
第二讲岩石的基本物理力学性质及其试验方法(之二)一、内容提要：本讲主要讲述岩石的变形特性、强度理论二、重点、难点：岩石的应力-应变曲线分析及岩石的各种强度理论。
三、讲解内容：四、岩石的变形特性与岩石的强度特性一样，岩石的变形特性也是岩石的重要力学特性。
只有对岩石的变形特性的变化规律有了足够的了解，才能应用某些数学表达式描述岩石的变形特性，进而运用这些表达式计算岩石在外荷载作用下所产生的变形特性，并评价其稳定性。
在实际的工程中，经常遇到岩石在单轴和三轴压缩状态下的变形问题。
(一)岩石在单向压缩应力作用下的变形特性1. 岩石在普通试验机中进行单向压缩试验时的变形特性岩石的变形特性通常可从试验时所记录下来的应力-应变曲线中获得。
岩石的应力-应变曲线反映了各种不同应力水平下所对应的应变(变形)规律。
以下先介绍具有代表性的典型的应力-应变曲线。
1)典型的岩石应力-应变曲线分析图15-1-17例示了典型的应力-应变曲线。
根据应力-应变曲线的变化，可将其分成OA，AB，BC三个阶段。
三个阶段各自显示了不同的变形特性。
(1)OA阶段，通常被称为压密阶段。
其特征是应力-应变曲线呈上凹型，即应变随应力的增加而减少。
形成这一特性的主要原因是存在于岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合所致。
(2)AB阶段，也就是弹性阶段。
从图15-1-17可知，这一阶段的应力-应变曲线基本呈直线。
假设在这一阶段卸荷的话，其应变可以恢复，由此可称为弹性阶段。
这一阶段常用两个弹性常数来描述其变形特性。
即弹性模量E和泊松比。
所谓弹性模量，是指应力—应变曲线中呈直线阶段的应力与应变之比值(或者是该曲线在直线段的斜率)被称作平均模量。
就模量的概念而言，岩石的模量还有初始模量、切线模量、割线模量等。
在岩石力学中比较常用的是平均弹性模量E和割线模量E50，E50是指岩石峰值应力一半的应力、应变之比值，其实质代表了岩石的变形模量。
所谓泊松比，是指在弹性阶段中，岩石的横向应变与纵向应变比之值。
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❖ Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高 ❖ 吸 水 率 Wa ＜ 5 ％ 、 软 化 系 数 KR ＞ 0.75 ， 饱 水 系 数
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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 开型空隙
大开型空隙 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。
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
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2 、空隙比(积（V V)与 岩石试件内固体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
eVV VVs n Vs Vs 1n
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常见岩石的物理性质指标值
❖ 抗 冻 系 数 (Rd) ： 岩 石 试 件 经 反 复 冻 融 后 的 干 抗
压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，
用百分数表示
Rd
c2 c1
100%
❖ 质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差 (ms1 －ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示
Kmms1ms1ms2 10% 0
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。
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3、饱和密度（ρ ）和饱和重度(γw)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
w
Ww V
w wg
（g/cm3） (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。
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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。
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(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。
nVV 100% V
3.饱水系数
岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为 饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对 比例关系。
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几种岩石的吸水性指标值
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二、岩石的软化性
❖ 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性， ❖ 软 化 系 数 (KR) 为 岩 石 试 件 的 饱 和 抗 压 强 度 (σcw)
Wa
mw1 mw2
100%
nbV V Vb10% 0dW wa dW a
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2.饱和吸水率
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(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，即
Wp
mw2 ms
100%
n0V V V010% 0 dW wpdWp
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二、比重(Δ)
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：
Ws Vs w
式中：Δ——岩石的比重； Ws——干燥岩石的质量(g); Vs——岩石固体体积(cm3);
ΔW — 40C时水的密重。
实用文档 第三章 岩石的物理、水理性质
1.2 岩石的水理性质
定义：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： 1.吸水性 2.软化性 3.抗冻性 4.透水性
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一、岩石的吸水性
定义：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。
1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条 件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms) 之比，用百分数表示
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。
W （g/cm3），γ＝ρg(kN /m3)
V
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应 地，岩石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
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1、天然密度（ρ）和天然重度（γ）
指岩石在天然状态下的密度和重度。
W V
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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）
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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
(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 V
100%
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(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。
WUST
岩体力学之
岩石的基本物理力学性质
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基本内容
1
岩石的物理性质
2
岩石的强度特性
3
岩石的变形特性
4
岩石的强度理论
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1.1 岩石的物理性质
❖ 岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相 组成的。 ❖定义：物理性质是指岩石由于三相组成的相对 比例关系不同所表现的物理状态。
1、岩石的密度 2、岩石的空隙性
g
（g/cm3） (kN /m3)
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。
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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)
与干抗压强度(σc)的比值
KR
cw c
❖岩石中含有较多的亲水性和可溶性矿物，大开 空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。
❖ KR＞0.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好 ❖ KR＜0.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差
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常见岩石的物理性质指标值
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三、岩石的抗冻性
❖ 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。