1巖石物理力學(xué)性質(zhì)ppt課件

1、第一章第一章 巖石物理力學(xué)性質(zhì)巖石物理力學(xué)性質(zhì)1、巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類、巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類2、巖石的物理性質(zhì)、巖石的物理性質(zhì)3、巖石的力學(xué)性質(zhì)、巖石的力學(xué)性質(zhì)4、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素、影響巖石力學(xué)性質(zhì)的主要因素1.1 概概 述述 巖石是組成地殼的自然物體，是經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用而巖石是組成地殼的自然物體，是經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用而形成的礦物集合體，在陸地和海洋廣泛分布。形成的礦物集合體，在陸地和海洋廣泛分布。 巖石按成因有三大類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。巖石按成因有三大類：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。 巖石的種類不同，其物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，加巖石的種類不同，其物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，加之不同時(shí)期、不

2、同強(qiáng)度的構(gòu)造作用，也就決定巖之不同時(shí)期、不同強(qiáng)度的構(gòu)造作用，也就決定巖石力學(xué)問(wèn)題復(fù)雜多變。石力學(xué)問(wèn)題復(fù)雜多變。1.2 巖石的基本構(gòu)成和地質(zhì)分類 巖石是自然界中各種礦物的集合體，是天然地質(zhì)巖石是自然界中各種礦物的集合體，是天然地質(zhì)作用的產(chǎn)物。作用的產(chǎn)物。 巖石是構(gòu)成巖體的基本單元。巖石是構(gòu)成巖體的基本單元。1.2.1 巖石的基本構(gòu)成 巖石的基本構(gòu)成是由組成巖石的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)兩方面決定。 組成巖石的礦物稱為造巖礦物。礦物是地殼中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和形態(tài)。 主要造巖礦物：最主要的造巖礦物只有30多種，如石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、云母、方解石、高嶺石、綠泥石、

3、石膏、赤鐵礦、黃鐵礦等。 按照生成條件劃分，礦物可分為：按照生成條件劃分，礦物可分為： 原生礦物原生礦物由巖漿巖冷凝生成，如石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、由巖漿巖冷凝生成，如石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、云母等；云母等； 次生礦物次生礦物由原生礦物經(jīng)風(fēng)化作用直接生成，如由長(zhǎng)石風(fēng)化而成由原生礦物經(jīng)風(fēng)化作用直接生成，如由長(zhǎng)石風(fēng)化而成的高嶺石、由輝石或角閃石風(fēng)化而成的綠泥石等，或的高嶺石、由輝石或角閃石風(fēng)化而成的綠泥石等，或在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。在水溶液中析出生成，如石膏、方解石。 礦物的外表形態(tài)：礦物的外表形態(tài)： 結(jié)晶體結(jié)晶體大多呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀；大多呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀； 非結(jié)晶體非結(jié)晶體

4、呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀。呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀。 圖 幾種主要造巖礦物單個(gè)晶體的形態(tài) 巖石的主要物質(zhì)成分 硬度是指其抵抗外力刻劃的能力 。通常選定下表中的十種礦物，作為硬度標(biāo)準(zhǔn)確定其它礦物的硬度等級(jí)。 硬度等級(jí)礦物名稱野外簡(jiǎn)易鑒定方法1滑 石用軟鉛筆劃時(shí)留下條痕，用指甲容易刻劃2石 膏用指甲可刻劃3方解石用黃銅板刻劃可留下條痕，用小刀很容易刻劃4螢 石小刀可刻劃5磷灰石用削鉛筆刀刻劃時(shí)可留下明顯劃痕，不能刻劃玻璃6正長(zhǎng)石小刀可勉強(qiáng)留下看得見(jiàn)的劃痕，能刻劃玻璃7石 英用小刀不能刻劃8黃 玉能刻劃玻璃，難于刻劃石英9剛 玉能刻劃石英10金剛石能刻劃石英 巖石的主要物質(zhì)成分 各礦物的

5、相對(duì)穩(wěn)定性主要與其化學(xué)成分、結(jié)晶特征及形成條件有關(guān)?；院统詭r石主要是由易于風(fēng)化的礦物組成，非常容易風(fēng)化 ；酸性巖石主要由較難風(fēng)化的礦物組成，抗風(fēng)化能力比起同樣結(jié)構(gòu)的基性巖要高 ；沉積巖主要由風(fēng)化產(chǎn)物組成，大多數(shù)為原來(lái)巖石中較難風(fēng)化的碎屑物或是在風(fēng)化和沉積過(guò)程中新生成的化學(xué)沉積物，穩(wěn)定性一般都較高；變質(zhì)巖的抗風(fēng)化能力與火成巖相似。 主要造巖礦物抗風(fēng)化相對(duì)穩(wěn)定性主要造巖礦物抗風(fēng)化相對(duì)穩(wěn)定性 表表1-1抗風(fēng)化抗風(fēng)化穩(wěn)定性穩(wěn)定性非常穩(wěn)定的非常穩(wěn)定的穩(wěn)定的穩(wěn)定的較穩(wěn)定的較穩(wěn)定的不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的礦物礦物名稱名稱石石英英鋯鋯長(zhǎng)長(zhǎng)石石白白云云母母正正長(zhǎng)長(zhǎng)石石鈉鈉長(zhǎng)長(zhǎng)石石酸性酸性斜長(zhǎng)斜長(zhǎng)石石角角閃閃石石輝

6、輝石石黑黑云云母母基性基性斜長(zhǎng)斜長(zhǎng)石石霞霞石石橄橄欖欖石石黃黃鐵鐵礦礦 巖石的主要物質(zhì)成分 常見(jiàn)的巖石結(jié)構(gòu)類型 巖石的結(jié)構(gòu)是指巖石中礦物及巖屑顆粒相互之間的關(guān)系，包括顆粒的大小、形狀、排列、結(jié)構(gòu)連結(jié)特點(diǎn)及巖石中的微結(jié)構(gòu)面。 巖石中結(jié)構(gòu)連結(jié)的類型分別為： 結(jié)晶連結(jié) 膠結(jié)連結(jié) 結(jié)晶連結(jié) 巖石中礦物顆粒通過(guò)結(jié)晶相互嵌合在一起。 等粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)一般比非等粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。細(xì)粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)比粗粒的強(qiáng)度高。在斑狀結(jié)構(gòu)中，細(xì)粒基質(zhì)比玻璃基質(zhì)的強(qiáng)度高，總之，晶粒愈細(xì)，愈均勻，玻璃質(zhì)愈少，則強(qiáng)度愈高。雌黃雄黃共生結(jié)晶簇 層解石+水晶 膠結(jié)連結(jié) 巖石強(qiáng)度主要取決于膠結(jié)物及膠結(jié)

7、類型。硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石強(qiáng)度較高，鈣質(zhì)次之，而泥質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度最低。 膠結(jié)類型 基底膠結(jié) 孔隙膠結(jié) 接觸膠結(jié) 巖石中存在微結(jié)構(gòu)面 礦物解理 微裂隙 粒間空隙 晶格缺陷 晶格邊界礦物解理 礦物的解理就是礦物晶體受應(yīng)力作用超過(guò)彈性限度,沿結(jié)晶學(xué)方向破裂成光滑的平面的現(xiàn)象. 微裂隙 白云質(zhì)灰?guī)r晶間微裂隙 粒間空隙 粒間空隙晶格 晶格邊界、晶格缺陷 微結(jié)構(gòu)面對(duì)巖石工程性質(zhì)的影響 大大降低巖石的強(qiáng)度 導(dǎo)致巖石的各向異性 增大巖石的變形、改變彈性波速、電阻率和熱傳導(dǎo)率等 在地球由原始太陽(yáng)星云的部份物質(zhì)構(gòu)成后計(jì)起，科學(xué)家估計(jì)大約有四十五億七千萬(wàn)年之久。 1.2.2 巖石的地質(zhì)成因分類l 巖漿巖巖漿巖由巖漿冷凝

8、后形成的巖石，按照冷凝由巖漿冷凝后形成的巖石，按照冷凝時(shí)的地質(zhì)環(huán)境的不同，又可分為深成巖、淺成巖時(shí)的地質(zhì)環(huán)境的不同，又可分為深成巖、淺成巖和噴出巖。和噴出巖。 l 沉積巖沉積巖由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物由風(fēng)化剝蝕作用或火山作用形成的物質(zhì)，在原地或被外力搬運(yùn)，在適當(dāng)條件下沉積下質(zhì)，在原地或被外力搬運(yùn)，在適當(dāng)條件下沉積下來(lái)，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的，其礦物成分主來(lái)，經(jīng)膠結(jié)和成巖作用而形成的，其礦物成分主要是粘土礦物，碳酸鹽和殘余的石英長(zhǎng)石等，具要是粘土礦物，碳酸鹽和殘余的石英長(zhǎng)石等，具層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性。層理構(gòu)造，巖性一般具有明顯的各向異性。 l 變質(zhì)巖變質(zhì)巖在已有巖石的基

9、礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)變質(zhì)混合在已有巖石的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)變質(zhì)混合作用后形成的巖石。變質(zhì)巖的性質(zhì)與變質(zhì)作用的作用后形成的巖石。變質(zhì)巖的性質(zhì)與變質(zhì)作用的特點(diǎn)及原巖的性質(zhì)有關(guān)。其巖石力學(xué)性質(zhì)差別很特點(diǎn)及原巖的性質(zhì)有關(guān)。其巖石力學(xué)性質(zhì)差別很大。大。 巖漿巖火成巖） 是由熔融的巖漿冷凝結(jié)晶形成的，而巖漿又是地下的巖石在高溫6251200）下溶化形成的。 科學(xué)家估計(jì)，地心的溫度可能有5000。大多數(shù)熱通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)的方式從地心傳到固體的地球外殼。熱也能夠在巖石圈子下部通過(guò)磨擦而產(chǎn)生，俯沖的地殼板塊也能產(chǎn)生足夠的熱和壓力熔化巖石，這個(gè)事實(shí)解釋了一些沿大陸板塊邊緣分布的火山。 當(dāng)?shù)叵律钐幍膸r漿噴出地表時(shí)，就形成了火山噴發(fā)，

10、火山噴出的物質(zhì)在地表快速冷凝固結(jié)，就形成了火山巖。如果地下巖漿沒(méi)有噴出地表，而是上升到地殼淺部就開(kāi)始冷凝結(jié)晶，這就形成了侵入巖，火山巖和侵入巖統(tǒng)稱為火成巖或巖漿巖。 深成巖 淺成巖 噴出巖 深成巖 有的時(shí)候，火成巖不一定是直接由巖漿冷卻而成，也可以是經(jīng)由流出地表的熔巖冷結(jié)晶形成，形成于地底下的稱之為深成巖，也就是指“形成于深處的巖石 ”。巖蓋大多發(fā)生于酸性巖漿，粘度大不易向兩側(cè)流動(dòng)，所以形成蓋狀 巖盆盆狀，由于形成于較深處，因此結(jié)晶顆粒較大 巖床較常發(fā)生于基性巖漿，易向兩側(cè)擴(kuò)展，形成于地底下較淺處 巖基為最大的不整合貫入，主要成分為花崗巖 巖株面積較小的巖株，或?yàn)閹r基的一部份 巖脈巖漿沿裂縫上

11、升的產(chǎn)物，常群體出現(xiàn) 淺成巖 多為巖床、巖墻、巖脈等小侵入體。 巖石多呈現(xiàn)斑狀結(jié)構(gòu)?；桶邘r為一種淺成巖，通常顏色較深，含有由暗色礦物組成的斑晶，在肉眼觀察時(shí)，其標(biāo)本閃閃發(fā)光，因此而得名。 噴出巖 噴出巖是一種火成巖，也被稱為火山巖，是由火山噴出的巖漿在地表迅速冷卻后形成的巖石，由于冷卻速度很快，一般噴出巖的結(jié)構(gòu)會(huì)形成細(xì)粒、隱晶，或形成玻璃質(zhì)，經(jīng)常包含有碎屑和斑晶。 噴出巖由于冷卻很快，有時(shí)其中氣體無(wú)法逸出，形成很小的氣泡，最典型的如浮巖，由于含氣量大，造成比重小，甚至能在水中漂浮。玄武巖基性噴出巖的一種。成分相當(dāng)于輝長(zhǎng)巖?；液谏?。常具氣孔狀、杏仁狀構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶為橄欖石、輝石、基性長(zhǎng)石等

12、；基質(zhì)一般為細(xì)?；螂[晶質(zhì)。按次要礦物的不同，可劃分為橄欖玄武巖、紫蘇輝石玄武巖等；按結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可分為氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖等； 安山巖 由於安山巖是巖漿噴發(fā)，快速冷卻而成的，所以礦物顆粒很小，常見(jiàn)的礦物有長(zhǎng)石、角閃石、輝石與黑雲(yún)母，偶而含有石英，其餘細(xì)粒的物質(zhì)是火山玻璃。 安山巖的礦物排列方式是大顆粒的礦物夾在火山玻璃之中，構(gòu)成斑狀的結(jié)構(gòu)，顆粒大小約1-3mm。巖石有紅、綠、黑、灰、白等各種顏色。 玄武巖 巖漿從地殼的深部快速的上升到地表，冷卻變成巖石的時(shí)間非常短，巖漿中的礦物來(lái)不及長(zhǎng)成為大的礦物顆粒，所以具有細(xì)小的礦物顆粒並且含有大量來(lái)不及形成礦物的火山玻璃。 顏色呈墨綠色，風(fēng)化後顏色呈

13、綠色，巖石中的礦物顆粒非常細(xì)，偶而可以看見(jiàn)白色長(zhǎng)條狀礦物為斜長(zhǎng)石。 花崗巖 深成巖，酸性的巖漿慢慢冷卻形成，含有大量的二氧化矽成分(石英)。 礦物顆粒較粗大約0.1-0.5公分，主要礦物有石英、正長(zhǎng)石、白雲(yún)母與黑雲(yún)母。 巖石的顏色呈灰白色、粉紅色或紅色。 巖巖 漿漿 巖巖 分分 類類 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 表表 表表1-2化學(xué)成分化學(xué)成分含含Si、Al為主為主含含F(xiàn)e、Mg為主為主產(chǎn)狀產(chǎn)狀酸基性酸基性酸性酸性中性中性基性基性超基性超基性顏顏 色色淺色（淺灰、淺紅、淺黃）淺色（淺灰、淺紅、淺黃）深色（深灰、綠色、黑深色（深灰、綠色、黑色）色） 礦物成分礦物成分成因及結(jié)構(gòu)成因及結(jié)構(gòu)含正長(zhǎng)石含正長(zhǎng)石含斜長(zhǎng)石含斜長(zhǎng)石

14、不含長(zhǎng)石不含長(zhǎng)石石英、云石英、云母、角閃母、角閃石石黑云母、黑云母、角閃石、角閃石、輝石輝石角閃石、輝角閃石、輝石、黑云母石、黑云母輝石、角輝石、角閃石、橄閃石、橄欖石欖石橄欖石、橄欖石、輝石輝石深深成成等粒狀，有時(shí)為等粒狀，有時(shí)為斑狀，所有礦物斑狀，所有礦物均能用肉眼鑒別均能用肉眼鑒別花崗巖花崗巖正長(zhǎng)巖正長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖閃長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖橄欖巖橄欖巖輝巖輝巖巖基、巖巖基、巖株株淺淺成成斑狀（斑晶較大斑狀（斑晶較大且可分辨出礦物且可分辨出礦物名稱）名稱）花崗斑巖花崗斑巖正長(zhǎng)斑巖正長(zhǎng)斑巖玢巖玢巖輝綠巖輝綠巖未遇到未遇到巖脈、巖巖脈、巖床、巖盤床、巖盤噴噴出出玻璃狀，有時(shí)為玻璃狀，有時(shí)為細(xì)粒斑狀，礦物細(xì)

15、粒斑狀，礦物難用肉眼鑒別難用肉眼鑒別流紋巖流紋巖粗面巖粗面巖安山巖安山巖玄武巖玄武巖未遇到未遇到熔巖流熔巖流玻璃狀或碎屑狀玻璃狀或碎屑狀黑耀巖、浮石、火山凝灰?guī)r、火山碎屑巖、火山玻璃黑耀巖、浮石、火山凝灰?guī)r、火山碎屑巖、火山玻璃火山噴出火山噴出的堆積物的堆積物沉積巖 沉積巖的形成過(guò)程一般可以分為先成巖石的破壞風(fēng)化作用和剝蝕作用）、搬運(yùn)作用、沉積作用和硬結(jié)成巖作用等幾個(gè)互相銜接的階段。 但這些作用有時(shí)是錯(cuò)綜復(fù)雜和互為因果的，如巖石風(fēng)化提供剝蝕的條件，而巖石被剝蝕后又提供繼續(xù)風(fēng)化的條件；n 風(fēng)化、剝蝕產(chǎn)物提供搬運(yùn)的條件，而巖石碎屑在搬運(yùn)中又可作為進(jìn)行剝蝕作用的“武器”；物質(zhì)經(jīng)搬運(yùn)而后沉積，而沉積物

16、又可受到剝蝕破壞重新搬運(yùn)。玉門關(guān)雅丹魔鬼城 沉沉 積積 巖巖 分分 類類 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 表表 表表1-3巖巖 類類結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)巖石分巖石分類名稱類名稱主要亞類及其組成物質(zhì)主要亞類及其組成物質(zhì)碎碎屑屑巖巖類類火火山山碎碎屑屑巖巖碎碎屑屑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)粒徑粒徑100mm火山集火山集塊巖塊巖主要由大于主要由大于100mm的熔巖碎塊、火山灰塵等經(jīng)壓密膠結(jié)而成的熔巖碎塊、火山灰塵等經(jīng)壓密膠結(jié)而成粒徑粒徑1002mm火山角火山角礫巖礫巖主要由主要由1002mm的熔巖碎屑、晶斜、玻屑及其他碎屑混入物的熔巖碎屑、晶斜、玻屑及其他碎屑混入物組成組成粒徑粒徑2mm凝灰?guī)r凝灰?guī)r由由50%以上粒徑以上粒徑2.00mm礫巖礫巖角礫巖角

17、礫巖 有帶棱角的膠粒經(jīng)膠結(jié)而成有帶棱角的膠粒經(jīng)膠結(jié)而成礫巖礫巖 由輝圓的礫石經(jīng)膠結(jié)而成由輝圓的礫石經(jīng)膠結(jié)而成沉沉積積碎碎屑屑巖巖砂質(zhì)結(jié)構(gòu)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)粒徑粒徑2.000.05mm砂巖砂巖石英砂巖石英砂巖 石英含量石英含量90%、長(zhǎng)石和巖屑、長(zhǎng)石和巖屑10%長(zhǎng)石砂巖長(zhǎng)石砂巖 石英含量石英含量25%、巖屑、巖屑10%巖屑砂巖巖屑砂巖 石英含量石英含量75%、長(zhǎng)石、長(zhǎng)石25%粉狀結(jié)構(gòu)粉狀結(jié)構(gòu)粒徑粒徑0.050.005mm 粉砂巖粉砂巖主要由石英、長(zhǎng)石的粉、粘粒及粘土礦物組成主要由石英、長(zhǎng)石的粉、粘粒及粘土礦物組成粘土粘土巖類巖類泥質(zhì)結(jié)構(gòu)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)粒徑粒徑90%、粘土礦物、粘土礦物10%泥灰?guī)r泥灰?guī)r 方解石含

18、量方解石含量75%50%、粘土礦物、粘土礦物25%50%白云巖白云巖白云巖白云巖 白云石含量白云石含量90%100%、方解石、方解石10%灰質(zhì)白云巖灰質(zhì)白云巖 白云石含量白云石含量50%75%、方解石、方解石50%25%變質(zhì)巖 變質(zhì)巖是在高溫高壓和礦物質(zhì)的混合作用下由一種石頭自然變質(zhì)成的另一種石頭。質(zhì)變可能是重結(jié)晶、紋理改變或顏色改變。 變質(zhì)巖是在地球內(nèi)力作用，引起的巖石構(gòu)造的變化和改造產(chǎn)生的新型巖石。這些力量包括溫度、壓力、應(yīng)力的變化、化學(xué)成分。固態(tài)的巖石在地球內(nèi)部的壓力和溫度作用下，發(fā)生物質(zhì)成分的遷移和重結(jié)晶，形成新的礦物組合。如普通石灰石由于重結(jié)晶變成大理石。 變質(zhì)巖是組成地殼的主要成分

19、，一般變質(zhì)巖是在地下深處的高溫要大于150）高壓下產(chǎn)生的，后來(lái)由于地殼運(yùn)動(dòng)而出露地表。 一般變質(zhì)巖分為兩大類，一類是變質(zhì)作用作用于巖漿巖火成巖），形成的變質(zhì)巖成為正變質(zhì)巖；另一類是作用于沉積巖，生成的變質(zhì)巖為副變質(zhì)巖。 巖石最初形成巖石最初形成時(shí)的成分對(duì)它時(shí)的成分對(duì)它以后形成什么以后形成什么樣的變質(zhì)巖是樣的變質(zhì)巖是很重要的。不很重要的。不同的成分可以同的成分可以形成不同的變形成不同的變質(zhì)巖。質(zhì)巖。 同時(shí)，在巖石同時(shí)，在巖石發(fā)生變質(zhì)的過(guò)發(fā)生變質(zhì)的過(guò)程中，壓力和程中，壓力和溫度也是非常溫度也是非常重要的因素，重要的因素，不同壓力或溫不同壓力或溫度也可形成不度也可形成不同的變質(zhì)巖。同的變質(zhì)巖。 這是

20、一塊由砂巖屬沉積巖形成的變質(zhì)巖。放大后我們可以清楚地看到其中均勻分布著的石英晶體。 高溫條件下形成的區(qū)域變質(zhì)巖,如暗色麻粒巖、淺色麻粒巖等 變質(zhì)巖體 變質(zhì)巖體 變質(zhì)巖體變變 質(zhì)質(zhì) 巖巖 分分 類類 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 表表 表表2-6巖類巖類構(gòu)造構(gòu)造巖石巖石名稱名稱主要亞類及其礦物成分主要亞類及其礦物成分原原 巖巖片片理理狀狀巖巖類類片麻狀片麻狀構(gòu)造構(gòu)造片麻巖片麻巖花崗片麻巖：長(zhǎng)石、石英、云母為主，其次為花崗片麻巖：長(zhǎng)石、石英、云母為主，其次為角閃石，有時(shí)含有石榴子石角閃石，有時(shí)含有石榴子石角閃石片麻巖：長(zhǎng)石、石英、角閃石為主，其角閃石片麻巖：長(zhǎng)石、石英、角閃石為主，其次為云母，有時(shí)含有石榴子石次為云母，有

21、時(shí)含有石榴子石中酸性巖漿巖、粘中酸性巖漿巖、粘土巖、粉砂巖、砂土巖、粉砂巖、砂巖巖片狀片狀構(gòu)造構(gòu)造片巖片巖云母片巖：云母、石英為主，其次有角閃石等云母片巖：云母、石英為主，其次有角閃石等滑石片巖：滑石、絹云母為主，其次有綠泥石滑石片巖：滑石、絹云母為主，其次有綠泥石、方解石等、方解石等綠泥石片巖：綠泥石、石英為主，其次有滑石綠泥石片巖：綠泥石、石英為主，其次有滑石、方解石等、方解石等粘土巖、砂巖、中粘土巖、砂巖、中酸性火山巖、超基酸性火山巖、超基性巖、白云質(zhì)泥灰性巖、白云質(zhì)泥灰?guī)r巖中基性火山巖、白中基性火山巖、白質(zhì)泥灰?guī)r質(zhì)泥灰?guī)r千枚狀千枚狀構(gòu)造構(gòu)造千枚巖千枚巖以絹云母為主，其次有石英、綠泥石等

22、以絹云母為主，其次有石英、綠泥石等粘土巖、粘土質(zhì)粉粘土巖、粘土質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r砂巖、凝灰?guī)r板狀板狀構(gòu)造構(gòu)造板巖板巖粘土礦物、絹云母、石英、綠泥石、黑云母、粘土礦物、絹云母、石英、綠泥石、黑云母、白云母等白云母等塊塊狀狀巖巖類類塊狀塊狀構(gòu)造構(gòu)造大理巖大理巖方解石為主，其次有白云石等方解石為主，其次有白云石等石灰?guī)r、白云巖石灰?guī)r、白云巖石英巖石英巖方解石為主，有時(shí)含有絹云母、白云母等方解石為主，有時(shí)含有絹云母、白云母等砂巖、硅質(zhì)巖砂巖、硅質(zhì)巖蛇紋巖蛇紋巖蛇紋石、滑石為主，其次有綠泥石、方解石等蛇紋石、滑石為主，其次有綠泥石、方解石等超基性巖超基性巖 具有細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)和致密塊狀構(gòu)造的熱接觸變質(zhì)巖 動(dòng)

23、力變質(zhì)作用最常見(jiàn)的巖石類型是糜棱巖，其次為構(gòu)造動(dòng)力變質(zhì)作用最常見(jiàn)的巖石類型是糜棱巖，其次為構(gòu)造角礫巖、千糜巖等。角礫巖、千糜巖等。 區(qū)域變質(zhì)作用，是由地殼運(yùn)動(dòng)所引起的大范圍變質(zhì)現(xiàn)象。區(qū)域變質(zhì)作用，是由地殼運(yùn)動(dòng)所引起的大范圍變質(zhì)現(xiàn)象。 區(qū)域變質(zhì)片麻巖 區(qū)域變質(zhì)大理巖1.3 巖石的物理性質(zhì) 巖石的物理性質(zhì)是指由巖石固有的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征所決定的 容重 比重 孔隙率 等基本屬性。1. 容重容重 巖石單位體積包括巖石孔隙體積的重力，巖石單位體積包括巖石孔隙體積的重力，稱為巖石的容重。稱為巖石的容重。 表達(dá)式：表達(dá)式： 容重容重KN/m3） W 巖石的重力巖石的重力KN） V 巖石的體積巖石的體積m3

24、） 根據(jù)巖石的含水程度不同，巖石容重可分根據(jù)巖石的含水程度不同，巖石容重可分為干容重、濕容重、飽和容重。為干容重、濕容重、飽和容重。VW1.3 巖石的物理性質(zhì)2. 2. 密度密度(1) 天然密度天然密度式中式中 m巖石試件總質(zhì)量；巖石試件總質(zhì)量； V該試件的總體積。該試件的總體積。 )(g/cm 3Vm1.3 巖石的物理性質(zhì)m)(g/cm 3VVmwvsmsmvVw(2) 飽和密度飽和密度巖石中固體的質(zhì)量；巖石中固體的質(zhì)量；孔隙的體積；孔隙的體積；水的密度。水的密度。（3干密度干密度d)(g/cm 3Vmsd1.3 巖石的物理性質(zhì)3 3 巖石的比重巖石的比重GGwssVWGsWsVw絕對(duì)干燥時(shí)

25、體積為絕對(duì)干燥時(shí)體積為V的巖石固體部分重量；的巖石固體部分重量； 巖石的固體部分體積不包括孔隙體積）；巖石的固體部分體積不包括孔隙體積）； 水的容重。水的容重。 1.3 巖石的物理性質(zhì)4 4 巖石的孔隙性巖石的孔隙性(1) 巖石的孔隙比巖石的孔隙比 e svVVe vV孔隙的體積；孔隙的體積； sV固體的體積。固體的體積。 1.3 巖石的物理性質(zhì)(2) 巖石的孔隙率巖石的孔隙率 n %100VVnvV 試件的總體積。試件的總體積。 孔隙比與孔隙率的關(guān)系：孔隙比與孔隙率的關(guān)系：nne1Gnd/1或采用此式計(jì)算或采用此式計(jì)算1.3 巖石的物理性質(zhì)巖 石容 重(KNm3)比 重孔隙率 ()花崗巖粗玄

26、巖流紋巖安山巖輝長(zhǎng)巖玄武巖砂 巖頁(yè) 巖石灰?guī)r白云巖片麻巖大理巖石英巖板 巖26-2730-30.524-2622-2330-3128-2920-2620-2422-2625-2629-3026-2726.526-272.5-2.84 2.4-2.82.70-3.202.60-3.302.60-2.752.57-2.772.48-2.852.2-2.92.63-3.072.60-2.802.53-2.842.68-2.760.5-1.50.1-0.54-610-150.1-1.05-2510-305-201-50.5-1.50.5-20.1-0.50.1-0.50.1-0.5部分巖石的容重、比重

27、、孔隙率部分巖石的容重、比重、孔隙率巖石的水理性質(zhì)巖石的水理性質(zhì)（1巖石的含水率巖石的含水率 wmsm試件孔隙中水的質(zhì)量；試件孔隙中水的質(zhì)量； 試件的固體質(zhì)量。試件的固體質(zhì)量。 巖石與水相互作用時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)稱為巖石的水理性，包括巖石的吸水性、透水性、軟化性和抗凍性。 swmm（%）5 5 巖石的水理性巖石的水理性1.3 巖石的物理性質(zhì)（ 2 ）巖石的吸水性）巖石的吸水性 巖石在一定條件下吸收水分的性能稱巖石的吸水性，它取決于巖石孔隙巖石在一定條件下吸收水分的性能稱巖石的吸水性，它取決于巖石孔隙的數(shù)量、大小、開(kāi)閉程度和分布情況。的數(shù)量、大小、開(kāi)閉程度和分布情況。 指巖石在常溫常壓下吸入水的質(zhì)量

28、與其烘干質(zhì)量之比。 ssammm 0（%）0m烘干巖樣浸水48小時(shí)后的總質(zhì)量 巖石的吸水率巖石的吸水率 1.3 巖石的物理性質(zhì)表征巖石吸水性的指標(biāo)有：吸水率、飽合吸水率和飽水系數(shù)。指巖石在強(qiáng)制狀態(tài)高壓或真空，煮沸下吸入水的質(zhì)量與其烘干質(zhì)量之比。 sssasammm（%）sam為真空抽氣飽和或煮沸后試件的質(zhì)量 巖石的飽水率巖石的飽水率 1.3 巖石的物理性質(zhì)巖石的飽水系數(shù)巖石的飽水系數(shù) saawwwk/（%）巖石吸水率與飽水率的比值(3) (3) 巖石的透水性巖石的透水性 巖石的滲透性是指巖石能被水穿過(guò)的性能。巖石透水性大小用滲透系數(shù)衡量，它反映了巖石中孔隙的大小、方向及其相互連通的程度。 假設(shè)

29、巖石的中滲流滿足達(dá)西定律假設(shè)巖石的中滲流滿足達(dá)西定律AdxdhKqxqx沿沿x方向水的流量；方向水的流量；h水頭的高度；水頭的高度；A垂直于垂直于x方向的截面面積；方向的截面面積；K巖石的滲透系數(shù)。巖石的滲透系數(shù)。 滲透系數(shù)的物理意義是介質(zhì)對(duì)某種特定流體的滲透能力，滲透系數(shù)滲透系數(shù)的物理意義是介質(zhì)對(duì)某種特定流體的滲透能力，滲透系數(shù)的大小取決于巖石的物理特性和結(jié)構(gòu)特征。的大小取決于巖石的物理特性和結(jié)構(gòu)特征。 1.3 巖石的物理性質(zhì)滲透系數(shù)的試驗(yàn)確定方法滲透系數(shù)的試驗(yàn)確定方法(1) 常規(guī)滲透試驗(yàn)常規(guī)滲透試驗(yàn)pAQLKwQ單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)試樣的水量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)試樣的水量m3）；）；L試件長(zhǎng)度試件長(zhǎng)度

30、(m)； p試件兩端的壓力差試件兩端的壓力差(kPa)； A試件的斷面面積試件的斷面面積(m2)。 某些巖體的滲透系數(shù)值某些巖體的滲透系數(shù)值巖石名稱巖石名稱地質(zhì)特征地質(zhì)特征滲透系數(shù)滲透系數(shù)(cm/s)花花 崗崗 巖巖新鮮完整新鮮完整5610-2玄玄 武武 巖巖1.01.910-3安山質(zhì)玄武巖安山質(zhì)玄武巖弱裂隙的弱裂隙的中等裂隙的中等裂隙的強(qiáng)裂隙的強(qiáng)裂隙的1.1610-31.1610-21.1610-1結(jié)晶片巖結(jié)晶片巖新鮮的新鮮的風(fēng)化的風(fēng)化的1.21.910-21.410-5凝灰質(zhì)角礫巖凝灰質(zhì)角礫巖1.52.310-4凝凝 灰灰 巖巖6.410-44.410-3石石 灰灰 巖巖小裂隙的小裂隙的中

31、裂隙的中裂隙的大裂隙的大裂隙的大管道的大管道的1.410-72.410-43.610-35.310-24.08.5泥質(zhì)頁(yè)巖泥質(zhì)頁(yè)巖新鮮、微裂隙新鮮、微裂隙風(fēng)化、中等裂隙風(fēng)化、中等裂隙3.010-44510-4砂砂 巖巖新鮮新鮮新鮮、中等裂隙新鮮、中等裂隙具有大裂隙具有大裂隙4.410-5310-48.610-30.51.310-2（4巖石的軟化性巖石的軟化性 巖石浸水后強(qiáng)度降低的性能稱為軟化性，一般用軟化系數(shù)表示。 cdcsa軟化系數(shù)軟化系數(shù)csa巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度；巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度； cd巖石干燥狀態(tài)下的單軸抗壓強(qiáng)度。巖石干燥狀態(tài)下的單軸抗壓強(qiáng)度。 75. 0時(shí)，為軟化性弱、抗水抗風(fēng)化

32、性和抗凍性強(qiáng)的巖石；時(shí)，為軟化性弱、抗水抗風(fēng)化性和抗凍性強(qiáng)的巖石； 75. 0時(shí)，為工程地質(zhì)性質(zhì)較差的巖石。時(shí)，為工程地質(zhì)性質(zhì)較差的巖石。 1.3 巖石的物理性質(zhì) 1.4.1 巖石的強(qiáng)度 巖石在各種荷載作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。 進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)所選用的試件必須是完整巖塊。1.4 巖石的力學(xué)性質(zhì)取樣要求：取樣要求：完整巖塊，不含節(jié)理裂隙完整巖塊，不含節(jié)理裂隙 強(qiáng)度指標(biāo)的影響因素 試件尺寸 試件形狀 試件三維比例 加載速率 濕度1.4 巖石的力學(xué)性質(zhì)1.定義：指巖石試件在無(wú)側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用定義：指巖石試件在無(wú)側(cè)限的條件下，受軸向壓力作用破壞時(shí)單位面積上承受的荷載。破壞時(shí)單位面積

33、上承受的荷載。 APc/ 式中：P無(wú)側(cè)限的條件下的軸向破壞荷載 A試件界面積1.4.2 巖石的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸的高徑比標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸的高徑比 H/D:l 單軸壓縮試驗(yàn)單軸壓縮試驗(yàn) = 2.02.5l 三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) = 2.02.5l 劈裂試驗(yàn)劈裂試驗(yàn) = 0.5l 斜面剪切試驗(yàn)斜面剪切試驗(yàn) = 1.0HD 試驗(yàn)設(shè)備與儀器試驗(yàn)設(shè)備與儀器 測(cè)試內(nèi)容測(cè)試內(nèi)容 軸向荷載；軸向荷載；軸向變形；軸向變形；徑向變形；徑向變形；軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變 ；橫向應(yīng)變橫向應(yīng)變 。 普通壓力機(jī)或萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，最好普通壓力機(jī)或萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，最好采用電液伺服控制的剛性試驗(yàn)機(jī)。采用電液伺服控制的剛性試驗(yàn)機(jī)。

34、 巖石力學(xué)的符號(hào)規(guī)定巖石力學(xué)的符號(hào)規(guī)定壓壓 +拉拉 -2 2 巖石的單軸壓縮試驗(yàn)巖石的單軸壓縮試驗(yàn) yAPDPy24試件的軸向應(yīng)力；試件的軸向應(yīng)力； P試件的軸向荷載；試件的軸向荷載； D, H試件的直徑和高度。試件的直徑和高度。 HHyDDxxyv2體積應(yīng)變體積應(yīng)變 根據(jù)以上的試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，可以繪制巖石的軸向應(yīng)力根據(jù)以上的試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，可以繪制巖石的軸向應(yīng)力軸向應(yīng)變關(guān)系軸向應(yīng)變關(guān)系曲線、軸向應(yīng)力曲線、軸向應(yīng)力橫向應(yīng)變關(guān)系曲線、軸向應(yīng)變橫向應(yīng)變關(guān)系曲線、軸向應(yīng)變橫向應(yīng)變關(guān)系曲線以橫向應(yīng)變關(guān)系曲線以及軸向應(yīng)力及軸向應(yīng)力體積應(yīng)變的關(guān)系曲線等體積應(yīng)變的關(guān)系曲線等 。2 2 巖石的單軸壓縮試驗(yàn)巖石的單

35、軸壓縮試驗(yàn) 3.3.單向壓縮試件的破壞形態(tài)單向壓縮試件的破壞形態(tài)破壞形態(tài)有兩類：（1圓錐形破壞 原因：壓板兩端存在摩擦力，箍作用又稱端部效應(yīng)），在工程中也會(huì)出現(xiàn)。（2柱狀劈裂破壞 張拉破壞巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度） 是巖石單向壓縮破壞的真實(shí)反映消除了端部效應(yīng)）消除試件端部約束的方法:潤(rùn)滑試件端部如墊云母片；涂黃油在端部）加長(zhǎng)試件 破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機(jī)理的重要特征；破壞形態(tài)是表現(xiàn)破壞機(jī)理的重要特征；其主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài)其主要影響因素：應(yīng)力狀態(tài) 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件 單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素單軸抗壓強(qiáng)度的影響因素 不同巖石類型、不同結(jié)構(gòu)、不同部位，其巖石不同巖石類型、不同結(jié)構(gòu)、不同部位，其巖石抗

36、壓強(qiáng)度有較大差別。影響巖石抗壓強(qiáng)度的因素抗壓強(qiáng)度有較大差別。影響巖石抗壓強(qiáng)度的因素較多，主要有：較多，主要有： 礦物成分。礦物成分。 結(jié)晶巖石中的石英礦物含量較多，其巖石強(qiáng)度就結(jié)晶巖石中的石英礦物含量較多，其巖石強(qiáng)度就大；大； 云母礦物越多，其巖石強(qiáng)度越低；云母礦物越多，其巖石強(qiáng)度越低； 淺色礦物多，強(qiáng)度大；深色礦物多，強(qiáng)度低。淺色礦物多，強(qiáng)度大；深色礦物多，強(qiáng)度低。 沉積巖石中的碎屑顆粒成分，石英顆粒的強(qiáng)度大沉積巖石中的碎屑顆粒成分，石英顆粒的強(qiáng)度大于長(zhǎng)石顆粒于長(zhǎng)石顆粒(膠結(jié)物相同時(shí)膠結(jié)物相同時(shí))。結(jié)晶程度和顆粒大小 結(jié)晶巖石強(qiáng)度大于非結(jié)晶巖石；細(xì)粒結(jié)晶大于粗粒結(jié)晶強(qiáng)度。膠結(jié)程度 對(duì)沉積巖來(lái)

37、說(shuō)，膠結(jié)情況和膠結(jié)物對(duì)強(qiáng)度影響較大。 硅質(zhì)膠結(jié)石灰質(zhì)(鈣質(zhì)) 泥質(zhì)；同類沉積巖，地質(zhì)年代早晚。物理性質(zhì) 孔隙率大，強(qiáng)度低；密度大，強(qiáng)度高。風(fēng)化作用 風(fēng)化對(duì)巖石強(qiáng)度影響大，巖石的風(fēng)化程度越高，其強(qiáng)度越低。水的作用 水對(duì)巖石強(qiáng)度有顯著的影響。水對(duì)巖石的軟化作用對(duì)工程極為不利，特別是水利工程，水庫(kù)蓄水后，水侵入巖石的孔隙和裂隙，削弱了巖石顆粒間的連接，使強(qiáng)度降低。試件尺寸和形狀 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響。加荷速率 速率大，強(qiáng)度大。 在巖體工程中，巖體一般處在三向應(yīng)力狀態(tài)下，引用單向受力條件的巖石試驗(yàn)來(lái)研究巖石變形、強(qiáng)度特征是不夠的，必須用三軸試驗(yàn)研究巖石在三向受力條件下的變形及破壞規(guī)律。 巖石在三向壓縮荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大壓應(yīng)力。 按應(yīng)力的組合方式，三軸試驗(yàn)可分為兩種：1.4.3 巖石的三軸抗壓強(qiáng)度的影響目的是研究中間應(yīng)力，三軸不等應(yīng)力試驗(yàn)的影響巖石變形和強(qiáng)度及破壞）對(duì)目的是研究圍壓（，常規(guī)三軸試驗(yàn)232132321加載方式加載方式1.4.3 巖石的三軸抗壓強(qiáng)度 常圍壓下的巖石三軸壓縮試驗(yàn)常圍壓下的巖石三