第2章 岩石与岩体的性质汇总
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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。
第二章岩石与岩体的工程地质性质-课件
地基的变形、强度和稳定问题。 ➢铁路、道路工程常遇到的有路基边坡、隧洞
围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀 问题； ➢地下建筑工程常遇到的是围岩稳定、涌水
及影响建筑施工的高地应力、高地热和 有害气体问题、岩爆问题；
➢海港工程常遇到的是码头地基、岸坡的稳 定、海浪侵蚀及回淤问题；
➢矿山工程常遇到的是露天矿边帮及地下巷 道的稳定及涌水、采矿引起地面塌陷问 题；
精品jing
第二章岩石与岩体的工程地质性质
一、 工程地质的相关概念
1.地质学
是对地球的起源、物质组成、 内部构造、外部特征、各层圈之间 的相互作用和演变历史进行研究的学科。
2.工程地质学
研究与工程建筑活动有关的地质问题的学科，就是 研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处 理与正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质 问题。
（4）环境工程地质的研究：
合理开发和保护地质环境。
工程地质通过考察来为工程建设服务， 因此勘察工作首当其冲有以下主要任务：
1、查明工程建筑所在地区的工程地质条件， 并对可能存在的工程地质问题进行定性和定量的评 价；
2、根据工程地质条件选择优良的建筑场地，并 对建筑物类型、规模和施工方法提出合理建议.保 证其正常施工；
工程地质问题。
工程地质学的学科、研究内容和研究方法
学
工程地质学
科
工 程 岩 土 学
工
程
学
动 力
地
质
区工 域程 工地 程质 地勘 质察 学
研究内容 工程岩土学是研究岩体和土体的工程地质 性质及其形成和变化规律以及改善这些性质 的科学。
工程动力地质学或称为工程地质问题 分析，主要研究各种工程地质问题产生的地 质条件、力学机制和发展演化规律；结合工 程规划、设计、施工的要求进行正确评价， 并提出防治措施。
围岩和桥墩桥台的稳定问题、道路的冻胀 问题； ➢地下建筑工程常遇到的是围岩稳定、涌水
及影响建筑施工的高地应力、高地热和 有害气体问题、岩爆问题；
➢海港工程常遇到的是码头地基、岸坡的稳 定、海浪侵蚀及回淤问题；
➢矿山工程常遇到的是露天矿边帮及地下巷 道的稳定及涌水、采矿引起地面塌陷问 题；
精品jing
第二章岩石与岩体的工程地质性质
一、 工程地质的相关概念
1.地质学
是对地球的起源、物质组成、 内部构造、外部特征、各层圈之间 的相互作用和演变历史进行研究的学科。
2.工程地质学
研究与工程建筑活动有关的地质问题的学科，就是 研究在工程建筑设计、施工和运营的实施过程中合理地处 理与正确地使用自然地质条件和改造不良地质条件等地质 问题。
（4）环境工程地质的研究：
合理开发和保护地质环境。
工程地质通过考察来为工程建设服务， 因此勘察工作首当其冲有以下主要任务：
1、查明工程建筑所在地区的工程地质条件， 并对可能存在的工程地质问题进行定性和定量的评 价；
2、根据工程地质条件选择优良的建筑场地，并 对建筑物类型、规模和施工方法提出合理建议.保 证其正常施工；
工程地质问题。
工程地质学的学科、研究内容和研究方法
学
工程地质学
科
工 程 岩 土 学
工
程
学
动 力
地
质
区工 域程 工地 程质 地勘 质察 学
研究内容 工程岩土学是研究岩体和土体的工程地质 性质及其形成和变化规律以及改善这些性质 的科学。
工程动力地质学或称为工程地质问题 分析，主要研究各种工程地质问题产生的地 质条件、力学机制和发展演化规律；结合工 程规划、设计、施工的要求进行正确评价， 并提出防治措施。
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。
岩体力学02-岩石的基本物理力学性质.资料
波速比（Kv）：风化岩石弹性波纵波波 速（cp）与新鲜岩块弹性波纵波波速 （rp）之比的平方。
风化系数（Kf）：风化岩石的饱和单轴
抗压强度（cw’）与新鲜岩石饱和单轴 抗压强度（cw）之比。
Iw
mw mrd
Kv
vcp vrp
2
Kf
' c
w
cw
硬质岩石风化风化程度分类表
风化程度 全风化 强风化
中等风化 微风化 未风化
代表性岩石
硬质 岩石
极硬岩石 次硬岩石
＞60 30~60
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、
大理岩、硅质砾岩等
软质 岩石
次软岩石 极软岩石
5~30 ＜5
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
§2.2 岩石的基本物理性质
岩石是由固体、液体和气体三相组成的。岩石 的力学性质常与岩石中三相的比例关系及固相 与水相互作用有密切的关系。
m g/cm 3
V—岩石试件的总体积；
V
m—岩石试件的总质量
岩石天然密度越大， 其工程性质越好。影 响因素是矿物成分、 孔隙与微裂隙发育程 度以及含水量。
测定方法有量积法、水中称重法、蜡封法等，试件数量不少于5个
2、饱和密度（ sat）
岩石中空隙全部被水充填时单位体积的质量，即
sa tm s V V vw g/c3 m
•岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结 •结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 •胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。 胶结连结的岩块强度：硅质胶结>铁质、 钙质>泥质胶结
三、岩块的风化
岩石经过风化，矿物组成和结构改变，岩块的物 理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、 空隙率增大、渗透性加大。
风化系数（Kf）：风化岩石的饱和单轴
抗压强度（cw’）与新鲜岩石饱和单轴 抗压强度（cw）之比。
Iw
mw mrd
Kv
vcp vrp
2
Kf
' c
w
cw
硬质岩石风化风化程度分类表
风化程度 全风化 强风化
中等风化 微风化 未风化
代表性岩石
硬质 岩石
极硬岩石 次硬岩石
＞60 30~60
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、
大理岩、硅质砾岩等
软质 岩石
次软岩石 极软岩石
5~30 ＜5
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
§2.2 岩石的基本物理性质
岩石是由固体、液体和气体三相组成的。岩石 的力学性质常与岩石中三相的比例关系及固相 与水相互作用有密切的关系。
m g/cm 3
V—岩石试件的总体积；
V
m—岩石试件的总质量
岩石天然密度越大， 其工程性质越好。影 响因素是矿物成分、 孔隙与微裂隙发育程 度以及含水量。
测定方法有量积法、水中称重法、蜡封法等，试件数量不少于5个
2、饱和密度（ sat）
岩石中空隙全部被水充填时单位体积的质量，即
sa tm s V V vw g/c3 m
•岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结 •结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。 •胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。 胶结连结的岩块强度：硅质胶结>铁质、 钙质>泥质胶结
三、岩块的风化
岩石经过风化，矿物组成和结构改变，岩块的物 理力学性质改变：强度降低、抗变形性能减弱、 空隙率增大、渗透性加大。
第2章 岩石与岩体的性质
3.结构面的密度：反映结构面发育的密集程度。 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，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 K n L d 1 K L n 线密度 K d ：若取样线垂直结构面，则裂隙度被称为线 密度。 间距 d ：同一组结构面法线方向上结构面平均距离。
岩石的强度指标
抗拉强度：岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力，以
拉断破坏时的最大张应力表示。抗拉强度是岩石力学性 质中的一个重要指标。
2 Pt t Dl
劈裂破坏
岩石的强度指标
抗拉强度：
直接拉伸
岩石的强度指标
三轴应力：
岩石的强度指标
三轴应力：
三轴试验机
岩石的强度指标
蠕变：岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随
时间延续而不断增长的现象。
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩体的结构特征
岩石与岩体：岩石是构成岩体的物质。岩体是由结构
面及结构体两个基本单元组成；岩石的物理力学性质和 水理性质取决于岩石的矿物成分，而岩体的物理力学性 质，既取决于结构面的力学性质，又取决于岩石的力学 性质。
岩石的物理性质
抗冻性：岩石孔隙、裂隙中存在的水结冰时体积膨胀，
产生较大的压力，使岩石的构造遭破坏。岩石冰冻作用 的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性 是评价岩石工程地质性质的一个重要指标。 岩石的抗冻性，与岩石的饱水因数、软化因数有着 密切关系。一般用抗冻系数和质量损失率来表示其抗冻 cd 性 100 % 抗冻系数 Rd cd
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
目
CONTENCT
录
• 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。
岩石与岩体
首先取决于岩体的结构类型与特征， 其次才是组成岩体的岩石的性质。
其意义在于结构面的特征决定岩体
的性质。
不同结构类型岩体的工程地质性质：
整体块状结构： 强度高 各向同性 抗风化能力强
层状结构岩体： 强度较高 各向异性 层间滑动
碎裂结构岩体： 完整性差 强度低
散体结构岩体：
碎石土类 各向同性 强度最差
岩石的抗压强度最高，抗剪强度
居中，抗拉强度最小。抗剪强度约为
抗压强度的10％～40％；抗拉强度仅 为抗压强度的2％～16％。岩石越坚硬， 其值相差越大。 抗压和抗剪强度是评价岩石（岩
体）稳定性的指标。
（三）影响岩石工程性质的因素 1. 矿物成分: 应注意矿物对岩石强度影响 2. 结构 岩石按结构分类：结晶联结 胶结物联结 强度上的一般规律：
结构体：被结构面切割成的块体。
形状：柱状、块状、板状、楔状、锥状等 等 原因：与岩层的产状有关。 结构体大小可用体积裂隙数Jv来表示，指 岩体单位体积通过的总裂隙数。 Jv =1/S1+1/S2+1/S3+… …+1/Sn=∑1/Si Si ：岩体内第i组结构面的间距 1/Si：该组结构面的裂隙数（裂隙数/m）
4.软化性 岩石吸水后，其强度和稳定性发生变化的性 质。 软化系数kd：等于岩石在饱和状态下的极限 抗压强度与在风干状态下极限抗压强度的比。 用小数表示。 5. 抗冻性 岩石抵抗冻胀压力作用的能力。一般用强度 降低率来表示。
（二）岩石的力学性质
变形特性：弹性模量 泊淞比
弹性模量E：应力和应变之比。 泊淞比：横向应变与纵向应变之比。 强度特性：岩石抵抗外力破坏的能力。 抗压强度Rc：抵抗压碎破坏的能力 抗拉强度Rt ：约为0.02~0.16Rc 抗剪强度[]：约为0.1~0.4 Rc
第二章 岩块和岩体的地质特征
2
表2-5 结构面 张开度 分级表
• Ⅳ级及部分Ⅲ级结构面的产状、迹长、间距及张 开度等几何特征参数，服从某种随机分布规律。
第二章 岩块和岩体的地质特征
三、结构面特征及其对岩体性质的影响
(五)形态
结构面的形态可以用侧壁的 起伏形态及粗糙度来反映。 结构面侧壁的起伏形态分为： 平直的、台阶状的、锯齿状 的、波状的和不规则状的。
kv 0.2~0.4
kf -
强风化
中等风化 微风化 未风化
1000~2000
2000~4000 4000~5000 >5000
0.4~0.6
0.6~0.8 0.8~0.9 0.9~1.0
<0.4
0.4~0.8 0.8~0.9 0.9~1.0
第二章 岩块和岩体的地质特征 §2.3 结构面特征
一、结构面的成因类型
第二章 岩块和岩体的地质特征
三、结构面特征及其对岩体性质的影响
(四)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，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。
如在层流条件下，平直而两壁平行的单个结构面的渗 透系数(Kf)可表达的地质特征
三、结构面特征及其对岩体性质的影响 普里斯特等
用线密度来估算岩体质量指标RQD(rock quality designation)
巴顿等
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
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弹性模量：应力与弹性应变的比值
E e
变形模量：应力与总应变的比值
E0 p e 泊松比：岩石在轴向压力作用下，除产生纵向压缩外，
还会产生横向膨胀。这种横向应变与纵向应变的比值称 为泊松比，岩石的泊松比一般在0.2~0.4之间。
d L
岩石的强度指标
单轴抗压强度：岩石能承受的最大压应力，各种岩石
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
岩 石 单 轴 压 缩 曲 线
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
岩石力学试验机
岩石试件
破 坏 后 形 态
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
抗压强度值差别很大，主要取决于岩石的结构和构造， 同时受矿物成分和岩石生成条件的影响。
c P A
抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力，以岩石被剪破
时的极限应力表示。坚 硬岩石因有牢固的结晶 或胶结联结，故其抗剪 断强度一般都比较高。
b tan c
岩石的强度指标
抗拉强度：岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力，以
结构面：岩体中的物质分异面、破裂面及软弱夹层等力
学不连续面。
结构体：岩体被结构面切割成的不同形状和大小的岩块 岩体的结构特征：岩体中结构面、结构体的形状、规
模、性质及其组合关系的特征。
岩体的结构特征
结构面的成因类型：原生结构面、构造结构面、次生
结构面
原生结构面：所有在成岩过程中形成的结构面
成因类型
度 d
sat
，天然密度 ，饱和密度 。
岩石的物理性质
孔隙性：岩石的空隙包括孔隙和裂隙，空隙性是岩石的
孔隙性和裂隙性的总称，可用空隙率、孔隙率、裂隙率 表示其发育程度。孔隙率（或称孔隙度）是指岩石中孔 隙（含裂隙）的体积与岩石总体积之比值。
n Vn 100% V
岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构 、构造， 同时也受风化作用、岩浆作用、构造运动及变质作用的 影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔 隙率的变化也很大。
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩体的结构特征
岩石与岩体：岩石是构成岩体的物质。岩体是由结构
面及结构体两个基本单元组成；岩石的物理力学性质和 水理性质取决于岩石的矿物成分，而岩体的物理力学性 质，既取决于结构面的力学性质，又取决于岩石的力学 性质。
拉断破坏时的最大张应力表示。抗拉强度是岩石力学性 质中的一个重要指标。
t
2Pt Dl
劈裂破坏
岩石的强度指标
抗拉强度：
直接拉伸
岩石的强度指标
三轴应力：
岩石的强度指标
三轴应力：
三轴试验机
岩石的强度指标
蠕变：岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随
时间延续而不断增长的现象。
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
失。软化性常以软化系数来表示，其等于岩石在饱水状
态下的极限抗压强度与岩石风干状态下极限抗压强度的
比值
KR
cw cd
岩石的物理性质
抗冻性：岩石孔隙、裂隙中存在的水结冰时体积膨胀，
产生较大的压力，使岩石的构造遭破坏。岩石冰冻作用
的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性
是评价岩石工程地质性质的一个重要指标。
岩石的抗冻性，与岩石的饱水因数、软化因数有着
密切关系。一般用抗冻系数和质量损失率来表示其抗冻
性 抗冻系数
质量损失率
Rd
cd 2 cd1
100%
Km
ms1 ms2 ms1
100%
岩石的物理性质
热学性：
比热容：1克岩石物质的温度升高1oC所需要的热量，用
以表示岩石储存热量的能量。
Q c m1 2
热导率：沿热流传递的方向，单位长度上温度降低1oC
时单位时间内通过单位面积的热量，表示岩石导热能力
的大小
k Q
l
S
热扩散率：热导率除以岩石密度和比热容之积，表征
岩石在环境温度变化时本身温度变化的速度
k c
岩石的物理性质
化学性：根据SiO2的含量，岩石可分为：酸性岩石（大
于65%），中性岩石（52%～65%）；碱性岩石（小于 52%）
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩石的物理性质
密度： 岩石的密度是指单位体积内岩石的质量，又分
为颗粒密度和块体密度。颗粒密度s 是岩石固体相部分 的质量与其体积的比值。块体密度是指岩块单位体积的
质量，按岩石的含水状况不同．块体密度又可分为干密
地质类型
沉积 层面、层理、沉积间断面（不整合
原 结构面 面、假整合面）、原生软弱夹层
生
结
火成 流层、流线、火山岩流接触面，蚀
构 结构面 变带、挤压破碎带、原生节理
面
变的结构特征
结构面的成因类型：
构造结构面：指构造运动作用下产生的破裂面，或破
碎带，包括节理、劈理、断层、层间滑动。这类结构面 对岩体稳定性影响很大，大部分岩体工程的不稳定都受 这类构造结构面的控制。
压密阶段(OA)：在试验机 的压缩下岩石内部的微缺 陷逐步闭合 弹性阶段(AB)：岩石发生 线弹性变形 稳定破裂发展阶段(BC)：岩石内部的微裂纹逐步稳定的 发育、扩展。 不稳定破裂发展阶段(CD)：微破裂的发展出现质的变化 应变软化阶段(DE)：微裂纹汇合成宏观主裂纹而使岩石 发生整体破坏。
岩石变形指标
岩石的物理性质
透水性：是指岩石允许水通过的能力。透水性大小主要
取决于岩石中孔隙、裂隙的大小和连通情况，一般用渗 透系数K来表示。
岩石的物理性质
软化性：是指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的
性质。软化性主要取决于岩石的矿物成分和结构构造特
征。岩石中粘土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高，则
易与水作用而软化，使其强度和稳定性大大降低甚至丧
岩石的物理性质
吸水性：岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，常以
吸水率、饱水率两个指标来表示。
吸水率 wa：指在常压下岩石的吸水能力，以岩石所吸水
分的重力与干燥岩石重力之比的百分数表示，即
wa Gw Gs 100 %
饱水率 w p：在高压(15MPa)或真空条件下岩石的吸水能
力，仍以岩石所吸水分的重力与干燥岩石重力之比的百 分数表示。吸水率与岩石的孔隙数量、大小、开闭程度 和空间分布等因素有关。吸水率与饱水率的比值，称为 岩石的饱水因数，其大小与岩石的抗冻性有关。
E e
变形模量：应力与总应变的比值
E0 p e 泊松比：岩石在轴向压力作用下，除产生纵向压缩外，
还会产生横向膨胀。这种横向应变与纵向应变的比值称 为泊松比，岩石的泊松比一般在0.2~0.4之间。
d L
岩石的强度指标
单轴抗压强度：岩石能承受的最大压应力，各种岩石
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
岩 石 单 轴 压 缩 曲 线
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
岩石力学试验机
岩石试件
破 坏 后 形 态
岩石的物理性质
单轴压缩变形过程：
抗压强度值差别很大，主要取决于岩石的结构和构造， 同时受矿物成分和岩石生成条件的影响。
c P A
抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力，以岩石被剪破
时的极限应力表示。坚 硬岩石因有牢固的结晶 或胶结联结，故其抗剪 断强度一般都比较高。
b tan c
岩石的强度指标
抗拉强度：岩石单向拉伸时抵抗拉断破坏的能力，以
结构面：岩体中的物质分异面、破裂面及软弱夹层等力
学不连续面。
结构体：岩体被结构面切割成的不同形状和大小的岩块 岩体的结构特征：岩体中结构面、结构体的形状、规
模、性质及其组合关系的特征。
岩体的结构特征
结构面的成因类型：原生结构面、构造结构面、次生
结构面
原生结构面：所有在成岩过程中形成的结构面
成因类型
度 d
sat
，天然密度 ，饱和密度 。
岩石的物理性质
孔隙性：岩石的空隙包括孔隙和裂隙，空隙性是岩石的
孔隙性和裂隙性的总称，可用空隙率、孔隙率、裂隙率 表示其发育程度。孔隙率（或称孔隙度）是指岩石中孔 隙（含裂隙）的体积与岩石总体积之比值。
n Vn 100% V
岩石孔隙率的大小，主要取决于岩石的结构 、构造， 同时也受风化作用、岩浆作用、构造运动及变质作用的 影响。由于岩石中孔隙、裂隙发育程度变化很大，其孔 隙率的变化也很大。
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩体的结构特征
岩石与岩体：岩石是构成岩体的物质。岩体是由结构
面及结构体两个基本单元组成；岩石的物理力学性质和 水理性质取决于岩石的矿物成分，而岩体的物理力学性 质，既取决于结构面的力学性质，又取决于岩石的力学 性质。
拉断破坏时的最大张应力表示。抗拉强度是岩石力学性 质中的一个重要指标。
t
2Pt Dl
劈裂破坏
岩石的强度指标
抗拉强度：
直接拉伸
岩石的强度指标
三轴应力：
岩石的强度指标
三轴应力：
三轴试验机
岩石的强度指标
蠕变：岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随
时间延续而不断增长的现象。
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
失。软化性常以软化系数来表示，其等于岩石在饱水状
态下的极限抗压强度与岩石风干状态下极限抗压强度的
比值
KR
cw cd
岩石的物理性质
抗冻性：岩石孔隙、裂隙中存在的水结冰时体积膨胀，
产生较大的压力，使岩石的构造遭破坏。岩石冰冻作用
的能力，称为岩石的抗冻性。在高寒冰冻地区，抗冻性
是评价岩石工程地质性质的一个重要指标。
岩石的抗冻性，与岩石的饱水因数、软化因数有着
密切关系。一般用抗冻系数和质量损失率来表示其抗冻
性 抗冻系数
质量损失率
Rd
cd 2 cd1
100%
Km
ms1 ms2 ms1
100%
岩石的物理性质
热学性：
比热容：1克岩石物质的温度升高1oC所需要的热量，用
以表示岩石储存热量的能量。
Q c m1 2
热导率：沿热流传递的方向，单位长度上温度降低1oC
时单位时间内通过单位面积的热量，表示岩石导热能力
的大小
k Q
l
S
热扩散率：热导率除以岩石密度和比热容之积，表征
岩石在环境温度变化时本身温度变化的速度
k c
岩石的物理性质
化学性：根据SiO2的含量，岩石可分为：酸性岩石（大
于65%），中性岩石（52%～65%）；碱性岩石（小于 52%）
《工程地质学概论》
第二章 岩石与岩体的性质
岩石的物理性质 岩石的力学性质 岩体的结构特征 岩体的力学性质 岩体的工程分类
岩石的物理性质
密度： 岩石的密度是指单位体积内岩石的质量，又分
为颗粒密度和块体密度。颗粒密度s 是岩石固体相部分 的质量与其体积的比值。块体密度是指岩块单位体积的
质量，按岩石的含水状况不同．块体密度又可分为干密
地质类型
沉积 层面、层理、沉积间断面（不整合
原 结构面 面、假整合面）、原生软弱夹层
生
结
火成 流层、流线、火山岩流接触面，蚀
构 结构面 变带、挤压破碎带、原生节理
面
变的结构特征
结构面的成因类型：
构造结构面：指构造运动作用下产生的破裂面，或破
碎带，包括节理、劈理、断层、层间滑动。这类结构面 对岩体稳定性影响很大，大部分岩体工程的不稳定都受 这类构造结构面的控制。
压密阶段(OA)：在试验机 的压缩下岩石内部的微缺 陷逐步闭合 弹性阶段(AB)：岩石发生 线弹性变形 稳定破裂发展阶段(BC)：岩石内部的微裂纹逐步稳定的 发育、扩展。 不稳定破裂发展阶段(CD)：微破裂的发展出现质的变化 应变软化阶段(DE)：微裂纹汇合成宏观主裂纹而使岩石 发生整体破坏。
岩石变形指标
岩石的物理性质
透水性：是指岩石允许水通过的能力。透水性大小主要
取决于岩石中孔隙、裂隙的大小和连通情况，一般用渗 透系数K来表示。
岩石的物理性质
软化性：是指岩石在水的作用下，强度和稳定性降低的
性质。软化性主要取决于岩石的矿物成分和结构构造特
征。岩石中粘土矿物含量高、孔隙率大、吸水率高，则
易与水作用而软化，使其强度和稳定性大大降低甚至丧
岩石的物理性质
吸水性：岩石吸收水分的性能称为岩石的吸水性，常以
吸水率、饱水率两个指标来表示。
吸水率 wa：指在常压下岩石的吸水能力，以岩石所吸水
分的重力与干燥岩石重力之比的百分数表示，即
wa Gw Gs 100 %
饱水率 w p：在高压(15MPa)或真空条件下岩石的吸水能
力，仍以岩石所吸水分的重力与干燥岩石重力之比的百 分数表示。吸水率与岩石的孔隙数量、大小、开闭程度 和空间分布等因素有关。吸水率与饱水率的比值，称为 岩石的饱水因数，其大小与岩石的抗冻性有关。