岩石物理、化学性质及其分类

50~100
10~20 20~50
石英-闪长岩
3700~5900
240~330
300~400
11~19
20~30
107~108
30~50
3 岩石的坚固性
坚固性是指岩石对外界各种机械破坏的综合抵抗能力。
1）强度
岩石能承受一定外力作用而不破坏的性能
2）硬度
岩石表面抵抗工具侵入的性能，与凿岩性密切相关。凿岩 时，比单向抗压强度更有意义，指岩石表面被破坏的性能。
ρc为波阻抗，表示岩石对应力波传播
的阻尼作用，一般ρc越大，凿爆越困难； 岩石结构致密，坚硬，强度大，无大 的地质构造弱面，则ρc大，日本关于岩 石的分级多采用ρc指标（见表1-3）
视频1
表1-3
材料名称
几种材料的波阻抗 5130 3670 4000~6800 4500~7000 4700~7500 5600~6300 3200~5500 5200~6700 3000~4600 2500~6000 5000~6500 4000 3170 800~1900 1400~2000 1800~2300 1600~1950 700~1900 1200~1900 600~1300 575~1620 1100~1900
第二节
1 变形特征
岩石的力学性质
变形特征—研究动、静载荷作用下应 力和应变的关系 1）应力与应变
静载—载荷不随时间变化 或随时间变化不大。岩石应力 应变曲线见图1。
图 1 静载变形特性曲线
①脆性—岩石没有产生显著的永久变形就开始破坏的性质， 一般岩石呈脆性破坏。
②塑性—与脆性相反，在破坏前有较明显的永久变形，如泥
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
片麻岩 大理岩 石英岩 粘 土
砂
子
1.5~1.7
1.4~1.6
3 碎胀性 碎胀性是指岩石破碎后，总体积增加的性质。 表征岩石的碎胀性用碎胀系数K表示，碎胀系 数也称为松散系数。
容重γ:包括孔隙在内的岩石单位体积重量， 也称岩石的体重。(t/m3)
G V
岩石的孔隙度、密度、容重主
要影响岩石的抛掷、堆积和装运。
几种岩石孔隙度、密度、容重见表1-1。
表1-1
岩石名称
花岗岩
几种岩石的孔隙度、密度、容重
孔隙度（%）
0.5~1.5
密度（g/cm）
2.6~2.7
容重（t/m3）
2 岩石的强度特征
（1）岩石的强度特征的定义 岩石的强度特征是指岩石能承受一定 外力的作用而不破坏的性能，它是以岩石 恰在破坏时应力大小来表示的。分动、静 载强度。
表1-4 几种岩石的动、静强度表
应力波的平均 传播速度 （m/s）
抗压强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 加载速度 载荷持续 (Mpa/s) 时间（ms） 静态 90~110 100~140 动态 120~200 120~200 静态 5~9 8~9 动态 20~40 50~70 107~108 107~108 10~30 20~30
2 可钻性分级
可钻性分级的测定是使用便携式岩石凿测器测定岩石的 凿碎比能（破碎单位体积岩石所消耗的能量（J/cm3）和 凿480次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分3类7级。
1-钎头； 2-承击台； 3-销钉； 4-导向杆； 5-落锤(4kg)； 6-卡套； 7-转动手柄
视频1
3 爆破性分级 爆破性是岩石本身物理力学性质和炸药性 能，爆破参数和爆破工艺的综合效应。岩石爆 破性指数为：
页岩，高岭土矿，巷道底鼓。 ③弹性—在弹性变形范围内，当外载去掉后，岩石恢复原形 的性质。岩石在弹性极限内呈弹性，岩石可用与材料力学中
各弹性常数一样表示。
视频3
视频1
视频2
2）岩石动载变形特性
（1）动载的特点
①动载荷随时间而变化P=f(t)； 冲击载荷就是一种动载荷，凿岩中活塞与钎尾、钎头与
岩石爆破中的起爆、传爆、爆轰波，应力波对岩石的作 用都是冲击载荷。
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。
密度(g/cm3) 纵波速度(m/s) 波阻抗(kg/cm2.s)
钢 铜 花岗岩 玄武岩 辉绿岩 辉长岩 石灰岩 白云岩 砂 岩 板 岩 石英岩
7.8 8.4~8.9 2.6~3.0 2.7~2.86 2.85~3.05 2.9~3.1 2.3~2.8 2.3~2.8 2.1~2.9 2.3~2.7 2.65~2.9
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
2.56~2.67
玄武岩
辉绿岩 石灰岩 白云岩 砂 页 板 岩 岩 岩
0.1~0.2
0.6~1.2 5.0~20 1.0~5.0 5.0~25 10~30 0.5~1.5 0.5~2.0 0.1~0.8 45 30~50
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
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
弹性联系，变形和应力以
速度c传播，在时间t内， 变形范围为ct. 图1-3 钎杆中应变波传播情况
e67.22 K 大 7.42 c 2.03 F ln 38.44 1.89 4.75 e VK 平 K小
岩石种类
大理石 和泉砂岩
4500~6000 3700~4300
多湖砂岩
群马砂岩 辉绿岩
1800~3500
4100~5700 5300~6000
15~25
200~240 320~350
20~50
350~500 700~800
2~3
16~23 22~32
10~20
20~30 50~60
106~107
107~108 107~108
f R 30 R 3
等级 坚固性程度 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲa Ⅳ Ⅳa 最坚固 很坚固 坚固 坚固 较坚固 较坚固
典型的岩石
f值 20 15 10 8 6 5
最坚固、细致和有韧性的石英岩、玄武岩及其 它坚固岩石
很坚固花岗岩、石英斑岩、硅质片岩、较坚固 的砂岩和石灰岩
致密花岗岩、很坚固砂岩和石灰岩，石英质矿 脉等
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 岩石的力学性质 1.3 岩石的分级
第一节
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
3
2 1.5 1.0 0.8 0.6 0.5 0.3
致密黏土，软弱的烟煤、坚固的冲击层、黏土 质土壤
轻砂质黏土、黄土、砾石 腐植土、泥煤、轻砂质土壤、湿砂 砂、细砾石、松土、采下的煤 流沙，沼泽土壤、含水黄土及其它含水土壤
松散性岩 石
流沙性岩 石
3）该评价方法的评价 强调了一致性，忽视了各岩石特性的特 殊性和差异性，因此有一定的误差，显得有 些片面和笼统，如难凿的岩石不一定难爆， 但简单易行，易于推广。多年来在各类矿山 流行使用。
K V1 / V
碎胀系数k也称为松散系数，一般为k=1.3~1.6， 在挤压爆破和深孔天井掘进中，k值非常重要。
表1-2 几种岩石的碎胀系数
岩石名称 碎胀系数k 砂、砾石 1.05~1.20 砂质粘土 1.20~1.25 中硬岩石 1.30~1.50 坚硬岩石 1.50~2.50
4、岩石的波阻抗