岩石的主要物理性质和力学性质

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。
七、岩石的透水性
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。
（3） 风化对岩石力学性能的影响
风化程度不同，对岩石力学性质的影响程度也不同：
1 、降低岩体结构面的粗糙程度并产生新的裂隙，使
岩体分裂成更小的碎块，进一步破坏岩体的完整性。
2 、岩石在化学风化过程中，矿物成分发生变化，原 生矿物受水解、水化、氧化等作用，逐渐为次生矿物所 代替，特别是产生粘土矿物，并随着风化程度的加深， 这类矿物逐渐增多。
四、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。 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(ω 1)： 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。
（2）破坏：把材料进入无限塑性增大时称为破坏。
（3）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。
岩石的单轴抗压强度σ
P c A
C
端部效应
破坏形态
岩石的单轴抗拉强度σ
直接拉伸试验
t
P t A
岩石的剪切强度τ
f：岩石抵抗剪切破坏的能力。
十、
影响岩石力学性质的因素
（1）矿物成分对岩石力学性质的影响
矿物硬度大，岩石的弹性越明显，强度越高。
如岩浆岩，橄榄石等矿物含量的增多，弹性越明显， 强度越高； 沉积岩中，砂岩的弹性及强度随石英含量的增加而 增高；石灰岩的弹性和强度随硅质物含量的增加而增高。 变质岩中，含硬度低的矿物（如云母、滑石、蒙脱 石、伊利石、高岭石等）越多，强度越低。
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
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。
c 2 c1 a 2 a1
九、 岩石的强度特性
概念：
（1）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。
五、 岩石的软化性
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
>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。
（2）岩石的结构构造对岩石力学性质的影响
岩石结构的影响 岩石的结构 —— 指岩石中晶粒或岩石颗粒的大小、形
状以及结合方式。
岩浆岩：粒状结构、斑状结构、玻璃质结构； 沉积岩：粒状结构、片架结构、斑基结构； 变质岩：板理结构、片理结构、片麻理结构。 岩石的结构对岩石力学性质的影响主要表现在结构的 差异上。例如：粒状结构中，等粒结构比非等粒结构强 度高；在等粒结构中，细粒结构比粗粒结构强度高。
六、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
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
石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
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
（g/cm3） (kN /m3)
g
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。
2、干密度（ρ d）和干重度(γ
八、 岩石的变形特性
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。
线弹性变形 弹性变形 变形 塑性变形 非线弹性变形
3、由于岩石和岩体的成分结构和构造的变化，岩体
的物理力学性质也随之变化。一般：抗水性降低，亲
水性增高（如膨胀性、崩解性、软化性增强），强度 降低，压缩性加大，孔隙性增加，透水性增强（但当 风化剧烈，粘土矿物较多时，透水性又趋于降）。 总之，岩体在风化营力作用下，岩体的力学性质大
大恶化。
即：
W 2 2 100% Ws
（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。
岩石构造的影响
岩石的构造——指岩石中不同矿物集合体之间或矿物 集合体与其他组成部分之间的排列方式及充填方式。 岩浆岩：颗粒排列无一定的方向，形成块状构造； 沉积岩：层理构造、页片状构造； 变质岩：板状构造、片理构造、片麻理构造。 层理、片理、板理和流面构造等统称为层状构造。 宏观上，块状构造的岩石多具有各向同性特征，而层 状构造岩石具有各向异性特征。
W 1 1 100 % Ws
岩石的吸水率的大小，取决于岩石所含孔隙、裂隙 的数量、大小、开闭程度及其分布情况，并且还与试验 条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。
（2）岩石的饱水率（ω 2）
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，
岩石的主要物理性质和力学性质
岩石的主要物理性质
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在内的体 积。
W（g/cm3），γ ＝ρ g(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
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(γ w)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
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); Δ W — 40C时水的密重。
三、岩石的孔隙性：反映裂隙发育程度的指标
（一）孔隙比
e VV / VC
VV——孔隙体积（水银充填法求出VC+VV
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、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：