岩石物理力学性质
第二章 岩石的基本物理力学性质
A
B ks A/ km/ km C ks/
O1
O2
第二章
第二章
岩石的基本物理力学性质
将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的 压力室中，然后向压力室内压入水，使试件 在各个方向受到周围压力，并使液压在整个 试验过程中保持不变，这时试件内各向的三 个主应力都相等，因此不发生剪应力。然后 再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样， 竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向 主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时 ，试件终于受剪而破坏。设剪切破坏时由传 力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试 件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力 为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力 圆，用同一种土样的若干个试件(三个上)按 以上所述方法分别进行试验，每个试件施加 不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时 的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应 力圆。
VHP H1 / H (%)
式中 H 为有侧向约束条件下所测得的轴向膨胀变 形。 3．膨胀压力 指岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大 压力。
第二章
岩石的基本物理力学性质
§2 岩石的强度特性
一、岩石的单轴抗压强度
Rc P / A
式中：Rc—单轴抗压强度，有时亦称无侧限强度； P—在无侧限条件下，轴向破坏荷载； A— 试件的截面面积。 （一）单轴抗压强度的试验方法 岩体力学中，Rc是研究最早，最完善的特性之一。 试件：直径或边长为4.8～5.2cm，高度为直径的2.0～ 2.5cm倍。
c tan
式中 tan—岩石抗剪断内摩擦系数, C—岩石的粘结力（内聚力）。
第二章
岩石的基本物理力学性质
§2 岩石的强度特性
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
岩石物理力学性质(物理力学指标)
岩石的物理力学指标（目标：掌握岩石的物理力学指标及其试验方法）密度：单位体积所具有的质量称为密度，公式ρ=m/V(kg/m 3);块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度、饱和密度和天然密度之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。
试验方法：岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，采用比重瓶法或水中称量法测定。
比重瓶法测定岩石的颗粒密度，又分为土工试验方法、岩石试验方法和建筑材料试验方法三种。
岩石的块体密度是指单位体积的岩石质量，是岩石试件的质量与其体积之比。
岩石的块体密度试验量积法适用于能制备成规则试件的岩石;水中称量法适用于除遇水不崩解、不溶解和不干缩湿胀的其他各类岩石:密封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。
岩石的比重：岩石的比重就是绝对干燥时岩石固体部分实体积(即不包含孔隙的体积)的重量与同体积水(4℃)的重量之比。
岩石的容重：单位体积内岩石(包括孔隙体积)的重量称为岩石的容重，单位（N/m ³）。
公式γ=G/V （N/m 3)，容重等于密度和重力加速度的乘积，即γ=ρg ，单位是牛/立方米（N/m ³）。
干容重：就是指不含水分状态下的容重。
一般用于表示土的压实效果，干容重越大表示压实效果越好。
最大干容重：是在实验室中得到的最密实状态下的干容重。
含水率：岩石含水率反映了岩石在天然状态下的实际情况，用烘干前的质量减去烘干后的质量与烘干后的质量之比来表示。
试验方法：烘干法。
％10000⨯-=d d m m m w岩石试件的含水率对测试成果的影响尤为明显，因为具有膨胀特性的岩石，吸水膨胀。
试验前试件的含水率应尽量接近天然含水状态，实行干法加工。
岩石膨胀特性稳定时间:膨胀试验时间一般在48h 以内，膨胀压力试验则往往超过48h 。
水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质； 吸水性：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。
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。
岩石物理力学性质
矿物名称 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
野外简易鉴定方法 用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划 用指甲可刻划 用黄铜板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划 小刀可刻划 用削铅笔刀刻划时可留下明显划痕，不能刻划玻璃 小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃 用小刀不能刻划 能刻划玻璃，难于刻划石英 能刻划石英 能刻划石英
2019/10/18
2019/10/18
浅成岩
多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。 岩石多呈现斑状结构。
煌斑岩为一种浅成 岩，通常颜色较深， 含有由暗色矿物组 成的斑晶，在肉眼 观察时，其标本闪 闪发光，因此而得
名。
2019/10/18
喷出岩
喷出岩是一种火成岩，也被称为火山岩，是由 火山喷出的岩浆在地表迅速冷却后形成的岩石， 由于冷却速度很快，一般喷出岩的结构会形成 细粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑 和斑晶。
变质岩——在已有岩石的基础上，经过变质混合 作用后形成的岩石。变质岩的性质与变质作用பைடு நூலகம் 特点及原岩的性质有关。其岩石力学性质差别很 大。
2019/10/18
岩浆岩（火成岩）
是由熔融的岩浆冷凝结晶形成的，而岩浆又是地下的岩石 在高温（625～1200℃）下溶化形成的。
科学家估计，地心的温度可能有5000℃。大多数热通过 对流和传导的方式从地心传到固体的地球外壳。热也能够 在岩石圈子下部通过磨擦而产生，俯冲的地壳板块也能产 生足够的热和压力熔化岩石，这个事实解释了一些沿大陆 板块边缘分布的火山。
母、角闪 角闪石、
石
辉石
角闪石、辉 辉石、角 石、黑云母 闪石、橄
榄石
橄榄石、 辉石
花岗岩 正长岩
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
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G
孔隙比 e
孔隙率
含水率 浸水抗压强 岩石试样 W(%) 度（MPa） (高 ：直径)
备注
7.64
ZK1-3 7.4-8.0
2.5
2.42
2.78
0.149
13
3.32
7.74
11.78
ZK9-1 5.2-5.8
2.53
2.44
2.73
0.117
10.4
3.48
12.58 9.35
17.59
ZK12-2 12.0-12.6 2.45
5 14.71 5.41 11.60 3.96 0.34 0.68 7.84
制表：代兴怀
检查：夏源
项目负责：马忠尉
审核：雷慧莲
岩石物理性质试验成果统计表
工程名称：楚雄经济开发区古镇小学建设项目一期工程场地岩土工程勘察
附表No：5-2
岩土层编号
岩石 名称
样品 取样深度 密度
干密度 比重
编号
（m） （g/cm3） （g/cm3）
ZK36-2 13.4-14.0 2.56
2.46
2.68
0.088
8.1
3.94
27.04*
11.18
样本数
6
6
6
6
6
6
14
最大值
2.56
2.46
2.78
0.15
13.00
4.74
26.79
最小值
2.45
2.39
2.65
0.09
8.10
2.60
5.26
平均值
2.52
2.43
2.72
0.12
10.58
2.38
2 2.53 2.38 2.46
干密度 （g/cm3）
2.34
比重 G
2.7
孔隙比 e
孔隙率
含水率 W(%)
0.155
13.4
4.8
2.2
2.75
0.249
20
11.77
2.33 2.28
2.73 2.64
0.171 0.158
14.6 13.6
8.06 4.38
2.41
2.72
0.131
11.6
10.7
2.5
2.72
0.113
10.2
3.12
18.27 11.62 12.35 10.68
说明:带*
2:1
者不参与
统计
9.41
中 风
ZK32-3 16.0-16.6 2.56
2.45
2.78
0.136
11.9
4.58
22.39 28.79
④1
化 泥
样本数
26.51
3
3
3
3
3
3
9
灰 岩
最大值
2.56
2.39
2.71
0.135
11.9
2.6
31.84*
18.21
24.77
ZK16-2 10.0-10.6 2.56
2.46
2.75
0.117
10.5
3.96
23.12
10.7
中
18.16
风
ZK19-3 16.0-16.6 2.51
2.4
2.65
0.106
9.6
4.74
29.05*
④
化
泥
26.79
岩
5.26
3.92
2
2.72
0.36
26.5
12.99
2.36
7 2.41 2.00 2.27
2.78
7 2.78 2.64 2.72
0.18
7 0.36 0.13 0.20
15.3
3.99
7 26.50 11.60 16.43
7 12.99 3.92 7.13
fa =ψr·frk=5.57×0.1MPa =557KPa
2.46
ZK10-1 3.6-4.2 ZK12-1 7.0-7.6
2.52 2.38
ZK16-1 3.2-3.8
2.5
ZK20-1 6.2-6.8
2.26
ZK29-2 9.0-9.6
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
ZK17-2 5.2-5.8
2.45 7
2.52 2.26 2.43
2.15
ZK27-1 7.2-7.8
2.42
ZK32-2 5.1-5.7
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
ZK22-3 3.0-3.6
2.47 3
2.47 2.15 2.35
2.53
ZK35-1 8.4-9.0
样本数 最大值 最小值 平均值 标准差 变异系数 统计修正系数 标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=4.52×0.1MPa =452KPa
取ψr=0.1
2.41
2.75
0.143
12.5
5.18
2.27
2 2.41 2.27 2.34
2.66
2 2.75 2.66 2.71
0.17
2 0.17 0.14 0.16
14.5
2 14.50 12.50 13.50
4.7
2 5.18 4.70 4.94
fa =ψr·frk=7.84×0.1MPa =784KPa 取ψr=0.1
浸水抗压强 岩石试样 度（MPa） (高 ：直径)
6.29 8.84 7.72 4.42 5.96 6.33 4.84 8.49 9.44 10.76 6.31 5.64 4.42 2.91 1.62 7.58 8.19 8.02
3.67
14.63
标准差
6.84
变异系数
0.47
统计修正系数
0.78
标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=11.35×0.15MPa =1702.5KPa
取ψr=0.15
11.35 11.69
ZK17-3 13.4-14.0 2.5
ZK25-2 8.6-9.2
2.52
2.44 2.44
2.7
0.12
18 10.76 1.62 6.54 2.34 0.36 0.85 5.57
备注
2.23 1.42 8.9 5.16 9.15 6.39 6.52 8.41
8 9.15 1.42 6.02 2.94 0.49 0.75 4.52
说明:带*
2:1
者不参与
统计
14.59 13.33 9.94 14.71 5.41 16.14*
岩石物理性质试验成果统计表
工程名称：楚雄经济开发区古镇小学建设项目一期工程场地岩土工程勘察
附表No：5-1
岩土层编号
③
③1 ③2
岩石 名称
强 风 化 泥 岩
强 风 化 泥 灰 岩
强 风 化 砂 岩
样品 取样深度 密度 编号 （m） （g/cm3）
ZK1-2 5.8-6.4
2.45
ZK3-2 3.5-4.1
2.45
2.78
0.14
11.90
4.58
28.79
最小值
2.50
2.44
2.70
0.11
10.20
2.50
9.41
平均值
2
10.93
3.40
16.86
标准差
7.38
变异系数
0.44
统计修正系数
0.75
标准值 承载力容许值
fa =ψr·frk=12.64×0.15MPa =1896KPa
取ψr=0.1
1.66
2.66
0.598
37.4
29.2
2.28
2.68
0.175
14.9
6.06
2.37
3 2.37 1.66 2.10
2.68
3 2.68 2.66 2.67
0.132
11.7
4.36
3 0.60 0.13 0.30
3 37.40 11.70 21.33
3 29.20 4.36 13.21