岩石的比重、孔隙率
岩土力学
岩体力学的发展可分为两个阶段： 连续介质力学阶段。把岩体视为一种完整的连续介质材料，将连 续介质力学的理论和方法，特别是把土力学理论移植过来，用于 解决在工程建设中遇到的岩体力学问题。 碎裂岩体力学阶段。在20世纪50年代末和60年代初，国际上发生 了几次大型水坝工程事故。在对这些重大事故研究过程中，逐渐 注意到岩体并不是完整一块，而是由节理、断裂等切割成的碎裂 岩体。在岩体力学研究中重视了节理、断裂面等力学作用，提出 了不连续性、不均匀性、各向异性是岩体的重要特征；注意到尺 寸效应等现象。在力学分析上出现了块体分析的理论和方法。 当 前，连续介质力学理论仍具有支配作用。同时，正在注意研究碎 裂介质岩体力学分析理论和方法；研究结构力学的理论和方法在 岩体力学研究中的应用；研究运用岩体变形观测反分析与岩体改 造措施相结合的实用岩体力学问题，不断地深入认识岩体，修改 设计，补充岩体改造措施，使岩体工程设计逐步完善，并有了一 套应用岩体力学的理论和方法。
拉伸破坏
劈裂破坏
剪切破坏
延性破坏
岩石材料的试验机
非刚性机
刚性机
岩石的强度
岩石的强度——表示岩石抵抗外力破坏能力的大小 峰值强度——在临近破坏时具有的最大承载能力。 残余强度——在发生破坏后仍然具有的承载能力。 岩石的抗压强度、抗剪强度及抗拉强度——岩石在
压缩、剪切或拉伸应力作用下的抗破坏能力各不相同，与 之相对应的强度值分别为抗压强度、抗剪强度和抗拉强度。
o B、沉积岩 o 是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在 原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来， 经胶结和成岩作用而形成的，具层理构造。
o C、变质岩 o 是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后 形成的。由于温度、压力的不同，则有高温变 质、中温变质及低温变质，再加上作用力的不 同，又有更多的组合的变质混合条件。
矿山岩体力学名词解释
13. 变形模量：正应力与总正应变之比
14. 岩石的强度：岩石在外载荷的作用下当应力达到某一极限值是发生破坏，这个极限值就是岩石的强度
15. 渗透系数：在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过的孔隙骨架的难易程度
16. 扩容：当外力继续增加，岩石试件的体积不是减小，而是大幅度的增大，且增大的速率越来越大，最终将导致岩石试件的破坏，这种体积明显增大的想象叫做扩容。是岩石具有产生的一种明显的非弹性体积变形。
25. 格里菲斯强度理论：1）在脆性材料内部存在着许多杂乱无章的扁平微小裂纹。 在外力作用下，这些裂纹尖端产生很大的拉应力集中，导致裂纹扩展、贯通，从而使材料产生宏观破坏。
（2）裂纹将沿着与最大拉应力作用方向相垂直的方向扩展。
认为脆性破坏时基于受拉引起的，而不是剪切
25. 结构面指岩体中存在着的各种不同成因和不同特性的地质界面
1. 岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体 。
2. 岩块：指从地壳岩层中切去出来的，无显著弱面的岩石块体。
3. 岩体：指天然埋藏条件下大范围分布的，有结构面和结构体组成的地质体。
4. 岩石的容重：单位体积内岩石的重量。
5. 岩石的比重：岩石干重量除以岩石的实体体积，再与4度的水的容重的比值。
22. 本构方程：在塑性力学和流变学中，介质的应力应变关系是非线性的，这种非线性关系的表达式
23. 松弛时间：当应变一定时，盈利降到1/e倍所需要的时间
24. 库伦摩尔准则：τf =f(σ)所表达的是一条曲线，该曲线的型式有：直线型、抛物线型、双曲线型、摆线型。而直线型与库伦准则表达式相同，因此，也称为库伦－莫尔强度理论。由库仑公式表示莫尔包络线的强度理论，称为莫尔－库仑强度理论。
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。
岩石的比重、孔隙率
.3.2 岩石的比重、孔隙率a、岩石比重岩石的比重就是指岩石的干比重除以岩石实体体积(不包括孔隙)，再与4℃时水的容重相比，即：式中，Gs－岩石比重Ws－绝对干燥时体积为V的岩石重力(KN)Vs－岩石实体(不包括孔隙)体积(m)γw－在4℃时水的容重，γw＝10(KN/m)b、孔隙率岩石内孔隙体积与总体积(包括孔隙体积)之比，计算式为：根据岩石干容重γd和比重Gs，也可以用下式计算：式中, n－孔隙率,以百分数表示Vv－孔隙、裂隙体积(m)V－岩样总体积(m)图1.3.1b碳酸盐类岩石的抗压强度与孔隙率的关系。
图1.3.1b描述岩体孔隙性的另一个指标，孔隙比е。
它是岩石孔隙体积与岩石实体体积之比，即:一些主要岩石的物理性质岩石名称比重密度孔隙率（%）吸水率（%）（g/cm）岩浆岩花岗岩 2.50～2.84 2.30～2.80 0.04～3.53 0.2～1.7 花岗闪长岩 2.65～ 2.65 1.5～1.8 1.5～1.8 闪长岩 2.60～3.10 2.52～2.96 0.25～3.0 0.18～0.40 正长岩 2.50～2.90 2.40～2.85 0.47～1.94 辉长岩 2.70～3.20 2.55～2.98 0.29～3.13流纹斑岩 2.62～2.65 2.58～2.51 0.9～2.30 0.14～0.35 流纹岩 2.65 2.60～2.65粗面岩 2.40～2.70 2.30～2.67安山岩 2.40～2.80 2.30～2.75 1.09～2.19闪长玢岩 2.66～2.84 2.49～2.78 2.1～5.1 0.4～1.0 斑岩 2.62～2.84 2.20～2.74 0.29～2.75玢岩 2.60～2.90 2.40～2.86辉绿岩 2.60～3.10 2.53～2.97 0.40～6.38 0.20～1.0 玄武岩 2.50～3.10 2.53～3.10 0.35～3.0 0.39～0.80 橄榄岩 2.90～3.40 2.90～3.40霏细岩 2.66～2.84 2.62～2.78 1.59～2.23 0.18～0.35 响岩 2.40～2.70 2.40～2.70火山碎屑岩火山角砾岩 2.50～3.00 2.20～2.90安山凝灰岩 2.68 2.58 4.59 0.55 粗面凝灰岩25.07凝灰质熔岩 2.87 2.64 3.35沉积岩硅质砾岩 2.64～2.77 2.42～2.70 0.40～4.10 0.16～4.40 石英砾岩 2.67～2.71 2.60 0.34～9.3钙质胶结砾岩 2.42～2.66粘土质胶结砾岩 2.20石英砂岩 2.64～2.77 2.42～2.77 1.04～9.30 0.14～4.10 硅质胶结砂岩 2.50泥质胶结砂岩 2.60～2.70 2.20～2.60 5.00～20.0 1.00～9.00 页岩 2.57～2.77 2.30 2.46～7.59砂质钙质页岩 2.47～2.60 2.00～7.00 2.30～6.00 灰质页岩 2.65～2.70致密石灰岩 2.70～2.80 2.60～2.77 1.00～3.5 0.20～3.00 白云质灰岩 2.75 2.70～2.75 1.64～3.22 0.50～0.66 泥质灰岩 2.70～2.75 2.45～2.65 1.00～3.00 2.00～4.00变质片麻岩(新鲜) 2.69～2.82 2.65～2.79 0.70～2.20 0.10～0.70 花岗片麻岩(强风化)2.30～2.50岩石英、角闪石片2.72～3.02 2.68～2.92 0.70～3.00 0.10～0.30岩云母、绿泥石片2.75～2.83 2.69～2.76 0.80～2.10 0.10～0.60岩硅质板岩 2.74～2.81 2.71～2.75 0.30～3.80 0.70泥质板岩 2.68～2.77 2.31～2.75 2.5～13.5千枚岩 2.81～2.96 2.71～2.86 0.50～0.80石英岩 2.70～2.75 2.65～2.75 0.50～2.80 0.10～0.40白云岩 2.78 2.70 0.3～25大理岩 2.70～2.87 2.70 0.1～6。
岩石的比重孔隙率
、3、2 岩石的比重、孔隙率a、岩石比重岩石的比重就就是指岩石的干比重除以岩石实体体积(不包括孔隙),再与4℃时水的容重相比,即:式中,Gs－岩石比重Ws－绝对干燥时体积为V的岩石重力(KN)Vs－岩石实体(不包括孔隙)体积(m)γw－在4℃时水的容重,γw＝10(KN/m)b、孔隙率岩石内孔隙体积与总体积(包括孔隙体积)之比,计算式为:根据岩石干容重γd与比重Gs,也可以用下式计算:式中, n－孔隙率,以百分数表示Vv－孔隙、裂隙体积(m)V－岩样总体积(m)图1、3、1b碳酸盐类岩石的抗压强度与孔隙率的关系。
图1、3、1b描述岩体孔隙性的另一个指标,孔隙比е。
它就是岩石孔隙体积与岩石实体体积之比,即:一些主要岩石的物理性质岩石名称比重密度(g/cm) 孔隙率(%) 吸水率(%)岩浆岩花岗岩2、50～2、84 2、30～2、80 0、04～3、53 0、2～1、7 花岗闪长岩2、65～2、65 1、5～1、8 1、5～1、8 闪长岩2、60～3、10 2、52～2、96 0、25～3、0 0、18～0、40 正长岩2、50～2、90 2、40～2、85 0、47～1、94 辉长岩2、70～3、20 2、55～2、98 0、29～3、13流纹斑岩2、62～2、65 2、58～2、51 0、9～2、30 0、14～0、35 流纹岩2、65 2、60～2、65粗面岩2、40～2、70 2、30～2、67安山岩2、40～2、80 2、30～2、75 1、09～2、19闪长玢岩2、66～2、84 2、49～2、78 2、1～5、1 0、4～1、0 斑岩2、62～2、84 2、20～2、74 0、29～2、75玢岩2、60～2、90 2、40～2、86辉绿岩2、60～3、10 2、53～2、97 0、40～6、38 0、20～1、0 玄武岩2、50～3、10 2、53～3、10 0、35～3、0 0、39～0、80 橄榄岩2、90～3、40 2、90～3、40霏细岩2、66～2、84 2、62～2、78 1、59～2、23 0、18～0、35 响岩2、40～2、70 2、40～2、70火山碎屑岩火山角砾岩2、50～3、00 2、20～2、90安山凝灰岩2、68 2、58 4、59 0、55 粗面凝灰岩25、07凝灰质熔岩2、87 2、64 3、35沉积岩硅质砾岩2、64～2、77 2、42～2、70 0、40～4、10 0、16～4、40 石英砾岩2、67～2、71 2、60 0、34～9、3钙质胶结砾岩2、42～2、66粘土质胶结砾岩2、20石英砂岩2、64～2、77 2、42～2、77 1、04～9、30 0、14～4、10 硅质胶结砂岩2、50泥质胶结砂岩2、60～2、70 2、20～2、60 5、00～20、0 1、00～9、00 页岩2、57～2、77 2、30 2、46～7、59砂质钙质页岩2、47～2、60 2、00～7、00 2、30～6、00 灰质页岩2、65～2、70致密石灰岩2、70～2、80 2、60～2、77 1、00～3、5 0、20～3、00 白云质灰岩2、75 2、70～2、75 1、64～3、22 0、50～0、66 泥质灰岩2、70～2、75 2、45～2、65 1、00～3、00 2、00～4、00变质片麻岩(新鲜) 2、69～2、82 2、65～2、79 0、70～2、20 0、10～0、70 花岗片麻岩(强风化)2、30～2、50。
岩体力学(1,2,4,5章)
武汉化工学院环境与城市建设学院
《岩土力学》
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式中： H , D —分别是浸水后岩石试件轴向、径向变 形量； H、D—分别是岩石试件试验前的高度、直径。 2．岩石的侧和风吹草动约束膨胀率（VHP） 与岩石自由膨胀率不同，计算式如下：
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§4 岩体力学在其他学科中的地位
一、地质学科在在岩体力学中的作用 岩体力学与工程地质学紧密联系。
§4 岩体力学在其他学科中的地位 一、地质学科在在岩体力学中的作用 岩体力学与工程地质学紧密联系。 二、力学学科在岩体力学中的作用 岩体力学学科中的一个分支，属固体力学范畴。
Rt P / A
试验关键：①岩石试件与夹具间必须有足够的粘结力或摩 擦力；②所施加的拉力必须与岩石试件同轴心。
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（二）抗弯法
t MC / I
式中 t — 由三点或四点抗弯试验所求得的最大拉应力 M—作用在试件截面上的最大弯矩 C—梁的边缘到中性轴的距离 I—梁截面在绕中性轴的惯性矩。 此法应用比直接法少些。 （三）劈裂法（巴西法） 试件破坏时作用在试件中心的最大拉应力为：
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2．岩石吸水率
Wd ( d ) / c (%)
（二）岩石的渗透性
dh q x k A (m 3 / s) dx
式中qx 沿x方向水流量 h 水头高度 A 垂直于x方向的截面面积 K 岩石的渗透系数(m/s) 四、岩石的抗风化指标 （一）软化系数()
岩石的物理力学性质
nb Vnb 100% V
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（Vnl) 占试件总体积(V)的百分比。
nl Vnl 100% V
(4)总开空隙率（孔隙率）n0: 即岩石试件内开型空隙的 总体积（Vn0)占试件总体积(V)的百分比。
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
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。
7.岩石的碎胀性
岩石破碎后的体积VP 比原体积 V增大的性能称为岩石
的碎胀性，用碎胀系数ξ 来表示。
VP V
碎胀系数不是一个固定值，是随时间而变化的。 永久碎胀系数（残余碎胀系数）――不能再压密时 的碎胀系数称为永久碎胀系数.
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
Байду номын сангаас
>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。
1 与 主 应 力 差 ( σ 1-
σ 3) 的关 系 曲 线 表 示 。
反复加卸载对岩石变形的影响
围压对岩石变形的影响
三轴应力状态下大理岩的应力－应变曲线
围压对岩石刚度的影响
砂岩：孔隙较多，岩性较软， σ3增大，弹性模量变大。 辉长岩：致密坚硬， σ3增大，弹性模量几乎不变。
高等岩石力学-岩石力学实验
Adwanced Rock Mechanics
高等岩石力学
岩石力学实验
高等岩石力学
岩石力学实验研究对象
岩体?
岩石?
高等岩石力学
岩石力学实验研究标准
试验标准 1、工程岩体试验方法标准GB/T 50266-99 2、公路工程岩石试验规程 JTG E41-2005 3、水电工程岩石试验规程 DL/T5368-2007 4、 铁路工程岩石试验规程TB10115-98 5、岩石试验规程（ 冶金行业标准）YBJ 46-
量积法测定岩石密度时，需测定规则试样的平均断面积A，
平均高度h以及试样的质量W，可得岩石的密度。
当试样在105℃一110℃温度下烘干24小时称重，可测定岩石
的干密度（γd）：
d
gs Ah
式中，γd为岩石的干密度（g／cm3）；gs为被测岩样在 105℃一110℃的温度下烘干24 小时的质量（g）；A为被测 岩样的平均断面积（cm2）；h为被测岩样平均高度（cm）。
高等岩石力学
岩石吸水率实验
4、饱水率（饱和或强制吸水率）sa
烘干岩石经高压、煮沸或真空抽气饱和后 吸入水的质量与试件固体的质量之比的百分数 。
sa
msa mdr mdr
%
高等岩石力学
岩石吸水率实验
4、饱水系数kW
岩石饱水系数是指岩石吸水率与饱水率 的比值，以百分率表示。
kw/sa %
在高压条件下，通常认为水能进入岩石中所有 张开的孔隙和裂隙中，国外采用高压设备，测定 岩石的饱和吸水率；国内常用真空抽气法或沸煮 法测定饱和吸水率。饱水率反映岩石中总的张开 型孔隙和裂隙的发育程度，对岩石的抗冻性和抗 风化能力具有较大影响．
岩石的干密度（γd）为
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.3.2 岩石的比重、孔隙率
a、岩石比重
岩石的比重就是指岩石的干比重除以岩石实体体积(不包括孔隙)，再与4℃时水的容重相比，即：
式中，Gs－岩石比重
Ws－绝对干燥时体积为V的岩石重力(KN)
Vs－岩石实体(不包括孔隙)体积(m)
γw－在4℃时水的容重，γw＝10(KN/m)
b、孔隙率
岩石内孔隙体积与总体积(包括孔隙体积)之比，计算式为：
根据岩石干容重γd和比重Gs，也可以用下式计算：
式中, n－孔隙率,以百分数表示
Vv－孔隙、裂隙体积(m)
V－岩样总体积(m)
图1.3.1b碳酸盐类岩石的抗压强度与孔隙率的关系。
图1.3.1b
描述岩体孔隙性的另一个指标，孔隙比е。
它是岩石孔隙体积与岩石实体体积之比，即:
一些主要岩石的物理性质
岩石名称
比重
密度
（g/cm）
孔隙率（%）吸水率（%）
岩浆岩
花岗岩 2.50～2.84 2.30～2.80 0.04～3.53 0.2～1.7 花岗闪长岩 2.65～ 2.65 1.5～1.8 1.5～1.8 闪长岩 2.60～3.10 2.52～2.96 0.25～3.0 0.18～0.40 正长岩 2.50～2.90 2.40～2.85 0.47～1.94 辉长岩 2.70～3.20 2.55～2.98 0.29～3.13
流纹斑岩 2.62～2.65 2.58～2.51 0.9～2.30 0.14～0.35 流纹岩 2.65 2.60～2.65
粗面岩 2.40～2.70 2.30～2.67
安山岩 2.40～2.80 2.30～2.75 1.09～2.19
闪长玢岩 2.66～2.84 2.49～2.78 2.1～5.1 0.4～1.0 斑岩 2.62～2.84 2.20～2.74 0.29～2.75
玢岩 2.60～2.90 2.40～2.86
辉绿岩 2.60～3.10 2.53～2.97 0.40～6.38 0.20～1.0 玄武岩 2.50～3.10 2.53～3.10 0.35～3.0 0.39～0.80 橄榄岩 2.90～3.40 2.90～3.40
霏细岩 2.66～2.84 2.62～2.78 1.59～2.23 0.18～0.35 响岩 2.40～2.70 2.40～2.70
火山碎屑岩火山角砾岩 2.50～3.00 2.20～2.90
安山凝灰岩 2.68 2.58 4.59 0.55 粗面凝灰岩25.07
凝灰质熔岩 2.87 2.64 3.35
沉积岩
硅质砾岩 2.64～2.77 2.42～2.70 0.40～4.10 0.16～4.40 石英砾岩 2.67～2.71 2.60 0.34～9.3
钙质胶结砾岩 2.42～2.66
粘土质胶结砾岩 2.20
石英砂岩 2.64～2.77 2.42～2.77 1.04～9.30 0.14～4.10 硅质胶结砂岩 2.50
泥质胶结砂岩 2.60～2.70 2.20～2.60 5.00～20.0 1.00～9.00 页岩 2.57～2.77 2.30 2.46～7.59
砂质钙质页岩 2.47～2.60 2.00～7.00 2.30～6.00 灰质页岩 2.65～2.70
致密石灰岩 2.70～2.80 2.60～2.77 1.00～3.5 0.20～3.00 白云质灰岩 2.75 2.70～2.75 1.64～3.22 0.50～0.66 泥质灰岩 2.70～2.75 2.45～2.65 1.00～3.00 2.00～4.00。