岩石物理学基本原理和特性概述
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小型断层：包括微型的裂纹，对于岩石的输运特性有着关键的影响。它们形成 的裂纹网络是岩石中液体输运的通道。许多矿产的形成，正是各种化学元素沿 这些通道富集的过程，研究岩石内部的断裂和流体的输运，对于石油、天然气、 地热开采等问题都是十分重要的。
2020/2/16
地球物理与石油资源学院
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第6章 岩石的断裂
一般来说随差应力增加，岩石的体积是缩小的， 但差应力超过某—值σB后,σd—εv曲线偏离了 直线，
如果岩石是完全弹性的σd—εv曲线应沿图中的 θe直线上升，当差应力为σD时，岩石的体积 应变为θc。
Biblioteka Baidu
但实测曲线表明．对应于差应力σD的岩石体 积应变为θ,偏离弹性的部分θc-θ代表了岩石 体积的非弹性增加，叫做岩石的体积膨胀，用 符号A来表示，即膨胀A＝ θc-θ
岩石物理学基本原 理和特性概述
2020/2/16
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《岩石物理学》
第1章 岩石 第2章 岩石孔隙度和渗透率 第3章 岩石中波的传播与衰减 第4章 岩石的弹性 第5章 岩石的变形 第6章 岩石的断裂 第7章 岩石的强度 第8章 岩石的其它特性
2020/2/16
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《岩石物理学》
第6章 岩石的断裂 6.1 差应力作用下岩石的特性 6.2 脆性断裂（brittle fracture) 6.3 岩石断裂力学 6.4 流体对断裂的影响
2020/2/16
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第6章 岩石的断裂
我们所见到的岩石,都包含有大小不一的裂纹。大的裂纹，如巨大的地质断层， 长达几千km，小的裂纹，如岩石样品中矿物内部的小裂纹，仅长几个μm。这 些裂纹都是断裂的结果，可以说，地球表面岩石中的断裂无所不在。
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
图6-2给出了四种岩石的体积膨胀实验绍果
2020/2/16
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
（2）岩石膨胀的特点
岩石膨胀的局部化现象： 在岩石宏观破坏之前，膨胀在岩石内部不是均 匀发生的，而是集中在局部地区，这个特点几乎是所有岩石膨胀的共同 特征，
6.1.1 岩石的膨胀
(1) 岩石膨胀的定义： 在差应力作用下，岩石会发生变形，其体积的非 弹性增加就叫做岩石的膨胀。
2020/2/16
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀
膨胀不是指岩石变形过程中体积的增 加，而是指非弹性部分体积的增加。
图6-1 典型结晶岩石的差应力—体积应变曲线
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀 表6—1 单轴实验辉长岩中微裂纹的统计
实验说明了岩石膨胀局部化的特点。膨胀局部化几乎是所有岩石宏观脆性破 坏的前兆。岩石的膨胀会引起岩石性质的变化，所以膨胀局部化必然造成变 形过程中岩石性质在空间分布上的变化。通常我们测量的岩石性质，是指整 个岩石的平均性质，当差应力很小时，这种平均性质实际上代表了岩石内部 各点的特性。一旦差应力较高，岩石膨胀发生局部化后，岩石各点变形十分 不同，而平均方法会掩盖许多岩石破坏前兆的信息，因此，研究这种变形局 部化的规律对于岩石破坏预报是十分重要的。
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
没有受到差应力的辉长岩是黑色的(A），随差应力的增加，岩石光片的颜 色由黑变白（B C D)，破裂后在样品的中间部位颜色非常白(E)。 ’·
图6—3 随差应力增加辉长岩颜色的变化
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀
为了说明这种局部化现象，以济南辉长岩单轴压缩时膨胀的发展过程 为例。从一块大岩块上，取五块相同的辉长岩样品进行单轴压缩．将样 品分别加载到应力—应变曲线的A B C D 和E点后卸载（图6—3），把 加载过的样品切开，作为岩石光片，观测岩石内部微裂纹的发展情况。
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大的断层：和地球动力学有关，特别是与地震的发生有密切关系。岩 石断裂性质的研究已然成为研究地震过程的有力工具。类似于滑坡等地 质灾害的研究，断裂以及沿断裂面的滑动，是决定发生失稳运动最重要 的条件。 ’
中型断层：如岩石中的节理、解理等层面，往往是决定岩石或岩体强度 最主要的因素。决定岩石或岩体强度的因素很多，但在地下高温高压环 境中，其中最重要的因案是岩石断裂后产生的断裂面的力学性状，这些 断层对工程或开挖的稳定性有重要影响。
图6-4 测量反射率的装置
图6-5 裂纹密度空间分布随差应力的变化
为了探讨辉长岩颜色变化和膨胀(即微裂纹发展程度)的关系，可用图 6-4所示的装置测定岩石光片的白光漫反射率。颜色越白，反射率就高， 这样通过漫反射率的测量，给岩石变自程度以定量的描述。
图6-5给出了随差应力的增大，5块样品上微裂纹的发展过程。
6.1 差应力作用下岩石的特性
通常发现，在差应力作用下岩石的应力—应变曲线在宏观破坏以前， 明显地偏离弹性行为，特别是当差应力较高时更是如此。有趣的是， 在很低的流体静压力下，由于裂纹的闭合，岩石偏离线性（OA阶段); 当应力增高时，岩石接近线性（AB阶段)，差应力进一步增加时，岩 石又偏离线性(BC阶段)，这种偏离主要是由于岩石宏观破坏之前，内 部产生许多微裂纹，使岩石中的孔隙增加的缘故。岩石内部产生微裂 纹的实验证据主要来自岩石体积应变的测量、声发射测量和岩石中弹 性波速度的测量。
度较高，或者岩石巳发生了微破裂时，低应力下应力—应变曲线的线性不
好，难于进行外推，这时可以把膨胀定义为观测到的实际体应变θ与在同
样平均应力
下由流体静压力实验得到的体积应变之差。前一种
方法比较简单，在处理实验资料时紧常采用，后一种方法物理意义清楚，
在理论分析时经常采用。
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图6-1 岩石膨胀的定义
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
为了确定岩石的膨胀A, 必须知道在差应力σd作用下岩石的弹性变
形．以这种弹性变形为参考基准，才能得到膨胀A·。通常是把在低差应力
下岩石应力-应变曲线的线性部分外推，得到σd—εv曲线。但当岩石孔隙
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第6章 岩石的断裂
一般来说随差应力增加，岩石的体积是缩小的， 但差应力超过某—值σB后,σd—εv曲线偏离了 直线，
如果岩石是完全弹性的σd—εv曲线应沿图中的 θe直线上升，当差应力为σD时，岩石的体积 应变为θc。
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但实测曲线表明．对应于差应力σD的岩石体 积应变为θ,偏离弹性的部分θc-θ代表了岩石 体积的非弹性增加，叫做岩石的体积膨胀，用 符号A来表示，即膨胀A＝ θc-θ
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《岩石物理学》
第1章 岩石 第2章 岩石孔隙度和渗透率 第3章 岩石中波的传播与衰减 第4章 岩石的弹性 第5章 岩石的变形 第6章 岩石的断裂 第7章 岩石的强度 第8章 岩石的其它特性
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《岩石物理学》
第6章 岩石的断裂 6.1 差应力作用下岩石的特性 6.2 脆性断裂（brittle fracture) 6.3 岩石断裂力学 6.4 流体对断裂的影响
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第6章 岩石的断裂
我们所见到的岩石,都包含有大小不一的裂纹。大的裂纹，如巨大的地质断层， 长达几千km，小的裂纹，如岩石样品中矿物内部的小裂纹，仅长几个μm。这 些裂纹都是断裂的结果，可以说，地球表面岩石中的断裂无所不在。
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
图6-2给出了四种岩石的体积膨胀实验绍果
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
（2）岩石膨胀的特点
岩石膨胀的局部化现象： 在岩石宏观破坏之前，膨胀在岩石内部不是均 匀发生的，而是集中在局部地区，这个特点几乎是所有岩石膨胀的共同 特征，
6.1.1 岩石的膨胀
(1) 岩石膨胀的定义： 在差应力作用下，岩石会发生变形，其体积的非 弹性增加就叫做岩石的膨胀。
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀
膨胀不是指岩石变形过程中体积的增 加，而是指非弹性部分体积的增加。
图6-1 典型结晶岩石的差应力—体积应变曲线
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀 表6—1 单轴实验辉长岩中微裂纹的统计
实验说明了岩石膨胀局部化的特点。膨胀局部化几乎是所有岩石宏观脆性破 坏的前兆。岩石的膨胀会引起岩石性质的变化，所以膨胀局部化必然造成变 形过程中岩石性质在空间分布上的变化。通常我们测量的岩石性质，是指整 个岩石的平均性质，当差应力很小时，这种平均性质实际上代表了岩石内部 各点的特性。一旦差应力较高，岩石膨胀发生局部化后，岩石各点变形十分 不同，而平均方法会掩盖许多岩石破坏前兆的信息，因此，研究这种变形局 部化的规律对于岩石破坏预报是十分重要的。
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
没有受到差应力的辉长岩是黑色的(A），随差应力的增加，岩石光片的颜 色由黑变白（B C D)，破裂后在样品的中间部位颜色非常白(E)。 ’·
图6—3 随差应力增加辉长岩颜色的变化
2020/2/16
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6.1 差应力作用下岩石的特性 6.1.1 岩石的膨胀
为了说明这种局部化现象，以济南辉长岩单轴压缩时膨胀的发展过程 为例。从一块大岩块上，取五块相同的辉长岩样品进行单轴压缩．将样 品分别加载到应力—应变曲线的A B C D 和E点后卸载（图6—3），把 加载过的样品切开，作为岩石光片，观测岩石内部微裂纹的发展情况。
2020/2/16
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大的断层：和地球动力学有关，特别是与地震的发生有密切关系。岩 石断裂性质的研究已然成为研究地震过程的有力工具。类似于滑坡等地 质灾害的研究，断裂以及沿断裂面的滑动，是决定发生失稳运动最重要 的条件。 ’
中型断层：如岩石中的节理、解理等层面，往往是决定岩石或岩体强度 最主要的因素。决定岩石或岩体强度的因素很多，但在地下高温高压环 境中，其中最重要的因案是岩石断裂后产生的断裂面的力学性状，这些 断层对工程或开挖的稳定性有重要影响。
图6-4 测量反射率的装置
图6-5 裂纹密度空间分布随差应力的变化
为了探讨辉长岩颜色变化和膨胀(即微裂纹发展程度)的关系，可用图 6-4所示的装置测定岩石光片的白光漫反射率。颜色越白，反射率就高， 这样通过漫反射率的测量，给岩石变自程度以定量的描述。
图6-5给出了随差应力的增大，5块样品上微裂纹的发展过程。
6.1 差应力作用下岩石的特性
通常发现，在差应力作用下岩石的应力—应变曲线在宏观破坏以前， 明显地偏离弹性行为，特别是当差应力较高时更是如此。有趣的是， 在很低的流体静压力下，由于裂纹的闭合，岩石偏离线性（OA阶段); 当应力增高时，岩石接近线性（AB阶段)，差应力进一步增加时，岩 石又偏离线性(BC阶段)，这种偏离主要是由于岩石宏观破坏之前，内 部产生许多微裂纹，使岩石中的孔隙增加的缘故。岩石内部产生微裂 纹的实验证据主要来自岩石体积应变的测量、声发射测量和岩石中弹 性波速度的测量。
度较高，或者岩石巳发生了微破裂时，低应力下应力—应变曲线的线性不
好，难于进行外推，这时可以把膨胀定义为观测到的实际体应变θ与在同
样平均应力
下由流体静压力实验得到的体积应变之差。前一种
方法比较简单，在处理实验资料时紧常采用，后一种方法物理意义清楚，
在理论分析时经常采用。
2020/2/16
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图6-1 岩石膨胀的定义
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6.1 差应力作用下岩石的特性
6.1.1 岩石的膨胀
为了确定岩石的膨胀A, 必须知道在差应力σd作用下岩石的弹性变
形．以这种弹性变形为参考基准，才能得到膨胀A·。通常是把在低差应力
下岩石应力-应变曲线的线性部分外推，得到σd—εv曲线。但当岩石孔隙