物理岩石的基本物理力学性质

本章内容：
§2-1 岩石的基本物理性质 §2-2 岩石的静力学特性 §2-3 岩石的流变性（时效性、粘性） §2-4 岩石的各向异性 §2-5 影响岩石力学性质的因素 §2-6 岩石的强度理论
计划学时：13 重点:
1、岩石的基本物理性质； 2、岩石单轴压缩变形特性：应力－应变全过程曲线及工程意义； 3、岩石的抗压、抗拉、抗剪强度及其实验室测定方法； 4、岩石在三轴压缩条件下的力学特性； 5、莫尔强度理论、格里菲斯断裂强度理论及判据； 6、岩体强度的各向异性； 7、岩石的流变性。
难点：岩石的流变性。
关键术语:
密度；重度；岩石的孔隙性；孔隙率；孔隙比；岩石的水理性； 吸水率；饱水率；饱水系数；岩石的透水性；渗透系数；岩石的碎 胀性；碎胀系数；岩石的软化性；软化系数；脆性、塑性、延性、 粘性（流变性）；蠕变；松弛；弹性后效；扩容；岩石的强度；抗 压强度；抗拉强度；抗剪强度；峰值强度；长期强度；残余强度； 岩石的变形；全应力－应变曲线；刚性压力机；强度理论。
2.1 岩石的基本物理性质
2、干密度（ρd）和干重度(γd )
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。
d
Wd V
d d g
（g/cm3） (kN /m3)
式中：Wd——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。
2.1 岩石的基本物理性质
W （g/cm3），
V
γ＝ρg (kN /m3)
岩石的密度可分为天然密度、干密度和饱和密度。相应地，岩 石的重度可分为天然重度、干重度和饱和重度。
2.1 岩石的基本物理性质
1、岩石的天然密度（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
（g/cm3） (kN /m3)
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。
Gs
Ws
Vs w
式中：GS——岩石的比重； Ws——干燥岩石的质量(g); Vs——岩石固体体积(cm3); ρW — 40C时水的密重。
三、岩石的空隙性
2.1 岩石的基本物理性质
空隙：岩石中孔隙和裂隙的总称。
空隙度：指岩石的裂隙和孔隙发育程度，其衡量指标为空 隙率(n)或空隙比（e）。
空隙
闭型空隙 开型空隙
nl
Vl V
100%
2.1 岩石的基本物理性质
(4)总开空隙率（孔隙率）no: 即岩石试件内开型空隙的总体 积（V0)占试件总体积(V)的百分比。
n 0
V0 V
100%
(5)闭空隙率nc: 即岩石试件内闭型空隙的体积（Vc)占试件 总体积(V)的百分比。
nc
Vc V
100%
2.1 岩石的基本物理性质
m
mrd
100%
2、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。
2.1 岩石的基本物理性质
（1）岩石吸水率(ωa)：
是指岩石试件在标准大气压力下吸入水的重量Wω1与岩石干重量
Ws之比。
a
Fra Baidu bibliotek
mo mdr mdr
100%
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。
此外，还与试验条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。
根据岩石的吸水率可求得岩石的大开空隙率nb.
nb
Vb V
Ws V
Vb Ws
Ws V
Vba Ww
d a w
式中：W s为干燥岩石的重量；γd,γw分别为干燥岩石和水的重度。
式中：Ws为干燥岩石重量；γd,γw干燥岩石和水的重度。
要求：
1、须掌握本课程重点难点内容； 2、了解岩石的扩容； 3、了解影响岩石力学性质的因素； 4、理解岩石流变本构模型。
2.1 岩石的基本物理性质
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（容重）。
所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。
2.1 岩石的基本物理性质
（2）岩石的饱水率（ωsa）
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Wsa与岩石干重量Ws之比，即：
sa
msa mdr mdr
100%
根据饱水率求得岩石的总开空隙率n0：
n0
V0 V
Ws V
V0 Ws
Ws V
Vosa
Wwsa
d sa w
3、饱和密度（ρ ）和饱和重度(γw)
饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。
w
Ww V
（g/cm3）
w wg
(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。
2.1 岩石的基本物理性质
二、岩石的比重(Gs)
岩石的比重：岩石固体的质量与同体积水的质量之比值。 岩石固体体积：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：
2 、空隙比(e)
所谓空隙比是指岩石试件内空隙的体积（V V)与岩石试件内固 体矿物颗粒的体积（Vs)之比。
e VV V Vs n
Vs
Vs
1 n
四、岩石的水理性质
2.1 岩石的基本物理性质
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、岩石的天然含水率
岩石在天然状态下，含水的质量与烘干质量的比值
大开型空隙 小开型空隙
闭型空隙：岩石中不与外界相通的空隙。
开型空隙：岩石中与外界相通的空隙。包括大开型空隙和小开型 空隙。
在常温下水能进入大开型空隙，而不能进入小开型空隙。只有 在真空中或在150个大气压以上，水才能进入小开型空隙。
2.1 岩石的基本物理性质
1、空隙率
根据岩石空隙类型不同，岩石的空隙率分为： (1)总空隙率n (2)大开空隙率nb (3)小开空隙率nl (4)总开空隙率no (5)闭空隙率nc
一般提到岩石的空隙率时系指岩石的总空隙率。
2.1 岩石的基本物理性质
(1)总空隙率n: 即岩石试件内空隙的体积（VV)占试件总体积(V) 的百分比。
n
Vv V
100%
(2)大开空隙率nb:即岩石试件内大开型空隙的体积（Vb)占试件 总体积(V)的百分比。
nb
Vb V
100%
(3)小开空隙率nl:即岩石试件内小开型空隙的体积（VS)占试件 总体积(V)的百分比。