岩石的主要物理性质和力学性质

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。（g/cm3），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。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。

（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。

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。

2、干密度（ρd）和干重度(γd)（g/cm3）(kN/m3)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(γw)饱和密度就是饱水状态下岩石试件的密度。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。

（g/cm3）(kN/m3)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：

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);ΔW

—

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VV——孔隙体积（水银充填法求出）（二）孔隙率V=VC+VV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(ω1)：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。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（ω2）

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Wω2与岩石干重量Ws之比，即：（3）岩石的饱饱水系数（（Ks）岩石吸水率率与饱水率率之比称为为岩石的饱饱水系数，，即饱水系数反反映了岩石石中大开空空隙和小开开空隙的相相对含量。。饱水系数数越大，岩岩石中的大大开空隙越越多，而小小开空隙越越少。吸水性较大大的岩石吸吸水后往往往会产生膨膨胀，给井井巷支护造造成很大压压力。五、岩石石的软化性性岩石的软化化性是指岩石在在饱水状态态下其强度度相对于干干燥状态下下降低的性性能，可用用软化系数数η表示。软化系数指岩石试样在在饱水状态态下的抗压压强度σcb与在干燥状状态下的抗抗压强度σc之比，即各类岩石的的ηc=0.45～0.9之间。ηc>0.75,岩石软化性性弱、抗水水、抗风化化能力强；；ηc<0.75，岩石的工工程地质性性质较差。。六、岩石的抗抗冻性岩石的抗冻冻性是指岩岩石抵抗冻冻融破坏的的性能，是是评价岩石石抗风化稳稳定性的重重要指标。。岩石的抗冻冻性用抗冻冻系数Cf表示，指岩岩石试样在在±250C的温度期间间内，反复复降温、冻冻结、融解解、升温，，然后测量量其抗压强强度的下降降值（σc-σcf）,以此强度下下降值与融融冻试验前前的抗压强强度σc之比的百分分比代表抗抗冻系数Cf，即可见：抗冻系数Cf越小，岩石石抗冻融破破坏的能力力越强。七、岩石的的透水性地下水存在在于岩石孔孔隙、裂隙隙之中，而而且大多数数岩石的孔孔隙裂隙是是连通的，，因而在一一定的压力力作用下，，地下水可可以在岩石石中渗透。。岩石的这这种能透水水的性能称称为岩石的透水水性。岩石的透透水性大小小不仅与岩岩石的孔隙隙度大小有有关，而且且还与孔隙隙大小及其其贯通程度度有关。衡量岩石透透水性的指指标为渗透系数(K)。一般来说，，完整密实实的岩石的的渗透系数数往往很小小。岩石的的渗透系数数一般是在在钻孔中进进行抽水或或压水试验验而测定的的。八、岩石石的变形特性弹性：指物体在外力力作用下发发生变形，，当外力撤撤出后变形形能够恢复复的性质。塑性：指物体在在外力作用用下发生变变形，当外外力撤出后后变形不能能恢复的性性质。脆性：物体在外外力作用下下变形很小小时就发生生破坏的性性质。延性：物体能够够承受较大大的塑性变变形而不丧丧失其承载载能力的性性质。弹性变形塑性变形线弹性变形非线弹性变形变形a线弹性类岩岩石――σ～ε曲线呈线性性关系，曲曲线上任一一点P的弹性模量量E：泊松比μ：岩石在单轴轴压缩条件件下横向应应变与纵向向应变之比比。九、岩石石的强度特特性概念：（1）屈服：岩石受荷荷载作用后后，随着荷荷载的增大大，由弹性性状态过渡渡到塑性状状态，这种种过渡称为为屈服。（2）破坏：把材料进进入无限塑塑性增大时时称为破坏坏。（3）岩石的强度度：是指岩石石抵抗破坏坏的能力。。岩石在外外力作用下下，当应力力达到某一一极限值时时便发生破破坏，这个个极限值就就是岩石的的强度。岩石的单轴轴抗压强度度σC端部部效效应应破坏坏形形态态岩石石的的单单轴轴抗抗拉拉强强度度σt直接接拉拉伸伸试试验验岩石石的的剪剪切切强强度度τf：岩石石抵抵抗抗剪剪切切破破坏坏的的能能力力。。十、、影影响响岩岩石石力力学学性性质质的的因因素素（1）矿矿物物成成分分对对岩岩石石力力学学性性质质的的影影响响矿物物硬硬度度大大，，岩岩石石的的弹弹性性越越明明显显，，强强度度越越高高。。如岩岩浆浆岩岩，，橄橄榄榄石石等等矿矿物物含含量量的的增增多多，，弹弹性性越越明明显显，，强强度度越越高高；；沉积积岩岩中中，，砂砂岩岩的的弹弹性性及及强强度度随随石石英英含含量量的的增增加加而而增增高高；；石石灰灰岩岩的的弹弹性性和和强强度度随随硅硅质质物物含含量量的的增增加加而而增增高高。。变质质岩岩中中，，含含硬硬度度低低的的矿矿物物（（如如云云母母、、滑滑石石、、蒙蒙脱脱石石、、伊伊利利石石、、高高岭岭石石等等））越越多多，，强强度度越越低低。。（2）岩岩石石的的结结构构构构造造对对岩岩石石力力学学性性质质的的影影响响岩石石结结构构的的影影响响岩石石的的结结构构———指岩岩石石中中晶晶粒粒或或岩岩石石颗颗粒粒的的大大小小、、形形状状以以及及结结合合方方式式。。岩浆浆岩岩：：粒粒状状结结构构、、斑斑状状结结构构、、玻玻璃璃质质结结构构；；沉积积岩岩：：粒粒状状结结构构、、片片架架结结构构、、斑斑基基结结构构；；变质质岩岩：：板板理理结结构构、、片片理理结结构构、、片片麻麻理理结结构构。。岩石石的的结结构构对对岩岩石石力力学学性性质质的的影影响响主主要要表表现现在在结结构构的的差差异异上上。。例例如如：：粒粒状状结结构构中中，，等等粒粒结结构构比比非非等等粒粒结结构构强强度度高高；；在在等等粒粒结结构构中中，，细细粒粒结结构构比比粗粗粒粒结结构构强强度度高高。。岩石石构构造造的的影影响响岩石石的的构构造造———指岩岩石石中中不不同同矿矿物物集集合合体体之之间间或或矿矿物物集集合合体体与与其其他他组组成成部部分分之之间间的的排排列列方方式式及及充充填填方方式式。。岩浆浆岩岩：：颗颗粒粒排排列列无无一一定定的的方方向向，，形形成成块块状状构构造造；；沉积积岩岩：：层层理理构构造造、、页页片片状状构构造造；；变质质岩岩：：板板状状构构造造、、片片理理构构造造、、片片麻麻理理构构造造。。层理理、、片片理理、、板板理理和和流流面面构构造造等等统统称称为为层层状状构构造造。。宏观观上上，，块块状状构构造造的的岩岩石石多多具具有有各各向向同同性性特特征征，，而而层层状状构构造造岩岩石石具具有有各各向向异异性性特特征征。。（3）风化化对对岩岩石石力力学学性性能能的的影影响响风化化程程度度不不同同，，对对岩岩石石力力学学性性质质的的影影响响程程度度也也不不同同：：1、降低岩体结结构面的粗糙糙程度并产生生新的裂隙，，使岩体分裂裂成更小的碎碎块，进一步步破坏岩体的的完整性。2、岩石在化学学风化过程中中，矿物成分分发生变化，，原生矿物受受水解、水化化、氧化等作作用，逐渐