《岩土钻掘工程学》第一章岩土的物理力学性质及其破碎机理培训

岩土钻掘工程学课时：60学时教材：《岩土钻掘工程学》主讲人：鄢泰宁（教授）

勘查与基础工程系2007-9-10国家精品课程第一章

岩土的物理力学性质及其破碎机理

一、岩石的物理力学性质概述二、土的物理力学性质特征三、岩石在外载作用下的的破碎机理四、岩石的可钻性及可钻性指标及坚固性系数国家精品课程第一节岩石的物理力学性质概述

○、岩石的组成与分类岩石是矿物的集合体。矿物是具有一定成分和物理性质的无机物质。根据其成因，岩石可分为三类：1、岩浆岩：岩浆岩是内力地质作用的产物，由地壳深处的岩浆沿地壳裂隙上升冷凝而成。

2、沉积岩：沉积岩是在地表条件下母岩(岩浆岩、变质岩或早先形成的沉积岩)风化剥蚀的产物，经搬运、沉积和硬结等成岩作用而形成的岩石。。

3、变质岩：变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩本身在地壳中受到高温、高压及活动性流体的影响而变质形成的岩石。

3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系一般而言：金属和非金属矿床一般赋存于岩浆岩和变质岩中，煤和石油等可燃性矿产通常与沉积岩共存。

一、岩石按粘结状态的分类

1.坚固岩石：通常具有高硬度，岩石破碎后其矿物质点之间的分子连接力都不会恢复。坚固岩石分含石英和不含石英两类，前者硬度高，难以钻掘。通常在生产中会遇到无裂纹和裂隙性两种坚固岩石。在完整的坚固岩石中施工时，孔（井）壁稳定不必加固，而在强裂隙性岩石中穿过的孔（井）壁必须加固。第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系2.粘结性岩石粘结性岩石由粘土矿物或主要由粘土矿物粘结的碎屑岩细粒组成，特征：①湿润条件下，被破坏之前可以有大的残余变形；②质点间的内聚力，随湿润不同可在很宽的范围内变化；③在粘结状态被破坏后，可采取高压和增湿的办法使其内聚力得以恢复；④某些粘结性岩石（粘土岩、白垩）在湿润状态下具有膨胀性，易造成孔（井）壁缩径或坍塌。

第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系3.松散性岩石松散性岩石由相互之间无粘结性的不同形状与尺寸的细粒（砂、砾石、卵石、漂砾等）聚集而成。在这类岩石中钻掘的同时必须加固孔（井）壁，以防止坍塌。4.流动性岩石流动性岩石（流砂层）由含水的砂质粘土类岩石（细砂、亚砂土）组成。当砂粒之间存在着极细小的粘土颗粒时，这类岩石具有较强的流动性。如果位于上覆岩层形成的高水头压力之下，则流砂会沿着钻孔上涌。因此在这类岩石中施工必须一边钻掘一边加固孔（井）壁。

第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系二、岩石的孔隙比与孔隙度1、岩石的孔隙比kP：岩石中的孔隙体积VP与岩石中固相骨架的体积Vc之比

kP=VP/Vc2、岩石的孔隙度P：岩石中的孔隙体积VP与岩石总体积V

的百分比岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。一般沉积岩具有高的孔隙度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。

第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系第二节岩石的物理力学性质

三、岩石的密度与容重

1、岩石的密度ρs：岩样的质量m与其总体积V之比。均质物质的密度为质量与体积之比。

2、岩石的容重γs：是岩样重量G与其总体积V之比

3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系

四、岩石的结构和构造岩石结构说明岩石的微观组织特征。与矿物颗粒的大小、形状和表面特征有关，反映岩石的非均质性和孔隙性。岩浆岩主要具有块状结构，其构造特征对钻掘破碎岩石没有显著影响。沉积岩的成因广泛，故其结构也比较复杂。碎屑岩具有碎屑结构，按碎屑的大小可分为砾状结构（碎屑直径＞2mm）、粗粒结构（碎屑直径1~2mm）、中砂结构（碎屑直径0.1~1mm）、粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm）。。第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系碎屑岩的胶结形式也对岩石的力学性质有着显著影响。沉积岩通常具有层状构造，它是由层理决定的。层理反映岩石在垂直方向上成分的变

化，即岩石颗粒大小在垂直方向上的改变，不同成分颗粒的交替，或者某些岩石颗粒的定向

排列。层理导致岩石的各向异性。变质岩是在高温高压下生成的，一般具有晶体结构、片理状构造。所谓片理就是岩石沿平行

平面分裂为薄片的能力。片理也会引起岩石的各向异性。

用各向异性系数来表征岩石在不同的方向上力学性质的差异：

Ka=x‖/x⊥第一节岩石的物理力学性质概述3/6/2023中国地质大学勘察与基础工程系岩石的物理性质质是由岩石的组组成结构所表现现出来的性质。。岩石的物理性性质有很多，本本节主要研究影影响岩石破碎过过程的物理性质质，如粘结状态态、孔隙度、密密度、结构和构构造等。岩石的力学性性质是在外载载作用下才表表现出来岩石石抵抗变形和和破坏的能力力。如强度、硬度度、弹性、脆脆性、塑性和和研磨性等。。第一节岩石的物理力力学性质概述述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系五、岩石的强强度1、岩石的强强度的基本概概念岩石在载荷作作用下抵抗破破坏的能力。。破坏前所能承承受的最大载荷称为极限限载荷，单位位面积上的极极限载荷称为为极限强度2、岩石的强强度的类型（1）根据受受力条件，岩石的极限强强度可分为抗抗压强度、抗抗拉强度、抗剪强强度等；（2）根据应应力状态，岩石强度可分分为单向、两向、、三向应力状态下的强强度；（3）根据加加载速度，有静载强度和和动载强度。。第一节岩石的物理力力学性质概述述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系影响岩石强度度的因素（1）一般情情况下，造岩岩矿物强度越越高，岩石的的强度也越高高。沉积岩的强度度取决于胶结结物所占的比比例及其矿物物成分。细粒粒岩石的强度大大于同一矿物物组成的粗粒粒岩石。（2）岩石的的孔隙度增加加，密度降低低，强度则降降低。因此，，一般岩石的强强度随埋深的的增大而增大大。（3）岩石的的强度具有明明显的各向异异性。垂直于于层理方向的的抗压强度最大大，平行于层层理的抗压强强度最小，在在与层理斜交交方向上的抗压压强度介于两两者之间。第一节岩石的的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系（4）岩石的受载载方式导致岩岩石的强度值值差异很大。。岩石的抗压强度最大大，抗剪强度度约为抗压强强度的10%。因此，钻掘过过程中，破岩工工具应主要以以剪切的方式式来破碎岩石石。（5）多向应应力状态下的的岩石强度比比简单应力状状态下的强度度高出许多倍倍。（6）加载速度的的影响：①加载速度增加加，岩石的强强度提高；②加载速度对塑塑性岩石强度度的影响大，，对脆性岩石石强度的影响响小。第一节岩石的的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系六、岩石的硬硬度1、岩石的硬硬度的基本概概念：岩石的的硬度反映岩岩石抵抗外部部更硬物体压入入（侵入）其其表面的能力力。2、硬度与抗抗压强度的区区别与联系（1）岩石的的硬度与抗压压强度一般存存在正比例关关系；（2）抗压强强度是固体抵抵抗整体破坏坏时的阻力，，而硬度则是是固体表面对另另一物体局部部压入或侵入入时的阻力。（3）硬度指标更更接近于钻掘掘过程的实际际情况。第一节岩石的的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系3、影响岩石硬度度的因素（1）岩石中中坚硬矿物愈愈多、胶结物物的硬度越大大、岩石的颗颗粒越细、结构越越致密，岩石石的硬度越大大。而孔隙度度高、密度低低、裂隙发育的岩岩石硬度将会会降低。（2）岩石的的硬度具有明明显的各向异异性。层理对对岩石硬度的的影响与对岩岩石强度的影影响相反。垂垂直于层理方方向，硬度值最小；平行于层理方方向，硬度最大；两者之间可相相差1.05～1.8倍倍。第一节岩石的的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系（3）在各向向均匀压缩的的条件下，岩岩石的硬度增增加。在常压压下硬度越低的岩岩石，随着围围压增大，其其硬度值增长长越快。（4）一般而言，，随着加载速速度增加，将将导致岩石的的塑性系数降低，硬度度增加。但当当冲击速度小小于10m/s时，硬度变化化不大。加载速度对低低强度、高塑塑性及多孔隙隙岩石硬度的的影响更显著著。第一节岩石的的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学勘察察与基础工程系4、岩石硬度的测定（1）静压入法：以1~5mm2的压头压入岩样表面，，岩石破碎时的载载荷Pmax除以接触面积S，则为岩石的硬度值Hy（通常称为压入硬硬度）。(Pa)（2）冲击回弹法法：利用重物落在岩石表面后回弹高度度或回弹角度或回回弹次数来确定岩石的的硬度。第一节岩石的物理理力学性质概述3/5/2023中国地质大学勘察察与基础工程系七、岩石的变形特特征及其分类按岩石在压头压入入时的变形曲线和和破碎特性可分成成三类：弹-脆性岩石（花花岗岩、石英岩、、碧石铁质岩）在压头压入时仅产产生弹性变形，至至A点最大载荷为Pmax处便突然脆性破碎碎，压头瞬时压入入，破碎穴的深度度为h。这时破碎穴面积明明显大于压头的端端面面积，即h/δ>5。2.弹-塑性岩石（大大理岩、石灰岩、、砂岩）在压头压入时首先先产生弹性变形，，然后塑性变形。。至B点载荷达Pmax时突然发生脆性破破碎。这时破碎穴面积也也大于压头的端面面面积，而h/δ>2.5～5，即小于第一类岩石石。第一节岩石的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大学勘察察与基础工程系3.高塑性和高高孔隙性岩石（（粘土、孔隙石灰灰岩、盐岩）区别于前二类，当当压头压入时，在在压头周围几乎不不形成圆锥形破碎碎穴，不会在压入入作用下产生脆性性破碎h/δ=1。计算这类岩石的的硬度时只能用P0代替公式中的Pmax。第一节岩石的物理力学性性质概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系八、岩石的弹弹性和塑性性（1）衡量量岩石弹性性的指标主主要是弹性性模数E和泊松比μ。弹性模数：弹性范围内内应力与应应变的比值值，(Pa)或(MPa)。泊松比：弹性变形阶阶段横向应应变与纵向向应变的比比值，无量量纲值。（2）在钻钻探过程中中衡量岩石石塑性程度度的塑性系系数K：塑性系数：岩石破碎前前所消耗的的总能量与与弹性变形形的能量之之比。第一节岩石的物理理力学性质质概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系岩石按塑性性系数的分分级第一节岩石的物理理力学性质质概述岩石类别弹-脆性弹-塑性高塑性低塑性→高塑性级别123456塑性系数1>1~22~33~44~5>6~∞一般岩浆岩岩和变质岩岩的弹性模模量大于沉沉积岩，而而塑性系数数则相反。。3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系影响岩石弹弹性和塑性性的主要因因素：（1）岩浆岩和变变质岩：造岩矿物物的弹性模模量↑，岩岩石的弹性性模量↑。。沉积岩：弹性取决决于岩石的的碎屑和胶胶结物及胶胶结状况。。弹性模量量次序：硅硅质胶结最最大，钙质质胶结次之之，泥质胶胶结最小。。（2）造岩矿物的的颗粒越细细，岩石越致致密，岩石石的弹性模模量越大。。岩石的弹弹性模量也也具有各向向异性。岩石的弹性性模量‖>⊥第一节岩石石的物理力力学性质概概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系（3）单向向压缩时表表现为弹-脆性，各各向压缩时时表现出不不同程度的的塑性，意意味着在各各向压缩下下需要更大大的载荷才才能破坏岩岩石的连续续性。（4）温度升高岩岩石的弹性性模量变小小，塑性系系数增大，，岩石表现现为从脆性性向塑性转转化。在超超深钻和地地热孔施工工中应注意意这一影响响。第一节岩石石的物理力力学性质概概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系九、岩石石的研磨性性1、岩石研研磨性：岩石磨损工工具的能力力。2、岩石磨磨损形式（1）摩擦擦磨损：孔孔底岩石与与切削工具具相对滑动动而产生的的磨损。与所钻岩石石的研磨性性、切削工工具的耐磨磨性、钻进进规程参数数有关；（2）磨粒粒磨损：孔孔底破碎岩岩屑对切削削工具的磨磨损。与岩岩屑的硬度和研磨性性、岩屑的的数量（钻钻进速度））、钻孔冲冲洗的程度度等有关。。在金刚石钻钻进中这种种磨损形式式起着重要要的作用，，因为岩粉粉能磨蚀金刚石钻头头的胎体，，帮助孕镶镶金刚石出出刃。第一节岩石石的物理力力学性质概概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系1、影响岩石石研磨性的的因素（1）岩石石颗粒的硬硬度越大，研磨磨性也越强强，石英岩岩具有强研研磨性（2）岩石石胶结物的粘结强度度越低，岩岩石的研磨磨性越强。。（3）岩石石颗粒形状状越尖锐、颗粒尺寸越越大，岩石石的研磨性性越强。（4）岩石表面面粗糙，局部接触触易产生应应力集中，，研磨性增强强（5）硬度相同时时，单矿物岩石石的研磨性性较低，非非均质和多多矿物的岩石（如花花岗岩）研研磨性较强强。岩石中较软软的矿物（（云母，长长石）首先先被破碎下下来，使岩岩石表面变变粗糙，同同时石英颗颗粒出露，，从而增强强了研磨能能力。（6）介质质的影响，湿润和含含水的岩石石硬度和研研磨性都会会降低。第一节岩石石的物理力力学性质概概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系常用测定岩岩石研磨性性的方法目前国际上上还没有统统一测定岩岩石研磨性性的方法。。通常用用模拟某某种钻进过过程的方法法，不同方方法的结果果难以相互互比较。钻磨法:金金属棒在载载荷、转速速下与岩石石摩擦后的的失重磨削法：硬硬合金刀具具在压力下下与岩石试试件摩擦，，以一定时时间内刀具具的失重微钻头钻进进法：微型型钻头在一一定规程下下钻磨岩样样，一定时时间内钻头头的磨损。第一节岩石石的物理力力学性质概概述3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系第一节岩石石的物理力力学性质概概述标准圆盘磨磨损法：用用圆盘金属属试样在压压力下对岩岩石作滑动动摩擦，以金属圆盘盘的磨损量量表示岩石石的研磨性性指标。按按此方法可可把岩石的的研磨性分分成12个级别，而我国有关关部门习惯惯于把岩石石的研磨性性分成弱、、中、强三三个等级。。3/5/2023中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系自学内容容安排第二节土土的物理理-力学学性质特特征（自自学P13~P15））一、土的的基本组组成二、土的的物理性性质特征征（土的的含水量量、土的的密实度度、土的塑性性指数和和液性指指数、土土的渗透透系数））三、土的的力学性性质特征征（土的的压缩性性、土的的抗剪性性、土的极限限平衡条条件）四、土的的工程分分类3/5/2023中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系第三节岩石在外外载下的的破碎机机理0、碎岩岩工具与与岩石作作用的主主要方式式根据刃具具与岩石石作用的的方式和和碎岩机机理，可可把碎岩岩刃具分分：切削一剪剪切型、、冲击型型、冲击击一剪切切型三类类。1、切削削一剪切切型钻头碎岩岩刃具以以速度vθ向前移动而切削削(剪切)岩石。工工作参数数是：移动速度度vθ、轴向力力Pz和切向力力Pθ以及介质质性质。。3/5/2023中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系2、冲击击型冲击型刃刃具给孔孔底岩石石以直接接的冲击击动载，，碎岩的的过程可可用工具动动能Tk和岩石变变形位能能U的方程式式来表达达（T＝U）：式中：m——钻头头和冲击击钻杆的的质量；；vθ——钻头头同岩石石碰撞时时的速度度；δmax——钻头头侵入岩岩石的最最大深度度；Pz（δ）——岩石石抵抗钻钻头侵入入的阻力力。第三节岩石在外外载下的的破碎机机理3/5/2023中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系3、钻头刃具具不仅以以Pz和Pθ作用于岩岩石，而而且还有有使钻头头向前回回转的移移动速度度vθ和冲锤对对齿刃的的冲击速速度vz或牙轮滚滚动时齿齿刃向下下冲击的的速度vω。合成速速度是：：或式中：；；A0——冲锤锤单次冲冲击功；；Q——冲锤锤重量；；r——齿顶顶到牙轮轮瞬时旋旋转中心心的距离离。第三节岩石在外外载下的的破碎机机理3/5/2023中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系一、外载载作用下下的岩石石应力状状态切削具对对岩石的的压入破破碎在孔孔底过程程中起着着重要作作用。岩石在切削具具切入、、破碎之之前，先先产生弹弹性应力力状态。。钻头上的的切削具与孔孔底岩石石的作用用可以看看成是圆柱体、、球形体体、长方方平底形压模与与弹性半半无限体体所限制制的平面面的相互互作用。。讨论不同同形状切削具具在外载载作用下下的岩石石应力状状态。（一）平平底圆柱柱形压头头压入时时应力状状态（二）球球形压头头压入时时岩石的的应力状状态（三）轴向力和和切向力力共同作作用时压压头下方方岩石的的应力状状态第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系1、平底圆柱形压压头压入时应应力状态刚性平底压头头以作用力P沿z轴压入弹性半半无限体，其其接触面上的压力分布布在初期是不不均匀的（图图1-6），，边缘处的应应力集中使岩石产生局局部破碎或塑塑性变形，而而后，压力便便趋于均匀分分布。第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系在压力均匀分分布的前提下下，根据弹性性力学布希涅涅司克问题和和应力叠加原理理，求出岩体体内沿对称轴轴上各应力分分量为：第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系各应力分量随随z轴的变化化情况（如图图）。随z的的增加，σz减小的慢，σr=σy减小的快；剪剪应力τ随z的变化开始始由小到大，，到一个临界界深度z0处τ达最最大值。在载荷中心z=0处：第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系若将τ对z求导，并使其其等于零，则则：设μ=0.25，则则z0=0.62a，，τmax=0.345p。这表明在z轴上，最大大剪应力所在在的深度约等等于压头半径径的2／3。。而最大剪应应力约为均匀匀压强的l／／3。由于最大剪应应力点是压碎碎岩石的发源源处，且平底底圆柱形压头头压入时应力力存在两个极极值点，应引引起重视。第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系第三节岩石在外载下下的破碎机理理压头下相对剪剪应力的等值值线分布图3/5/2023中国地质大学学勘察与基础础工程系2、球形压头头压入时岩石石的应力状态态球体压人时，，接触球面（（半径为a））上的压力分布是是不均匀的。。其数值是随随着压力点离开压压力面中心的的距离r的增增加而不断减小的的一个函数(如图)，即即：在压力中心处处：在压力边缘处处：第三节岩石在外载下下的破碎机理理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系同样根据弹弹性力学布布希涅司克克问题集中中应力作用用原理，岩岩体内沿对对称轴上的的各应力分分量为：第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系各应力分量量随z轴的的变化：剪应力τ随随z的变化化开始由小小到大，在临界深度z0处τ达最大值。。在压力面中中心处（z=0）有：；如果设μ=0.25，根据计算算，z0=0.5a，τmax=0.40p，同样存在在两个极值值点，但都在z轴上。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系3、轴向力力和切向力力共同作用用时岩石的的应力状态态回转钻进中中，碎岩工工具一般以以轴向、切切向载荷同同时作用于于岩石。此时，，岩石的应应力分布与与只有轴向向载荷时不不同。只有轴向力力作用时，，等应力线线分布是均均匀对称的的。轴向力力和切向力共同同作用时，，等应力线线分布则是是非均匀的的、不对称称的。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系在接触面上上，切向力力作用的前前方将产生生压应力，，而切向力力作用的后方则则产生拉应应力；在半半无限体内内形成正应力力区（Ⅰ））、拉应力力区（Ⅱ））和过渡区（（Ⅲ）。压缩区Ⅰ随随轴向力增增加而扩大大，随切向力的增加加而缩小；；拉伸区ⅡⅡ则与上述述情况相反。。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系二、工具压压入时的岩岩石破碎机机理1.平底底压模压入入时第一极值带带环形裂纹纹，开始ac伸展比ao快；∵远离自由由面，ac伸展迅速减减慢；第二极值带带朝边缘发发展，形成成镰刀极限限区；极限区的体体积和压力力↑，排开开周围的力力↑；c点迅速到达达自由面并并与从o点来的裂隙隙相遇；产生aob主压力体和和mon剪切体体；；∵抗剪强度小小，周围岩石突突然崩离，，压模下落落；aob体被压头压压碎第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系2.球状状切削具压压入时开始时，切削具与岩岩石接触的的是一个点点；外载↑，切切削具和岩岩石产生弹弹性变形，，接触面面↑；接触面中心心的正应力力最大，首首先出现裂裂隙；随外载增加加，接触面面增大，产产生与原有有裂隙平平行的新裂裂隙系；外载继↑，，弹变总值值↓，应力↑，裂隙深度↑↑；以后的破碎碎过程与平平底压模时时类似。图1-12说明压入岩岩石时的跳跳跃过程第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系三、在动载载下岩石的的破碎过程程与静压入时时没有本质质性区别。。当冲击能能量不大时时，边缘出出现裂纹带带;冲击能↑，，边缘之外外便出现环环形崩离体体——脆性破碎第第一形态。。随着冲击能能的↑，崩崩离体的体体积稍有↑↑。冲击能能量达一定定值后，压压头底下的的岩石发生生与静压入入时相似的的脆性破碎碎——脆性破碎第第二形态。。继续↑冲击击能，余裕裕的能量使使压头的侵侵深有所增增加，并使使接触面周周围有岩石石崩离体出出现。冲击能达到到相当大的的数值时，，则出现——第三破碎形形态。整个岩石破破碎过程同同样具有跳跳跃性。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地质大大学勘察与与基础工程程系四、影响碎岩效效果的因素素1.载荷荷大小的影影响实践表明，，钻进速度度vm与比压P的关系曲线线可分成三三个区段：：表面破碎切削具与岩岩石的接触触压力远小小于岩石硬硬度，切削削具不能压压入岩石。。岩石破碎碎是由接触触摩擦功引引起的，钻钻进速度低低。这种变变形破碎方方式称为岩岩石的表面面破碎区。。疲劳破碎轴向载荷↑但<岩石硬度，，使岩石晶间间联系破坏坏，多次加加载疲劳裂隙发展展众多裂隙隙交错，产产生粗岩粒分离，，称为疲劳劳破碎区。。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理3/5/2023中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系3)体体积积破碎碎切削具具上的的载荷荷继续续↑，接触触压力力≥岩岩石硬硬度，，切削削具有有效地地切入入岩石石，切切下岩岩屑，，称为为体积积破碎碎，会会分离离出大大块岩岩石，，破碎碎效果果好。。2.破破碎碎工具具形状状的影影响3.破破碎碎工具具加载载速度度的影影响4.液液柱柱压力力的影影响第三节节岩石在在外载载下的的破碎碎机理理3/5/2023中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系第四节节岩石的的可钻钻性指指标一、岩岩石可可钻性性的概概念1、岩岩石可可钻性性的概概念岩石可可钻性性是表表示钻钻进过过程中中岩石石破碎碎的难难易程程度。。在钻探探生产中通通常用用机械械钻速速作为为衡量量岩石石可钻钻性的的指标标，单单位是是m／／h。。2、岩岩石的的可钻钻性及及可钻钻性分分级的的意义义可钻性性及可可钻性性分级级是决决定钻钻进效效率的的基本本因素素，也也是确确定岩岩石破碎碎的难难易程程度的的综合合指标标。对钻探探生产产非常常重要要，它它是合合理选择钻钻进方方法、、钻头头类型型和结结构、、钻进进规程程参数数的依依据，，也是是制订钻探探生产产定额额和编编制钻钻探生生产计计划的的依据据。3/5/2023中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系第四节节岩石的的可钻钻性及及可钻钻性分分级二、岩岩石可可钻性性分级级的方方法1、力力学性性质指指标法法采用单单一的的力学学性质质划分分岩石石的可可钻性性级别别。据压入入硬度度值把把岩石分分成6类12级级，据据摆球球的回回弹