《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。

7/10/2023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7/10/2023中国地质大学勘察与基础工程系2桑.腰粘云结吧性雅岩波石粘结纯性岩时石由侧粘土及矿物详或主梁要由该粘土窄矿物门粘结练的碎功屑岩革细五粒组渡成，锈特征硬：①泻湿润塌条件汤下，梦被破尿坏之月前可末以有粪大的赌残余陆变形若；②天质啄点慈间泳的沃内鹿聚鹊力打，磨随柿湿黄润尺不修同垦可狱在便很六宽竭的捆范隆围和内犹变征化主；③践在粘喘结状阅态被头破坏扣后，硬可采挑取高再压和期增湿砌的办祸法使旱其内倒聚力耐得以露恢复计；④离某些驻粘结判性岩靠石（斑粘土猴岩、巧白垩咸）在清湿润昆状态海下具沾有膨腿胀性偏，易障造成寨孔（偿井）映壁缩腊径或币坍塌物。第一反节岩芬石的箱物理密力学叼性质喜概述7锈/糠7曾/末2卫0贡2福3中国悲地质猜大学悦勘察代与基跪础工骡程系3.谜松冰散性盒岩石松训散冷性裕岩练石萌由耀相骨互疫之铜间劣无颗粘症结旱性比的牛不姨同瘦形你状窄与阴尺坑寸栽的万细毁粒个（究砂倾、仪砾咐石崖、细卵煌石搜、禾漂两砾虾等茄）社聚夹集投而身成五。母在哀这校类戒岩睁石栗中万钻敬掘刷的概同垂时迟必坦须恰加饮固影孔居（闹井径）剂壁华，才以崖防木止赖坍丢塌最。4告.蝇流怎动贺性忘岩炒石流动麦性岩抵石（锡流砂沃层）盗由含看水的熔砂质耳粘土饺类岩砌石（圣细砂急、亚凤砂土竭）组厅成。剥当砂狱粒之碑间存窃在着费极细纲小的秒粘土尝颗粒究时，剩这类搞岩石蓬具有抹较强锅的流乎动性因。如欣果位愁于上偷覆岩阳层形述成的字高水宰头压终力巡寿之下朱，则速流砂追会沿腥着钻纪孔上椒涌。着因此筑在这帅类岩园石中烟施工璃必须盐一边托钻掘告一边梨加固缘瑞孔（夏井）昨壁。第一距节岩石爪的物腐理力屠学性抄质概乐述7/原7/是20摄23中傍国魄地泉质辫大确学酷勘句察越与盒基膀础锅工狭程叨系二、岩婚石景的丈孔腾隙药比零与云孔愧隙先度1、愤岩石状的孔剧隙比kP：岩雅石箭中陕的腹孔誉隙轰体透积VP与择岩智石浑中叮固月相嫁骨薪架婶的帝体秃积Vc之宿比kP=VP/Vc2、碑岩味石椒的缩慧孔竹隙冰度P：岩石毫中的瓶孔隙竹体积VP与叮岩抱石夹总映体尖积V的百蜂分浩比岩骆石便的殿孔杯隙晒性份削警弱博了丘岩嘴石易的拣强尚度颤。一般娃沉积格岩具望有高突的孔嚷隙度，眉随着默埋深罢的增慌大，彻岩石朗的孔叔隙度栽降低球。第一龙节岩妹石的盒物理尽力学莫性质撤概述7绩/棕7桃/润2偏0希2嫌3中国涉地质遗大学蒙勘察焦与基吓础工僻程系第利二究节切岩钟石运的壳物旗理谜力哗学洗性烫质三清、藏岩础石代的团密躁度很与占容违重1、岩朽石夕的激密唯度ρs：岩枕样糊的圾质足量m与其誉总体休积V之笼比轰。勤均忠质短物质沉的私密覆度受为述质垫量热与兄体窑积覆之援比碧。2、字岩泉石稀的火容灯重γs：是岩止样重袖量G与碌其粥总氧体蚁积V之比7吐/符7献/寒2贞0染2匹3中国哥地质考大学商勘察招与基抓础工正程系四泊、肚岩育石拣的舒结慢构咏和姓构贡造岩石份结构士说明体岩石宏的微钩观组哪织特汽征。锐与矿最物颗瓦粒的拒大小盼、形意状和谱表面香特征算有关赏，反差映岩眯石的纱非均袭质性随和孔猫隙性撇。岩妻浆良岩粥主浅要挣具剖有推块聋状漫结防构摇，淹其扑构额造锐特完征棉对贫钻梳掘狠破惹碎确岩创石扁没强有匠显填著情影厦响鲜。止沉龟积誉岩析的撑成美因贼广恨泛妨，忠故适其狡结孙构洽也迫比壮较柜复谨杂朗。户碎载屑叫岩踩具企有损碎胸屑码结冲构残，扭按宫碎麻屑擦的挂大虏小沙可醋分肌为砾状恰结构俘（碎看屑直域径＞2m摔m）堤、粗均粒鼠结晓构袄（坦碎肝屑谣直雷径1~堤2m工m）该、中砂召结构扁（碎承屑直琴径0姿.甚1简~痰1类m慈m）、粉砂通结构张（碎赖屑直步径0兆.鸦0客1起~菠0鸽.索1撞m罢m）俭。。第摄一果节岩民石减的醉物塑理挂力未学换性熊质城概从述7/厅7/层20栗23中国墨地质茫大学根勘察壳与基传础工貌程系碎继屑撒岩闭的厨胶白结留形弹式萍也秋对肃岩前石与的当力恢学坚性雾质径有链着块显头著绕影缓响柳。垮沉腊积闻岩火通台常惑具天有趁层泪状危构阻造冶，逃它河是经由扑层译理舟决乏定足的估。老层亮理刻反歌映毅岩辽石叫在锈垂起直驴方忙向痛上拜成兽分躺的栽变化宝，侧即粪岩柴石拣颗徒粒泰大显小境在互垂景直腿方讽向贴上挑的克改象变连，等不火同犹成尤分璃颗步粒嘉的第交患替滋，塘或亮者裙某宰些释岩毒石镇颗局粒变的菜定讯向排狼列侮。捐层愤理遗导川致胖岩吉石丢的咐各污向亡异晕性猫。杰变牙质躬岩窄是井在漂高住温盛高滔压采下沉生作成承的穿，恐一絮般吉具秧有蒜晶狼体仗结患构珍、测片始理缴状厅构拔造必。轻所启谓叮片夕理阔就匙是裳岩智石坑沿蠢平辅行平面秤分裂往为薄取片的偷能力鞠。片箭理也逼会引廊起岩查石的宿各向汁异性咽。用拐各摔向酒异委性均系框数越来吐表钓征智岩生石忘在朋不少同林的作方项向拆上驼力捐学磨性畏质渐的后差议异策：境Ka=x‖/x⊥第矮一室节岩胳石醉的刷物塞理侮力芦学机性术质浸概务述7/信7/降20叔23中阿国什地牢质田大找学虹勘备察敲与您基睛础磁工轿程粮系岩石航的物禁理性蜻质是啦由岩薪石的司组成香结构脆所表猴现出俊来的挂性质娘。岩疏石的赶物理勉性质场有很摧多，行本节块主要棋研究粪影响怨岩石扣破碎消过程垫的物喘理性词质，染如粘绣结状昏态、炸孔隙歉度、识密度贵、结笔构和咬构造迟等。岩石隐的力傅学性张质是待在外贵载作藏用下鬼才表率现出车来岩吴石抵品抗变两形和报破坏腹的能佛力。如俯强陶度耀、滩硬胀度南、沈弹最性众、手脆漏性征、犯塑退性谜和创研唐磨音性欢等葵。第一浇节岩石秀的物割理力欣学性游质概惧述7/诞7/且20挣23中蒙国庸地颗质优大蝇学埋勘侨察及与絮基喘础塔工持程志系五削、拴岩律石糠的果强从度1铸、养岩乳石惑的交强沉度惑的倍基巾本渴概提念岩凑石蜜在多载读荷遭作执用级下庄抵敢抗弃破赠坏半的迫能摆力药。破坏颤前所昂能承讽受的蛙最大载荷闷称为挠极限逝载荷雕，单固位面构积上排的极桐限载像荷称伙为极紫限强侵度2、浮岩石炭的强恰度的呀类型（1界）根曾据受弓力条蛮件，岩橡石怖的列极电限勾强欲度核可玩分绩为艇抗菌压促强迎度兰、喊抗疾拉强蜜度笼、及抗抱剪苹强伍度快等牙；（波2矛）皂根府据岔应绒力债状返态涝，岩轰石嫌强跟度典可酱分剧为夹单垫向、两蛮向、婆、三向将应力庆状技态块下滨的监强拆度悬；（3原）根桂据加垂载速秃度，有静勤载强谢度和拍动载杀强度授。第一杏节岩石蹈的物赵理力童学性济质概辩述7命/男7笋/混2州0池2芦3中国聚地质给大学秤勘察枕与基乘础工海程系影响晨岩石贼强度锁的因贿素（1值）一输般情川况下捎，造棚岩矿竭物强欺度越穿高，芹岩石怠的强目度也旷越高溜。沉积订岩的萍强度纵取决榨于胶谈结物互所占打的比乡丰例及羊其矿尿物成沫分。装细粒岩病石忍的钞强猎度良大沙于搂同谁一轮矿减物泄组思成炕的醉粗或粒破岩歉石产。（扰2迁）橡岩渔石长的巧孔跃隙沙度概增飞加宿，运密外度出降膊低帝，馋强更度苗则持降陵低足。镜因奖此究，一闷般堆岩脚石撑的姥强田度搜随枝埋贿深袭的偏增累大途而溉增往大骗。（盆3页）淘岩误石梨的室强往度阳具瘦有露明仗显乘的贿各丈向希异渗性弓。冈垂泡直岸于贩层吨理枣方每向萝的抗金压宴强涂度付最嫩大迎，厅平侦行职于办层采理绕的疏抗温压幅强飞度年最他小北，漠在犹与素层成理暗斜哥交方向景上的尸抗压季强度汉介于者两者依之间宋。第火一拐节薯岩急石佩的记物彩理上力该学墙性舰质怖概雕述7椒/非7禁/慕2寇0毯2丸3中国扭地质粘大学失勘察制与基娘础工轰程系（4）岩川石的代受载梁方式资导致冲岩石袍的强挤度值松差异句很大愚。岩海石的抗育压悲强志度疾最石大案，铺抗生剪掩强戒度龟约运为茅抗规压发强叉度药的1烟0愈%。因羊此县，花钻搞掘体过程中摧，破剖岩工奇具应应主要继以剪民切的馋方式纪来破挑碎岩跌石。（牢5估）仔多残向生应泽力邪状慌态躺下诱的淡岩组石驼强车度婆比租简尚单叠应扰力疫状瓦态离下切的轨强检度挣高构出恨许马多将倍雹。（6）雁加汗载努速穴度劈燕的维影号响：①加垄载悬速浩度流增景加侨，催岩惰石狡的杀强珍度肃提洽高蚕；②加苹载野速腐度观对荐塑马性合岩彼石多强圆度话的陵影刃响躺大吓，员对队脆烛性盏岩侍石兄强技度鸟的站影授响己小映。第踏一偶节粉岩仇石炎的要物倡理突力蚂学否性霜质显概耳述7早/毛7剃/辈2浑0染2盼3中肢国象地北质匙大协学宜勘作察鞋与酸基揭础楼工丛程需系六击、砖岩粪石矿的名硬蛇度1、雾岩石寇的硬份度的文基本谎概念新：岩糖石的公硬度伯反映虽岩石穗抵抗略外部更硬碧物体迅压入略（侵剥入）牢其表诞面的等能力日。2、股硬度嘉与抗吉压强成度的第区别陆与联雨系（1竹）岩戏石的失硬度虎与抗疗压强威度一朽般存呆在正夹比例号关系援；（管2姐）挪抗膝压端强脑度横是未固婆体析抵没抗桨整菌体蓝破宿坏耐时修的慕阻运力突，匹而稠硬笛度值则忌是固体铃表面乒对另昼一物能体局房诚部压亮入或堆侵入炼时的道阻力。（3）硬楚度指持标更怕接近骂于钻品掘过俩程的滚实际搂情况晋。第宜一次节店岩景石霞的沟物熔理滋力穗学颈性轨质忙概忍述7/毙7/忙20窄23中国患地质爸大学肢勘察朱与基肃础工台程系3、影共响勿岩左石告硬带度版的棍因捏素（怖1属）孕岩毅石族中尤坚判硬敌矿烂物瞧愈小多东、彩胶灯结负物炒的咸硬权度男越她大境、山岩团石竿的皂颗叉粒越细歪、结奇构越闷致密胳，岩陡石的咱硬度琴越大屋。而贝孔隙板度高断、密扇度低、裂银隙鸡发织育深的乡丰岩扒石铸硬迟度非将管会佛降世低仍。（2伞）岩饰石的晕硬度惧具有蜓明显痰的各丛向异奏性。陵层理才对岩仰石硬底度的办影响椒与对谦岩石盆强度戴的影宵响相喉反。倚垂直缩慧于层姑理方馒向，硬度咸值最色小；平行哄于层敌理方坟向，硬公度作最敌大；两烟者水之笨间镇可美相厅差殿1民.迎0掀5宜～热1霸.虚8田倍出。第侵一葛节兴岩弓石腰的东物颈理切力敲学逮性答质挣概周述7传/巴7尤/我2厉0找2扬3中价国沫地隙质粗大罪学休勘找察巡寿与各基锻础躁工骆程麻系（3缎）在块各向尝均匀呆压缩付的条盖件下腹，岩翠石的握硬度絮增加泄。在泪常压之下硬度叹越低例的岩胀石，蚊随着盟围压棋增大赏，其亡硬度洞值增烦长越罢快。（4）一峰般而端言，片随着余加载辣速度夹增加嗽，将萌导致负岩石朱的塑饮性系数健降察低傅，翁硬焦度添增讯加发。泽但蝴当肢冲举击末速怨度场小滔于1骗0贸m属/谨s时止，侄硬伸度减变咽化芹不稠大障。加沙载骂速台度热对客低凯强馋度智、冬高改塑钟性个及灰多背孔姐隙贩岩铅石逆硬纺度序的搁影饲响游更窗显折著仙。第一初节岩可石的术物理卵力学域性质顾概述7/势7/煌20危23中临国的地惨质榜大信学兼勘剂察信与拾基荒础格工父程利系4、岩场石未硬脱度幼的软测零定（凶1揪）危静托压书入旁法：以1毛~5裹mm2的育压头损压鞭入驳岩慎样寒表惰面怀，绕岩浸石廊破连碎笨时害的拌载荷Pma搏x除以耳接触现面积S，则订为岩石栽的硬犯度愁值Hy（虚通优常呆称倡为钉压潮入短硬任度搏）裙。(点Pa龟)（僵2哑）长冲翁击蜘回机弹夺法：利用惧重物留落在询岩石贿表集面垄后刷回单弹央高心度脉或舒回深弹酷角学度托或似回顿弹次数秆来确梢定岩耳石的致硬度烘。第钓一婆节震岩每石堂的抢物洽理怠力防学秧性悉质抗概并述7隙/营7燃/目2选0索2欠3中国亩地质乱大学杨勘察蛛与基晒础工杆程系七哀、和岩杏石增的懂变待形腹特森征拾及轰其谷分磁类按岩魂石在脂压头领压入取时的西变形晨曲线断和破光碎特态性可墙分成衰三类兆：弹-脆描性怎岩码石恩每（轿花率岗臂岩喜、统石勉英圣岩刷、帐碧到石撕铁洗质剩岩奔）在载压堤头吸压淘入喂时嫌仅逢产大生削弹跌性圣变冻形韵，末至A点最植大载均荷为Pma勿x处脂便佳突意然义脆军性怎破担碎他，月压立头湖瞬锅时公压异入舟，依破蔑碎取穴版的辩深奥度驻为h。这帽时校破捞碎俯穴窃面丢积卡明洒显返大仇于坦压投头绣的究端裁面例面那积商，即h/δ>5。2.弹-塑性晒岩石插才（大圈理岩四、石帝灰岩毅、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