岩石的分类及性质清楚明了

石油工程岩石力学PetroleumEngineeringRockMechanics

教师：李相臣电子邮箱：课程回顾一个意义：为什么学习岩石力学？两个定义岩石力学的定义岩石的定义一个特点：岩石力学研究对象的特点一个方法：研究岩石力学的方法主要内容第一节岩石的分类第二节岩石的物理性质第三节岩石的非均质性和各向异性第一节岩石的分类地球的岩石圈：地球表面的固体部分。由地壳和上地幔顶部岩石组成的地球外壳固体圈层。地球圈层分为地球外圈和地层内圈。地球外圈包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈。岩石的组构特征1.岩石的物质组成粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物组成岩石的矿物组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质2.岩石的结构岩石的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反映在岩块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与胶结连结。颗粒形状强度：粒状、柱状＞片状＞鳞状颗粒大小强度：细粒＞粗粒排列形式强度：等粒＞不等粒岩石的组构特征微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等①降低岩石强度②导致岩石力学性质各向异性岩石的微结构面岩石的组构特征裂缝绞性地松层套赞管损沃坏El米f公司笛的岩秩石力叮学专胶家Ma璃ur盲y和Sa帅uz陷y在研杏究裂当缝性踩地层懒套管雪损坏遍时首双先提魂出了井井眼笛周围版裂缝家岩体棉的剪充切位闹移理触论并饮应用钓于井膝壁稳挠定性来分析裂缝怖性地居层裂缝栋性地险层扰拖动产扁生剪界切位西移造宽成套尺管变睡形裂缝围岩体躲的剪厘切位伞移造凡成井诵眼缩制径现餐象剪切呈位移被引起万的井钻眼形迁状变讯化XYX方向努井径动降低Y方向翅井径过增加剪切害错动层方向不同兔剪切笨位移兄方向刑的井记眼形扣状井下辆电视甘测井捷观测洒到：裂缝胀岩体赔的剪结切位碍移造缠成井少眼缩旧径现忠象井下掘电视单测井劫显示繁的破蛾碎性酒地层封在井刮眼周茄围产例生的教剪切唐位移唤的情键况剪切委位移五造成轻井眼笑缩径储的实黄例（惯现场茅实测馆结果）20蚂02年，BP美国柱公司肢在墨手西哥鲜湾遇禽到钻奋井中鼻井壁葡稳定洋问题头。井眼而与地忆层层典理面致夹角概不同丙（井处斜角沃不同猫），浮井壁咸垮塌踏程度警、垮播塌岩静石大恢小、条形状维不同莫。Du妥ss登ea问ul纷t研究装破碎盼性地潜层井乳壁稳喷定性步时发浮现井皆壁是祖否稳蓄定与碧井眼经尺寸既有关谣，井怪眼尺益寸越上大井死壁越细不稳姥定。在研跨究层涂理发戚育的粉各向管异性原地层甚井壁常稳定摔性时圆发现缘瑞井壁梦稳定焰性与欧井眼师轴线绝和地怖层层弯理面率的夹底角有衬关，示认为勉应尽熔可能麻以垂校直与搞层理晒面的跨方式恋进入嘉地层我，才厨能保概持井仰壁稳工定性膨。裂缝稠发育亚的破博碎性犹地层层理目发育低的各候向异体性地泊层各向蜻异性拨地层加拿枝大科陕学家谅的研册究结绍果基底元型：彼此赠不发化生接骄触的窝矿物治颗粒下埋在蚕玻璃散体中盗，这胡种情段况下躲胶结听程度堂很高耐，岩您石强黑度与饶胶结猫物有冲关。接触局型：仅仅亡在颗撑粒的象接触向点存纽奉在胶锻结物物，这坑种胶任结程寻度低册，岩晓石强麻度也区不大强。间隙宏型：矿物兄颗粒洒彼此胡直接峡接触盆，而键颗粒众的孔窑隙被贝胶结零物充呼填。溶蚀屠型：胶结创物不棋仅充修填在销矿物枯颗粒怒之间匪，而芝且进援入到严矿物按颗粒章本身圣中，县胶结妖强度冷很高碧。岩石鹊的主扭要胶蚊结类皇型：岩石头的组膛构特陆征基底烘型接触谈型间隙反型溶蚀翠型3岩石喉的构波造岩石估的构测造：岩石谋的构槐造是盲指岩桥石组智成成窗分在犯空间代上相绝互排拉列及哭所占铸的位朱置。岩浆般岩的低构造：块状拥构造常、流止纹状帖构造拘、气丸孔状怎构造郑、杏表仁状尤构造沉积毁岩的贯构造：层理桌构造变质例岩的那构造：片理花构造岩石好的组烦构特抗征流纹唇岩气孔罢状构畜造杏仁紫状构诉造沉积读岩中沟的层撕理构座造白云把钾长军片麻帆岩岩石轿的地赛质类垄型划旱分1.岩浆提岩：漏是由荷岩浆啦凝结妖形成启的岩默石。2.变质咽岩：过矿物号成分瞒、结悔构发筒生变各化形法成的宽岩石慨。3.沉积鞋岩：挤搬运揉、沉狱积、层成岩忠作用酸而形傲成的吹岩石抱。母岩转变过程产生的岩石岩浆岩沉积岩变质岩风化作用热和压力熔融作用沉积岩变质岩岩浆岩沉积团岩的肠分类碎屑躺沉积探岩：源砾岩弊、砂舱岩、获粉砂塘岩、忙泥页炒岩化学烤沉积侄岩：现石灰挥岩、污白云辰岩、物燧石集、蒸樱发岩生物精沉积挺岩：败煤、及石灰壤岩岩心购照片砾岩岩心考照片致密耽细砂搭岩岩心游照片泥岩岩心糟照片硬脆倾性泥胳页岩盐膏粘岩岩心持照片4岩石篇的工缩慧程分偏类以工浪程实讲用为跨目的就的岩趣石类曾型划剃分叫岩石诉的工勾程分旱类(岩体良的工内程分谋类)。主书要目扑的是贱指导醉工程宜技术臭人员筑合理毒选择颗工程竿布局钢及技啄术处赛理方棵法。完整话岩块搁的工谊程分抖类编号类别单轴饱和抗压强度(MPa)代表性岩石I硬质岩>80中细粒花岗岩，花岗片麻岩，闪长岩，辉绿岩，安山岩，流纹岩，石英砂岩，硅质灰岩，硅质胶结砾岩II中等坚硬岩30-80灰岩，大理岩，白云岩，砂岩，钙质砾岩，板岩III软质岩<30泥质岩，泥质灰岩，部分凝灰岩，绿泥石片岩，千枚岩《岩土各工程昨勘察狐规范》分类坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度，MPa>6030-6015-305-15<5岩体描的工沾程分狸类岩石：是言固态拿矿物闭或矿值物的型混合哈物，狮由一存种或悬多种凳矿物藏组成稼，具嗽有一首定结患构、赶构造插的集北合体填。岩体：含灿有结构舒面的原殿生地去质体沾，是浪由处欧于一逮定地脊质环条境中隆的各湿种岩横性和与结构符特征沾岩石啦所组坝成的贺集合末体。特点么：显藏著的寇不连朝续性。岩石捡质量们指标RQ森D岩石嚷质量潮指标RQ慢D纸(R诊oc宪k弊Qu沸al案it仙y弟De乐si秒gn吧at绍io汤n)党:长度大于10吹cm的岩歪心长婶度之午和与拾钻孔桃总进反尺的马百分童比。(迪尔箱，19畜64催.)RQ堆D求取团的经惜验方巾法1)还R秧QD与裂甚隙频茧率Kd之间袄存在辆以下厌关系察：2)粥R跟QD与单笔位体观积岩昨石中胶的节馆理总绘数Jv之间土存在裳以下聚关系床：当Jv液<4困.5时，RQ笨D取10斯0。根据RQ误D的岩悄体质蝇量分糊级RQD<2525-5050-7575-90>90岩石质量描述很差差一般好很好等级IIIIIIIVV岩石月的物冲理性轰质：物理帐性质袭：物耗质不时需要否经过斗化学黑变化惧就表球现出唱来的灭性质租叫做铺物理创性质扒。颜色孙、气榴味、隔形态葡、熔口点、庄硬度服、导项电性以等岩石榨的物蒜理性从质：袋指岩钳石的陶力学拳、热罗学、傻电学找、声培学、邮放射快学等振特性钢参数爬和物永理量船。第二欢节锋岩石笨的物腔理性还质岩石码的物夫理性波质岩石救和土眯一样穴，也堂是由矿固体晌、液透体和搅气体依组成饰的多段相体驼系。物理皆性质执是指周岩石渗由于宗三相赴组成兄的相脖对比男例关水系不啊同所唉表现星的物忆理状育态。1.岩石坛的密广度2.岩石叹的孔铸隙性3.岩石枣的水兼理性(一)岩石色的密治度1.岩石睡的颗粒胡密度岩石架固体反部分烦的质井量与够其体坡积的仔比值服。它布不包费含孔会隙在爱内，撞因此敲其大抽小仅姨取决片于组摇成岩哑石的攻矿物豆密度捧及其叮含量岩。颗粒没密度固体稀部分府质量固体闯部分职体积(一)岩石建的密屈度2.岩石统的块体苗密度是指部岩石帜单位遮体积脾内的捞质量胆，按鹊岩石更的含着水状擦态，衣又有秆干密彩度（ρd）、仓饱和猎密度艳（ρsa乏t）和秒天然长密度增（ρ）之铸分，点在未茎指明遗含水体状态少时一守般指在岩石巧的天躁然密认度。d=晒dr纷y斯sa掌t=泳sa悬tu滨ra那te树d常见粉岩石晌的密当度岩石名称密度(g／cm3)岩石名称密度(g／cm3)花岗岩2.52～2.81石灰岩2.37～2.75闪长岩2.67～2.96白云岩2.75～2.80辉长岩2.85～3.12片麻岩2.59～3.06辉绿岩2.80～3.11片岩2.70～2.90砂岩2.17～2.70大理岩2.75左右页岩2.06～2.66板岩2.72～2.84(二)岩石鹅的孔创隙特登性孔隙怪度：岩石贵中孔稠隙体引积与职岩石南总体呼积之孔比(多用惨百分智数表寨示)。裂隙疲率：岩石射中各啄种节水理、财裂隙绵的体夺积与仇岩石成总体爪积之胳比称卷裂隙湾率。孔隙凑度与眼裂隙刺率含修义相察同，也孔隙艺度多乌用于尺相对染松散久土、敏石，垦裂隙掠率多馅用于李结晶垂连接谊的坚处硬岩搞石。一般淋岩石未的孔奶隙度午在10藏%-肯35岛%之间艺。孔隙旁比：岩石询中孔武隙的木体积尖与固查体颗狭粒体丽积之惩比称歇岩石虹的孔男隙比(多以侵小数秘表示)。(二)岩石醉的孔窄隙特森性孔隙匹比和墙孔隙验度可以阿互相版换算狸：密度甘是实掩验指哈标，哨只有催通过当实验家才能练得到食具体脉数值焰，而怎孔隙至度和社孔隙朋比是律计算掀指标斗。孔隙瞒比孔隙趣度岩石颈的饱弃和密鬼度为2.素65粥g/样cm3，干周密度电为2.矛49向g/伸cm3，计孟算岩成石的敞孔隙布比和限颗粒绝密度躺。例题嗓：岩石艺在水溶提液作用催下表庸现出委来的殿性质梨，称有为水理滚性质。主爱要包程括：(三)岩石窝的水技理性索质吸水晒性软化券性抗冻念性膨胀蜻性崩解郑性1.岩石阅的吸拔水性岩石写在一谎定的炭实验图条件昼下吸收欺水分的能真力，称妙为岩石案的吸图水性。吸水默率(Wa)：岩石庸试件边在大仇气压外力和命室温描条件倚下自怨由吸悟入水竹的质板量(mw1)与岩袭样干斜质量(ms)之比嚷，用抖百分帜数表逝示。1.岩石怕的吸兰水性岩石乳的饱棉和吸指水率(W痛p)：是指引岩石梅试件地在高要压(一般卧压力获为15屯MP梦a)或真羽空条直件下捧吸入迫水的恼质量(mw2)与岩江样干柄质量(ms)之比旦，用带百分盐数表我示。岩石亩的吸江水率(Wa)与饱惩和吸皱水率(Wp)之比啦，称串为饱水纹系数。它拾反映歇了岩神石中峰大、呜小开娘空隙谋的相书对比咽例关尊系。2.岩石慎的软顺化性岩石露浸水限饱和韵后强度肺降低的性熊质，齐称为软化冠性软化抵系数(KR)为岩躺石试唱件的涌饱和吩抗压宜强度(σcw)与干辈抗压鱼强度(σc)的比怕值岩石枪中含伞有较距多的亲水娱性和可溶抢性矿物跪，大简开空隙较多娃，岩虚石的膊软化辫性较蚀强，顶软化笛系数肌较小饱。KR＞0.竿75，岩乓石的怒软化浙性弱要，工缩慧程地洲质性荷质较丸好KR＜0.叼75，岩凉石软执化性息较强海，工惠程地项质性吃质较饥差常见置岩石群的软添化系既数弹性蛙模量佳随含史水量泽的变胀化情响况泊松苹比随熄含水文量的霸变化牢情况粘聚绪力随料含水谜量的墨变化龟情况内摩句擦角泳随含歼水量授的变完化情蹦况3.岩石形的抗纽奉冻性岩石摩抵抗苍冻融送破坏忆的能灯力，哄称为抗冻欲性。抗冻讯系数(Rd)：岩妄石试便件经民反复错冻融馋后的福干抗悦压强煤度(σc2)与冻显融前明干抗弱压强护度(σc1)之比芹，用咽百分纸数表煎示。质量匙损失简率(Km)：冻集融试狭验前史后干箭质量践之差(ms1－ms2)与试馋验前技干质在量(ms1)之比咬，以追百分嗓数表寸示。Rd＞75％，Km＜2％，抗冻守性高吸水浴率Wa＜5％、跨软化缩慧系数KR＞0.组75，饱永水系切数小贪于0.眼8的岩逗石，种抗冻担性高风。3.岩石巴的抗唐冻性4.岩石辉的膨耕胀性膨胀刘性：岩石脑吸水钉后体政积增夺大引瞒起岩谷石结列构破脚坏的发性能咬称膨惭胀性扁。一般揭含有脏粘土箩矿物农的岩废石均尚具有—定的武膨胀任性，企特别洪是含撕有蒙脱巨石类愚矿物的岩老石膨峰胀性氏最大很。在铁顺路建动设中汤，膨算胀岩雹地段当路堑退边坡称坍滑小将造革成严奏重危叠害。钻井都工程自中，岸钻遇扯膨胀宿性岩吼石容厘易导俗致井微眼缩脆径、臭井壁仙坍塌央等问赢题。5.岩石释的崩最解性崩解迎性：岩石且被水愁浸泡机，内勺部结要构遭喝到完君全破汤坏呈日碎块界状崩亩开散城落的妖性能请。具颜有强孟烈崩合解性绑的岩烂石和像土，这短时狭间内善即发过生崩获解。我国嗽西北匪地区牵的黄任土，仍在水黎中浸民泡一烈天左陵右即网崩解新，西制南某芬地风警化钙蓄泥质衰粉砂需岩置公于水少中仅责十多朴分钟阔就全放部崩哑解了眠。(四)岩石特的热谷理性量质岩石垦的热鲜理性是指界岩石校温度祸发生饮变化炎时所思表现鹅出来雨的物韵理性猾质。卡（热胀丹冷缩）温度兆升高体积耗膨胀强度亚降低变形伶特性敏改变体胀祝系数得与线踪蝶胀系断数体胀罪系数获：温航度上帜升1℃所引愤起的判体积劫增量捕与初似始体够积的扮比值延。线胀泄系数蛛：温孙度上显升1℃所引猫起的雪长度两增量好与初室始长梅度的宪比值瞒。岩石赶的导寸热率岩石伶的导信热率是度挽量岩绑石的悬热传涨导能糊力的场参数样，是去指当惩温度偶上升1℃时，辟热量现在单炭位时我间内姐传递从单位好距离缓的损饭耗值逐。岩石尾导热唤率的尊影响粒因素骑：矿物相组成及、结伴构构甚造以冈及赋内存环径境。第三室节务岩雾石的表各向要异性块和渗勤透性岩石比的不时连续锈性岩石复的不比均匀获性岩石饱的各偿向异近性岩石笛的渗童透性1.岩石阅的不奇连续牧性岩石傍中普筒遍存蓬在的结构丢面，无屿论是物质枯分异赠面还是物质泊不连娱续面，都旦会使耻结构姐面两拥侧附丽近的宇岩石刘物理力学绝性质呈现失不连运续变矿化。对于壁裂隙爸性岩疫石，耽通常选采用护裂缝耳率作匙为定叔量评胜价岩达石被溜裂隙狼切割旋后破给碎程傅度的治指标鸦。岩石及中的胸裂隙单向决裂隙蚂(或摆裂隙慕频率茎)单向梯裂隙指一纲组结皱构面在的法荣线方轨向上井每单通位长筛度(m裁)内，法线榜与结缴构面痛的交德割数骄目，以Kd布(1冈/m洲)表示硬。即乎单向绒裂隙利率的笼倒数豪为成闸组结持构面求之间秒的平贿均间候距，认以d表示洗。式中极：Kd刊—单向桨裂隙切（1/陵m）d许—结构驳面间徐平均票间距(m童)平面疯裂隙尸率平面承裂隙吧率Ka是指棵岩石顷单位授面积讨上诸掀裂隙静所占扑有的倦面积潮总与燥总面聋积的总比值才。式中米：li手—第i条裂众隙面野长度(m蛋)；ti雹—第i条裂怕隙面碑的宽絮度(m促)；A磁—被测条量的知岩石背总面影积(m内)。不均仆匀性：是指煎天然没岩体筹的物袜理、允力学皂性质涂随空对间位丈置不悠同而映异的丛特性师。分银析现锻场岩塔体试乘验资爹料时弓可采硬用综军合性西的统蜻计特提征—偏差闹系数V(酬%)来估赶算岩蚊体的络不均旨匀性兔。标准向差估仗计值各观僵测值xi的算柿术平竟均值2.岩石雄的不轮均匀遮性3.岩石曲的各直向异璃性岩石勉各向医异性是指崖天然徒岩体纺的物浇理力贪学性段质随甩空间树方位型不同考而异径的特吐性，份具体仗表现剂在它访的强度畜及变赞形特携性等各擦方面卖。在天苗然岩宴体条调件下豪，使可岩体趋具有缴各向足异性磨的基值本原垃因是缴由于枪岩石鱼内普观遍存乡丰在着层理羊、片潜理、虹夹层和定向畏裂隙马（断孩层）系统黎所致会。目疗前在录实际纺工程仪中对笑于成首层岩肤体