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1、2023/3/3岩石力学岩石力学岩石力学基本物理性质基本物理性质第一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学课程回顾课程回顾o一个意义：为什么学习岩石力学？一个意义：为什么学习岩石力学？o两个定义两个定义n岩石力学的定义岩石力学的定义n岩石的定义岩石的定义o一个特点：岩石力学研究对象的特点一个特点：岩石力学研究对象的特点o一个方法：研究岩石力学的方法一个方法：研究岩石力学的方法第二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学本次课的课程提纲本次课的课程提纲一、岩石的组构特征一、岩石的组构特征二、岩石中的结构面（软弱面）二、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石的四
2、个性质三、岩石的四个性质四、岩石的物理四、岩石的物理五、岩石的水理性能五、岩石的水理性能第三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学1 1 岩石的物质组成岩石的物质组成粘土矿物粘土矿物硅酸盐类矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物氧化物类矿物组成岩石的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定着岩石的石的力学性质力学性质二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征第四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响o一般硅酸盐矿物有石英、
3、长石、角闪石、辉一般硅酸盐矿物有石英、长石、角闪石、辉石、橄榄石（粒状）及云母和粘土矿物（片石、橄榄石（粒状）及云母和粘土矿物（片状）等状）等o含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高花含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高花岗岩、闪长岩、玄武岩岗岩、闪长岩、玄武岩o含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低粘土岩、泥岩粘土岩、泥岩第五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学o碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类，碳酸盐类矿物主要包括石灰岩和白云岩类，岩石的物理力学性质取决于岩石中的岩石的物理力学性质取决于岩石中的CaCOCaCO3 3及酸不溶物的含量及
4、酸不溶物的含量oCaCOCaCO3 3含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高含量愈高，如纯灰岩、白云岩强度高o泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学泥质含量高的，如泥质灰岩、泥灰岩等力学性质差性质差物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响第六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学o碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系：碎屑岩的力学性质与胶结物成分的关系：o强度上：硅质强度上：硅质 铁质铁质 钙质钙质 泥质泥质物质组成对力学性质的影响物质组成对力学性质的影响第七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/
5、3岩石力学泥页岩的粘土矿物组成泥页岩的粘土矿物组成o蒙脱石蒙脱石o伊利石伊利石o绿泥石绿泥石o高岭石高岭石o伊蒙混层伊蒙混层粘土矿物粘土矿物力学性质力学性质o 蒙脱石含量高蒙脱石含量高软，易变形，易水化软，易变形，易水化o 伊利石含量高伊利石含量高硬脆，不易变形，不易水化硬脆，不易变形，不易水化第九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学2 2 岩石的结构岩石的结构岩岩石石的的结结构构：岩岩石石内内矿矿物物颗颗粒粒的的大大小小、形形状状、排排列列方方式式及及微微结结构构面面发发育育情情况况与与粒粒间间连连结结方方式式等等反反映映在在岩岩块块构成上的特征。其中，粒间连结分结晶
6、连结与胶结连结构成上的特征。其中，粒间连结分结晶连结与胶结连结二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征颗粒形状颗粒形状 强度：强度：粒状、柱状粒状、柱状片状片状鳞状鳞状颗粒大小颗粒大小 强度：强度：粗粒粗粒 不等粒不等粒第十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学2 2 岩石的结构岩石的结构微微结结构构面面：指指存存在在于于矿矿物物颗颗粒粒内内部部或或矿矿物物颗颗粒粒间间的的软软弱弱面面或或缺缺陷陷，包包括括矿矿物物解解理理、晶晶格格缺缺陷陷、粒粒间间空空隙隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等 降低岩石强度降低岩石强度 导致岩石力学性质各向异
7、性导致岩石力学性质各向异性二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征第十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学2 2 岩石的结构岩石的结构结结晶晶连连结结：矿矿物物颗颗粒粒通通过过结结晶晶相相互互嵌嵌合合在在一一起起，它它是是通通过过共共用用原原子子或或离离子子使使不不同同晶晶粒粒紧紧密密接接触触岩岩浆浆岩岩、变质岩、沉积岩中的碳酸岩变质岩、沉积岩中的碳酸岩胶胶结结连连结结：矿矿物物颗颗粒粒通通过过胶胶结结物物连连结结在在一一起起碎碎屑屑岩岩二、岩石的组构特征二、岩石的组构特征第十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学二、二、岩石的组构特征岩石的组构特
8、征o基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体重，这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关o接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结程度低，岩石强度也不大岩石强度也不大o间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶结物充填充填o溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。矿物颗粒本身中，胶结强度很高。岩石的主要
9、胶结类型：岩石的主要胶结类型：第十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学A）基底型）基底型 B）间隙型）间隙型 C）接触型接触型 D）溶蚀型）溶蚀型第十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学3 3 岩石的构造岩石的构造岩石的构造岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在空间上岩石的构造是指岩石组成成分在空间上相互排列及所占的位置。相互排列及所占的位置。岩浆岩的构造岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造造、杏仁状构造沉积岩的构造沉积岩的构造：层理构造层理构造变质岩的构造变质岩的构造：片理构造片理构造二
10、、岩石的组构特征二、岩石的组构特征第十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学三、岩石中的结构面（软弱面）三、岩石中的结构面（软弱面）o结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性较结构面就是岩石内具有一定方向性、延展性较大、厚度较小的两维面状地质界面，包括物质大、厚度较小的两维面状地质界面，包括物质的异面和不连续面（如层理、断裂面等）的异面和不连续面（如层理、断裂面等）1.结构面的成因类型结构面的成因类型2.结构面的规模与分级结构面的规模与分级3
11、.结构面特征及其对岩石性质的影响结构面特征及其对岩石性质的影响第十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学一）结构面的成因类型一）结构面的成因类型o地质成因类型地质成因类型n原生结构面原生结构面n构造结构面构造结构面n次生结构面次生结构面o力学成因类型力学成因类型n张性结构面张性结构面n剪性结构面剪性结构面第十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型1.原生结构面：原生结构面：在岩石形成过程中形成的在岩石形成过程中形成的软弱面软弱面n岩浆岩的流动构造面、冷缩形成的原生裂隙面、侵入体与围岩浆岩的流动构造面、冷缩形
12、成的原生裂隙面、侵入体与围岩的接触面；岩的接触面；n沉积岩体内的层理面、不整合面；沉积岩体内的层理面、不整合面；n变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。变质岩体内的片理面，以及片麻构造面等。o在原生结构面中，除了原生裂隙，以及由于受构造在原生结构面中，除了原生裂隙，以及由于受构造运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多运动和风化作用的影响，已经脱开的软弱面外，多具有一定的连结力和较高的强度具有一定的连结力和较高的强度。第二十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型2.构造结构面：构造结构面：岩石形成后的构造运动过程中产生的各种破裂
13、岩石形成后的构造运动过程中产生的各种破裂面面o断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造断裂面、层间错动面构造作用形成的软弱夹层，以及构造裂隙面等裂隙面等o这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的这类软弱面除了已经胶合者以外，绝大部分都是脱开的o规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同的充填物，规模较大的，多充填有厚度不等、类型和连续程度不同的充填物，其中大部分已泥化，或者已变成了软弱夹层其中大部分已泥化，或者已变成了软弱夹层o就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，就一般情况而言，除了部分构造裂隙以外，大部分构造软大部分构造软弱面的特性都很坏弱面的特性都很坏，强度多接近
14、于岩体的剩余强度，强度多接近于岩体的剩余强度，往往导往往导致复杂致复杂。第二十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的地质成因类型结构面的地质成因类型o次生结构面：次生结构面：岩体在外力作用下产生的软弱面岩体在外力作用下产生的软弱面o如风化裂隙面、卸荷裂隙面等。风化裂隙面发育深度不大，如风化裂隙面、卸荷裂隙面等。风化裂隙面发育深度不大，方向紊乱，连续性很低。但可降低岩体的强度和变形模量。方向紊乱，连续性很低。但可降低岩体的强度和变形模量。卸荷裂隙是由于卸荷作用引起岩体在垂直于卸荷自由面方卸荷裂隙是由于卸荷作用引起岩体在垂直于卸荷自由面方向发生伸长而形成。卸荷裂隙面
15、基本上平行于岩体卸荷自向发生伸长而形成。卸荷裂隙面基本上平行于岩体卸荷自由面。由面。一般来说，次生结构面主要影响地面附近岩一般来说，次生结构面主要影响地面附近岩体的稳定性体的稳定性。第二十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o这里所说的这里所说的结构面是指岩体中的破裂面结构面是指岩体中的破裂面而言而言o所谓软弱面的力学成因类型，是所谓软弱面的力学成因类型，是指按照形成破裂面的破指按照形成破裂面的破坏应力的不同，所划分的破裂面的类型坏应力的不同，所划分的破裂面的类型。根据野外观察到。根据野外观察到的事实、大量岩体力学试验的结果以及
16、莫尔库伦破坏理论的事实、大量岩体力学试验的结果以及莫尔库伦破坏理论的分析，认为岩体的破坏只有剪切破坏和拉断破坏两种类的分析，认为岩体的破坏只有剪切破坏和拉断破坏两种类型。破裂面的力学成因，应划分为剪性和张性两大类别。型。破裂面的力学成因，应划分为剪性和张性两大类别。第二十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o张性破裂面张性破裂面：是由张力形成的，在破坏过程中，破是由张力形成的，在破坏过程中，破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向发生分离位移。张性坏面两侧岩体仅沿破裂面法向发生分离位移。张性破裂面，一般张开度大，连续性差，形态多不规则，破裂
17、面，一般张开度大，连续性差，形态多不规则，多呈折线或锯凿状。断面凹凸不平，粗糙度大，破多呈折线或锯凿状。断面凹凸不平，粗糙度大，破碎带宽度变化大，且易被岩脉、矿脉充填，有时并碎带宽度变化大，且易被岩脉、矿脉充填，有时并有岩浆沿之入侵。张性破裂面常常具有含水丰富，有岩浆沿之入侵。张性破裂面常常具有含水丰富，导水性强以及剪切强度高等特征导水性强以及剪切强度高等特征第二十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第二十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面的力学成因类型结构面的力学成因类型o剪性破裂面剪性破裂面：是由剪应力而形成的，破裂面两侧是由剪应
18、力而形成的，破裂面两侧岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位移。具有擦痕、共轭性、规律的位移方向以及断移。具有擦痕、共轭性、规律的位移方向以及断面比较光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鉴面比较光滑，是剪性破裂面共有的特征，也是鉴定剪性破裂面的主要依据。定剪性破裂面的主要依据。第二十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学正断层正断层上盘相对下盘向下滑动的断层上盘相对下盘向下滑动的断层上盘下降上盘下降下盘上升下盘上升第二十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学三）结构面特征及其对岩体性质的影响三）结构面特
19、征及其对岩体性质的影响1.1.产状产状2.2.连续性连续性3.3.密度密度4.4.张开度张开度5.5.形态形态6.6.充填胶结情况充填胶结情况7.7.组合关系组合关系 第二十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学软弱面的影响软弱面的影响o岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、岩石软弱面对岩体物理力学特性如岩体强度、变形性、渗透性，力学上的连续性及岩体应变形性、渗透性，力学上的连续性及岩体应力分布等都有显著影响。因此，在很多情况力分布等都有显著影响。因此，在很多情况下，软弱面是岩体力学问题的一个主要控制下，软弱面是岩体力学问题的一个主要控制因素。从本质上说，软弱面使岩体
20、变得更加因素。从本质上说，软弱面使岩体变得更加软弱，更易于变形而且表现为高度的各向异软弱，更易于变形而且表现为高度的各向异性。性。第二十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学裂缝性地层套管损坏裂缝性地层套管损坏ooElfElf公司的岩石力学专家公司的岩石力学专家公司的岩石力学专家公司的岩石力学专家Maury Maury 和和和和SauzySauzy在研究裂缝性地层套管损坏时首先提在研究裂缝性地层套管损坏时首先提在研究裂缝性地层套管损坏时首先提在研究裂缝性地层套管损坏时首先提出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于
21、井壁稳定性分析出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析裂缝性地裂缝性地层层裂缝性地层扰动裂缝性地层扰动产生剪切位移造产生剪切位移造成套管变形成套管变形第三十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象oo剪切位移引起的井眼形状变化剪切位移引起的井眼形状变化剪切位移引起的井眼形状变化剪切位移引起的井眼形状变化XYX X X X方向井径降低方向井径降低方向井径降低方向井径降低Y Y Y Y方向井径增加方向井径增加方向井径增加方向井径增加剪剪剪剪
22、切切切切错错错错动动动动方方方方向向向向不同剪切位移方不同剪切位移方不同剪切位移方不同剪切位移方向的井眼形状向的井眼形状向的井眼形状向的井眼形状第三十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学井下电视测井观测到：井下电视测井观测到：裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象oo井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移
23、的情况的情况的情况的情况剪切位移造成井眼缩剪切位移造成井眼缩径的实例（现场实测径的实例（现场实测结果结果）第三十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学o20022002年，年，BP BP 美国公司在墨西哥湾遇到钻井中井壁稳定问题。美国公司在墨西哥湾遇到钻井中井壁稳定问题。o井眼与地层层理面夹角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌井眼与地层层理面夹角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌岩石大小、形状不同。岩石大小、形状不同。第三十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学Dusseault Dusseault 研究破碎性地层井研究破碎性地层井壁稳定
24、性时发现井壁是否稳定壁稳定性时发现井壁是否稳定与井眼尺寸有关，井眼尺寸越与井眼尺寸有关，井眼尺寸越大井壁越不稳定。大井壁越不稳定。在研究层在研究层理发育的各向异性地层井理发育的各向异性地层井壁稳定性时发现井壁稳定壁稳定性时发现井壁稳定性与井眼轴线和地层层理性与井眼轴线和地层层理面的夹角有关，认为应尽面的夹角有关，认为应尽可能以垂直与层理面的方可能以垂直与层理面的方式进入地层，才能保持井式进入地层，才能保持井壁稳定性。壁稳定性。裂缝发育的破碎性地层层理发育层理发育的各向异的各向异性地层性地层各向异性地层加拿大科学家的研究结果加拿大科学家的研究结果第三十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。202
25、3/3/3岩石力学三、岩石的不连续性、非均匀性、各三、岩石的不连续性、非均匀性、各向异性和渗透性向异性和渗透性第三十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的不连续性岩石的不连续性岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还是物质不连岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还是物质不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石物理力学性质呈现不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石物理力学性质呈现不连续变化续变化。对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定量评价岩石被裂对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定量评价岩石被裂隙切割后破碎程度的指标隙切割后破碎程度的指标。第三十六页，编辑于星期一：
26、十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的不连续性岩石的不连续性岩石中的裂隙岩石中的裂隙第三十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的不连续性岩石的不连续性a a、单向裂隙、单向裂隙(或裂隙频率或裂隙频率)单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度(m)(m)内，法内，法线与结构面的交割数目，以线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)Kd(1/m)表示。即单向裂隙率的表示。即单向裂隙率的倒数为成组结构面之间的平均间距，以倒数为成组结构面之间的平均间距，以d d表示：表示：式中：Kd-单向裂隙（1/m）d-结构面间平均间距
27、(m)第三十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的不连续性岩石的不连续性式中：li-第i条裂隙面长度(m)；ti-第i条裂隙面的宽度(m)；A-被测量的岩石总面积（m）b b、平面裂隙率、平面裂隙率 平面裂隙率平面裂隙率KAKA是指岩石单位面积上诸裂隙所占有的面积总和，亦是指岩石单位面积上诸裂隙所占有的面积总和，亦即即第三十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的不均匀性岩石的不均匀性不均匀性不均匀性是指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同是指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。分析现场岩体试验资料时可采用综合性的统而异
28、的特性。分析现场岩体试验资料时可采用综合性的统计特征计特征-偏差系数偏差系数V(%)V(%)来估算岩体的不均匀性，即：来估算岩体的不均匀性，即：式中：-各观测值xi的算术平均值。-标准差估计值。式中：N-试验观测点(次)数。第四十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的各向异性岩石的各向异性o岩石各向异性是指天然岩体的物理力学性质随空间岩石各向异性是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形特性等各方面。特性等各方面。在天然岩体条件下，使岩体具有各在天然岩体条件下，使岩体具有各向异性的基本原因
29、是由于岩石内普遍存在着层理、片向异性的基本原因是由于岩石内普遍存在着层理、片理、夹层和定向裂隙（断层）系统所致。目前在实际理、夹层和定向裂隙（断层）系统所致。目前在实际工程中对于成层岩体往往考虑其平行于层理和垂直于工程中对于成层岩体往往考虑其平行于层理和垂直于层理方向的差异性。然而对于不具有层理的岩体，则层理方向的差异性。然而对于不具有层理的岩体，则把它视为各自同性体。把它视为各自同性体。第四十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学50100第四十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第四十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩
30、石力学岩石的渗透性岩石的渗透性o有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。不岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。不同岩石或裂隙性不同的岩石的渗透性不同，同岩石或裂隙性不同的岩石的渗透性不同，渗透性的大小用渗透系数渗透性的大小用渗透系数K K表示表示。o岩石的渗透系数不仅与水的物理性质有关，岩石的渗透系数不仅与水的物理性质有关，也与岩石的应力状态有关。也与岩石的应力状态有关。第四十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石岩石轴向渗透轴向渗透性性试验试验原理原理岩石渗透仪(轴向渗透)1-注水管路；2-围
31、压室；3-岩样；4-放水阀第四十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石轴向渗透性试验原理岩石轴向渗透性试验原理假定岩体渗流符合达西定律，则渗透系数可计算如下假定岩体渗流符合达西定律，则渗透系数可计算如下式中式中 K岩石渗透系数岩石渗透系数(m/s)；Q单位时间里透过试样的水量单位时间里透过试样的水量(m3)；L试样长度试样长度(m)；A试样截面积试样截面积(m2)；P试样两端的水压力差试样两端的水压力差(KPa)；w水的容重水的容重(KN/m3）第四十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石径向渗透性试验原理岩石径向渗透性试验原理径向渗透试
32、验时，其渗透系数计算径向渗透试验时，其渗透系数计算式中式中 P试样外壁上的水压力试样外壁上的水压力(KPa)；L试验段试验段(小孔小孔)长度长度(m)；R1试件内半径试件内半径(m)；R2试件外半径试件外半径(m)；圆周率。圆周率。第四十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的渗透系数数值岩石的渗透系数数值 第四十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学四、岩石的物理性质四、岩石的物理性质岩岩石石和和土土一一样样，也也是是由由固固体体、液液体体和和 气气体体三三相组成相组成的。的。物物理理性性质质是是指指岩岩石石由由于于三三相相组组成成的的相相
33、对对比比例例关关系不同系不同所表现的所表现的物理状态物理状态。1 1、岩石的密度岩石的密度2 2、岩石的孔隙性、岩石的孔隙性第四十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度 1 1、颗粒密度颗粒密度(s s)：岩石固体部分的质量与其：岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：量：s s=m=ms s/V/Vs ss s为岩石的颗粒密度为岩石的颗粒密度m ms s为岩石固体部分的质量为岩石固体部分的质量V Vs s
34、为岩石固体部分的体积为岩石固体部分的体积第五十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度2 2、块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体、块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（密度（d d）、饱和密度（）、饱和密度（satsat）和天然密）和天然密度（度（）之分，在未指明含水状态时一般）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。指岩石的天然密度。d d=m=ms s/V /V satsat=m=msatsat/V =m/V/V =m/V第五十一页，编辑于星期一：十三
35、点 三十四分。2023/3/3岩石力学注意：注意：（1 1）s s与与的区别的区别 (s s)（2 2）s s与与的单位的单位 （g/cmg/cm3 3 kN/m kN/m3 3）（3 3）测测试试方方法法（s s-比比重重瓶瓶法法；-量量积积法）法）（一）、岩石的密度（一）、岩石的密度第五十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学常见岩石的密度常见岩石的密度 岩岩 石石 名名 称称密度密度(gcm3)岩岩 石石 名名 称称密度密度(gcm3)花花 岗岗 岩岩2.522.81石石 灰灰 岩岩2.372.75闪闪 长长 岩岩2.672.96白白 云云 岩岩2.752.80辉
36、辉 长长 岩岩2.853.12片片 麻麻 岩岩2.593.06辉辉 绿绿 岩岩2.803.11片片 岩岩2.702.90砂砂 岩岩2.172.70大大 理理 岩岩2.75左右左右页页 岩岩2.062.66板板 岩岩2.722.84第五十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第五十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的物理性质o孔隙度：孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多用百多用百分数表示分数表示)。o裂隙率：裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率
37、。之比称裂隙率。o孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于松散土、孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于松散土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。o一般岩石的孔隙度在一般岩石的孔隙度在0.10.1-0.350.35之间之间第五十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的物理性质岩石的物理性质o孔孔隙隙比比：岩岩石石中中孔孔隙隙的的体体积积与与固固体体颗颗粒粒体体积积之之比比称称岩岩石石的孔隙比的孔隙比(多以小数表示多以小数表示)o孔隙比和孔隙度孔隙比和孔隙度可以互相换算：式中：式中：e e 孔隙比孔隙比;n;n孔隙度孔隙度 密度是试验指
38、标，只有通过试验才能得到具体数值密度是试验指标，只有通过试验才能得到具体数值,而孔隙度而孔隙度和孔隙比是计算指标。和孔隙比是计算指标。第五十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学例题：例题：o岩石的饱和密度为岩石的饱和密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3，干密度为，干密度为2.49g/cm2.49g/cm3 3，请计算岩石的孔隙比和颗粒，请计算岩石的孔隙比和颗粒密度密度第五十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第五十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学五、岩石的水理性质五、岩石的水理性质岩石在岩石在水溶液水溶液
39、作用下表现出来的性质，称为水作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有：理性质。主要有：1.1.吸水性吸水性 2.2.软化性软化性 3.3.抗冻性抗冻性 4.4.透水性透水性第五十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（一）、岩石的吸水性（一）、岩石的吸水性岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。1.吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示第六十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩岩石石的的饱饱和和吸吸水水率率(W Wp p)是是指指岩岩石石试试件件在在高高压
40、压(一一般般压压力力为为15MPa)15MPa)或或真真空空条条件件下下吸吸入入水水的的质质量量(m(mw2w2)与与岩岩样样干干质质量量(m(ms s)之之比，用百分数表示，即比，用百分数表示，即3.3.饱水系数饱水系数岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对比例关系。（2 2）饱和吸水率）饱和吸水率第六十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（二）、岩石的软化性（二）、岩石的软化性o岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性o软软化化系系数数(KR)为岩石试件的饱和抗压强度(cw)与干抗压强度(c)的比值o岩石中含有
41、较多的亲水性和可溶性矿物，大开空隙较多，岩石的软化性较强，软化系数较小。oK KR R0.750.75，岩石的软化性弱，工程地质性质较好oK KR R0.750.75，岩石软化性较强，工程地质性质较差第六十二页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩岩 石石 名名 称称软化系数软化系数岩岩 石石 名名 称称软化系数软化系数花花 岗岗 岩岩0.720.97泥泥 岩岩0.400.60闪闪 长长 岩岩0.600.80泥泥 灰灰 岩岩0.440.54辉辉 绿绿 岩岩0.330.90石石 灰灰 岩岩0.700.94流流 纹纹 岩岩0.750.95片片 麻麻 岩岩0.750.97安安
42、山山 岩岩0.810.91石英片岩、角闪石英片岩、角闪片岩片岩0.440.84玄玄 武武 岩岩0.300.95云母片岩、云母片岩、绿泥石片岩绿泥石片岩0.530.69凝凝 灰灰 岩岩0.520.86千千 枚枚 岩岩0.670.96砾砾 岩岩0.500.96硅硅 质质 板板 岩岩0.750.79砂砂 岩岩0.210.75泥泥 质质 板板 岩岩0.390.52页页 岩岩0.240.74石石 英英 岩岩0.940.96常常见见岩岩石石的的软软化化系系数数第六十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第六十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学第六十五页，
43、编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学常见岩石的物理性质指标值第六十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（三）、岩石的抗冻性（三）、岩石的抗冻性o岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。o抗冻系数抗冻系数(R(Rd d)：岩石试件经反复冻融后的干：岩石试件经反复冻融后的干抗压强度抗压强度(c2c2)与冻融前干抗压强度与冻融前干抗压强度(c1c1)之比，用百分数表示之比，用百分数表示第六十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学（三）、岩石的抗冻性（三）、岩石的抗冻性o质质量量损损失失率率(K(Km
44、 m)：冻冻融融试试验验前前后后干干质质量量之之差差(m(ms1s1m ms2s2)与试验前干质量与试验前干质量(m(ms1s1)之比，以百分数表示之比，以百分数表示oR Rd d7575，K Km m2 2，抗冻性高抗冻性高o吸吸水水率率W Wa a5 5、软软化化系系数数K KR R0.750.75，饱饱水水系系数数小小于于0.80.8的岩石，抗冻性高。的岩石，抗冻性高。第六十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的水理性质岩石的水理性质o可可溶溶性性：是是指指岩岩石石被被水水溶溶解解的的性性能能。它它与与岩岩石石的的矿矿物物成分、水中成分、水中COCO2 2含
45、量及水的温度等因素有关。含量及水的温度等因素有关。o膨膨胀胀性性：岩岩石石吸吸水水后后体体积积增增大大引引起起岩岩石石结结构构破破坏坏的的性能称膨胀性。性能称膨胀性。一一般般含含有有粘粘土土矿矿物物的的岩岩石石具具有有定定的的膨膨胀胀性性，特特别别是是含含有有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。南南昆昆铁铁路路建建设设中中，膨膨胀胀岩岩地地段段路路堑堑边边坡坡坍坍滑滑造造成成严严重重的的危危害。害。第六十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学岩石的水理性质岩石的水理性质o崩解性：崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈碎块岩石被水浸泡，内部结
46、构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能。具有强烈崩解的岩石和土，短时间状崩开散落的性能。具有强烈崩解的岩石和土，短时间内即发生崩解。内即发生崩解。o我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即崩解，我国西北地区的黄土，在水中浸泡一天左右即崩解，西南某地风化钙泥质粉砂岩置于水中仅十多分钟就全西南某地风化钙泥质粉砂岩置于水中仅十多分钟就全部崩解了。部崩解了。第七十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学泡水前岩石：完整坚硬泡水前岩石：完整坚硬泡水后岩石：水化分散泡水后岩石：水化分散第七十一页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学课课 程程 回回 顾顾第七十二页，编
47、辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学下一节课的基本内容下一节课的基本内容o弹性力学基础弹性力学基础n应力分析应力分析n应变分析应变分析第七十三页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学1 1 产状产状o定定 义义：岩层在空间的位置，称为岩层产状岩层在空间的位置，称为岩层产状o三要素三要素：岩层层面的走向、倾向和倾角岩层层面的走向、倾向和倾角第七十四页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学o结构面与最大主应力间的关系控制着岩体的破坏机理与强度。1 1 产状产状o据单结构面理论，岩体中存在一组结构面时，岩体的极限强度与结构面倾角间的关系为：第
48、七十五页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学50100第七十六页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学2 2 连续性连续性o结构面的连续性反映结构面的贯通程度。常用线连结构面的连续性反映结构面的贯通程度。常用线连续性系数、迹长、面连续性表示续性系数、迹长、面连续性表示o线连续性系数：线连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构面各段长指沿结构面延伸方向，结构面各段长度之和度之和(a)(a)与测线长度的比值。与测线长度的比值。第七十七页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学2 2 连续性连续性oK K1 1变化在变化在0 01 1之间，之间
49、，K K1 1值愈大说明结构面的值愈大说明结构面的连续性愈好，当连续性愈好，当K K1 11 1时，结构面完全贯通时，结构面完全贯通o面连续性系数：面连续性系数：指沿结构面延伸方向，结构指沿结构面延伸方向，结构面面积之和与总面积的比值面面积之和与总面积的比值o结构面的连续性对岩体的结构面的连续性对岩体的变形、变形破坏机变形、变形破坏机理、强度及渗透性理、强度及渗透性有很大的影响有很大的影响第七十八页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石力学结构面连续性分级表结构面连续性分级表 描述迹长（m）很低连续性202 2 连续性连续性第七十九页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/
50、3/3岩石力学3 3 密度密度o结构面的密度反映结构面发育的密集程度。结构面的密度反映结构面发育的密集程度。n线密度线密度(Kd)(Kd)是指结构面法线方向单位测线长度上交切是指结构面法线方向单位测线长度上交切结构面的条数结构面的条数(条条m)m)。n间距间距(d)(d)则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构则是指同一组结构面法线方向上两相邻结构面的平均距离。面的平均距离。nKdKd与与d d互为倒数关系互为倒数关系n如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为如果测线水平布置，且与结构面法线的夹角为，结构面的倾角为结构面的倾角为时时:第八十页，编辑于星期一：十三点 三十四分。2023/3/3岩石