岩石物理力學
1岩石的物理性質
容重、含水量、堅固性、彈性、塑性、韌性、碎漲性、流變性、孔隙度、密度,容重 、滲透性、聲波速度（在岩石中的傳播速度)等等.
2岩石力學性質
2.1非限制壓縮強度
2.2點荷載強度
2.3 三軸壓縮強度
2.4拉伸強度
2.5剪切強度
2.6全應力—應變曲線及破壞後強度
② 要獲取岩石物理力學參數需要做哪些實驗，大概一共
岩土工程施工中,使用鑽掘設備鑽進不同的岩石表現出來的鑽進難易程度是專極為明顯的。為了有效屬的破碎岩石,至為重要的問題是應對岩石可鑽性能的實質進行深入研究,做出正確的判斷,從而進行科學的岩石可鑽性分級。 國內外的專家學者對岩石力學性質可鑽要獲取岩石物理力學參數需要做哪些實驗，大概一共
③ 溫度對岩石物理力學性能的影響
（1）溫度對岩石熱導率的影響
岩石傳遞分子熱運動的性質稱為岩石的導熱性，用熱導率κ表示，其物理意義是，單位厚度岩石沿熱傳導方向，兩壁溫差為1℃（或1K）時，單位時間內所流過的熱量。根據傅立葉定律，計算公式為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：κ為岩石的熱導率，W/（m·K）；Q為熱量，J；D為岩樣的厚度，m；F為截面積，m2；t為時間，s；T1，T2分別為岩樣兩壁的溫度，K。
影響岩石熱導率的因素有多種，除主要取決於岩石成分特點和結構特點如孔隙度、飽和度、飽和流體的性質等因素外，溫度條件和壓力條件都是影響岩石熱導率的因素。岩石熱導率與溫度的關系比較復雜。
（2）溫度對岩石比熱的影響
單位質量的岩石溫度每升高（或降低）1K所吸收（或放出）的熱量，稱之為該岩石的比熱容，用公式表示如下：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：c為岩石的比熱，J/（g·K）；Q為熱量，J；m為岩石的質量，g；ΔT為升（降）溫度，K。
（3）溫度對岩石導熱性的影響
導熱性是岩石由高溫區向低溫區傳遞熱量的能力，反映了岩石加熱或冷卻時各部分溫度趨於一致的能力，是反映岩石熱慣性的一個綜合性參數。
岩石的導熱性受到其構造的影響。例如在層狀岩石中，沿層理方向的導熱系數大於垂直層理方向的導熱系數。而當岩石中有空隙時，因為空氣的導熱系數很小，所以乾燥的空隙性岩石的導熱系數總是小於非孔隙性岩石的導熱系數。其次，結晶岩與非結晶岩礦物的導熱系數明顯不同，一般來說，前者導熱系數大於後者的導熱系數。
岩石的導熱性不僅受到組成岩石礦物組成成分、礦物顆粒大小、岩石的結構、岩石內部包裹體的形狀和含量，以及密度、濕度的影響，而且還與溫度的變化有關。
一般來說，隨著溫度升高，岩石導熱系數減小，在溫度為293～473K（20～200℃）范圍內，岩石導熱系數隨著溫度升高而指數規律下降，其經驗關系為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：λ20為溫度為20℃時岩石的導熱系數，W/（m·K）；K1為考慮岩石層理影響的系數，在平行層理方向時，取K1=1，垂直層理方向時，取K1=0.75～0.93；A與岩石類型有關的常數；T為溫度，℃。
如果溫度超過200℃，則岩石的導熱系數隨著溫度上升按線性規律下降，兩者的經驗關系表示為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：λ200為溫度200℃時岩石的導熱系數，W/（m·K）；T為溫度，℃；b′為與岩石類型有關的系數。
若溫度低於0℃時，隨溫度下降，岩石的導熱系數增大。導熱系數與溫度變化的關系，可用如下的經驗公式表示：
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式中：λ0為溫度0℃時岩石的導熱系數，W/（m·K）；b″為與岩石類型有關的系數，它是表示溫度降低1℃，岩石導熱系數增大程度的特徵系數。
礦物與岩石的導熱系數隨溫度升高而降低的基本原因，在於高溫時，礦物晶格及顆粒間膠結物中缺陷增加，同時由於結構熱應力作用在礦物顆粒邊界上產生微裂隙，從而導致岩石導熱性下降。
（4）岩石熱膨脹
岩石的線熱膨脹或體積熱膨脹是岩石的一個重要熱物理性能特徵。岩石熱膨脹性能表徵它將吸收的熱能轉化為做功的能力。
岩石線膨脹系數是指岩石試件溫度升高1℃時在長度方向引起的應變數，這一性能指標值影響岩石的熱變形和熱應力。設若將岩石看作是均質、各向同性固體，均質岩石一維長桿長度為L，當溫度變化量為dT時，桿長的增量為dL，它們之間的關系可以表示為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：α為岩石線熱膨脹系數，K-1。
對上式兩邊積分，得
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
如果在T1到T2的變化范圍內，線熱膨脹系數α不變，為一常數，則上式可變換為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
因為函數ex按級數形式展開，為
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經變換，並略去高階無窮小量，取前2項，可得
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
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實際上岩石是多種礦物成分的非均質體，其體膨脹系數受多種因素的影響。
首先，當岩石受熱溫度改變時，其膨脹系數隨之發生相應的變化。
當溫度不高於80～100℃條件下，岩石的體膨脹取決於組成該岩石的礦物的熱膨脹，受熱不發生相變或水解等許多礦物，其體膨脹系數α與溫度的變化關系具線性的特點，可以表示為：
科學超深井鑽探技術方案預研究專題成果報告（中冊）
式中：b′為一般礦物的溫度系數，b′≈1.25×10-3K-1；α0為T值為0℃時礦物的線熱膨脹系數。
在這種情況下，岩石線熱膨脹系數隨溫度的變化也呈線性變化趨勢。
當溫度升至150～200℃至580～600℃時，岩石熱膨脹現象最為明顯，各種岩石的熱膨脹系數都隨溫度升高而增大；一直到超過600℃以後，溫度繼續上升，線膨脹系數則出現下降趨勢。
以含石英的岩石來說明，在溫度達到573℃時，石英由β晶形向α晶形變化，使得膨脹系數下降。這種α值隨T變化的趨勢，從圖2.1可以看到。
圖2.1 細粒石英岩線熱膨脹系數隨溫度的變化
（5）溫度對岩石強度的影響
由於岩石本身是一種十分復雜的多礦物成分結合體，還由於其內部往往存在各種構造，構成了岩石的各向異性和非均質性。因此，從理論上一般性的論證岩石強度與加熱溫度變化的關系是困難的。
根據一般試驗結果，可以認為岩石強度隨溫度的變化規律存在兩大類型，一類是岩石強度隨溫度升高而逐漸下降。有許多岩石，如石灰岩、大理岩、白雲岩、磷灰岩等，受熱溫度升高，隨之發生化學分解、熔解等現象，從而導致它們強度下降。
第二種類型是岩石受熱溫度升高，在初始階段，岩石強度隨溫度升高而提高。到達一定高的溫度之後，繼續提高溫度，岩石強度即行下降。具有這種溫度-強度變化特徵的岩石，主要有石英岩、含鐵石英岩、砂岩、花崗岩等堅硬或較堅硬的岩石。對於這類岩石，一般來說，在受熱溫度不超過200～300℃時，它們的強度將隨溫度升高而提高。當到達最大強度時，其值可較常溫條件下的強度高20%左右。
在一定范圍內溫度升高，岩石強度增強，可以認為是礦物顆粒受熱，產生熱膨脹，雖然這時伴隨熱應力的產生，但其值並未超過岩石的強度極限，沒有引發破壞和微裂隙的形成。而熱膨脹的結果，有助於岩石密度的提高，因而促進岩石強度的增大。如果加熱溫度過高，超過了200～300℃之後，一般說來，此時岩石中結構熱應力將明顯增強，直至超過岩石強度極限，出現微裂隙。岩石微結構的損傷，必然導致岩石強度的下降。
在常壓下，隨著溫度升高，岩石很少會發生脆性—延性轉變。考慮到地下岩石都是處在一定的壓力條件下，所以，關於常壓下岩石強度與溫度關系的研究顯得相對次要了。
當壓強增大時，岩石強度與溫度的關系呈現明顯的相關性。例如，在小於1GPa的圍壓下，可以發現：隨著溫度的升高，大多數岩石，包括火成岩、變質岩和部分沉積岩等都會出現脆性—延性轉變，從而導致岩石強度下降。現以花崗岩為例，可以發現，在較高溫度下，岩石存在圍壓情況下，岩石較為容易發生脆性—延性轉變。
Wong T F總結了8種岩石強度與溫度的關系，如圖2.2所示。從圖中可以看出，岩石的強度隨著溫度的升高而有所下降，而下降的趨勢與岩石的種類有密切關系。
圖2.2 不同岩石及礦物的應力-溫度曲線
之所以會出現岩石強度隨溫度升高而下降，其主要原因是：在較高溫度下，岩石在存在圍壓的情況下容易發生脆性—延性轉變。
（6）溫度對岩石摩擦特性的影響
鑽進過程中，鑽頭在軸壓和轉速的作用下破碎岩石，同時，鑽頭本身也受岩石的研磨而變鈍。岩石磨損鑽頭的能力稱為岩石的研磨性。岩石研磨性與鑽頭壽命、生產效益、鑽探成本直接相關，所以這一指標是選擇鑽頭、設計鑽頭、確定鑽進規程參數和制定生產定額的依據之一。
大多數岩石在500℃溫度以下的摩擦特性幾乎不受溫度的影響。岩石摩擦性質幾乎與溫度無關，這是一個非常突出的特點，但當溫度超過500℃以後，大多數的火成岩和變質岩摩擦系數都將隨溫度的升高而下降。
④ 岩石有哪些物理力學性質影響其工程性質的因素有哪些
影響岩石工程地質性質的因素
礦物成分、結構、構造、水、風化作用
1
．礦物成分
岩石是由礦物組成的，岩石的礦物成分對岩石的物理力學性質產生直接的影響。
例如，石英岩的抗壓強度比大理岩的要高得多，這是因為石英的強度比方解石的強度高
的緣故，由此可見，盡管岩類相同，結構和構造也相同，如果礦物成分不同，岩石的物理力
學性質會有明顯的差別。
對岩石的工程地質性質進行分析和評價時
,
更應該注意那些可能降低岩石強度的因素。
例如，
花崗岩中的黑雲母含量過高，
石灰岩、
砂岩中粘土類礦物的含量過高會直接降低岩
石的強度和穩定性。
2
．結構
結晶聯結是由岩漿或溶液結晶或重結晶形成的。礦物的結晶顆粒靠直接接觸產生的力牢
固地聯結在一起，結合力強，空隙度小，比膠結聯結的岩石具有更高的強度和穩定性。
聯結是礦物碎屑由膠結物聯結在一起的，膠結聯結的岩石，其強度和穩定性主要取決於
膠結物的成分和膠結的形式，同時也受碎屑成分的影響，變化很大。
例如：
粗粒花崗岩的抗壓強度一般在
120
～
140Mpa
之間，
而細粒花崗岩則可達
200
～
250Mpa
。
大理岩的抗壓強度一般在
100
～
120MPa
之間，而堅固的石灰岩則可達
250MPa
。
3
．構造
構造對岩石物理力學性質的影響，主要是由礦物成分在岩石中分布的不均勻性和岩石結
構的不連續性所決定的。
某些岩石具有的片狀構造、板狀構造、千枚狀構造、片麻狀構造以及流紋構造等，岩
石的這些構造，
使礦物成分在岩石中的分布極不均勻。一些強度低、易風化的礦物，多沿一
定方向富集，
或成條帶狀分布，
或形成局部聚集體，
從而使岩石的物理力學性質在局部發生
很大變化。
4
．水
實驗證明，
岩石飽水後強度降低。
當岩石受到水的作用時，
水就沿著岩石中可見和不可見的
孔隙、
裂隙侵入，
浸濕岩石自由表面上的礦物顆粒，
並繼續沿著礦物顆粒間的接觸面向深部
侵入，削弱礦物顆粒間的聯結，使岩石的強度受到影響。
如石灰岩和砂岩被水飽和後，其極限抗壓強度會降低
25
％～
45
％左右。
5
．風化
風化作用過程能使岩石的結構、
構造和整體性遭到破壞，
空隙度增大、
容重減小，
吸水性和
透水性顯著增高，
強度和穩定性大為降低。
隨著化學過程的加強，
則會使岩石中的某些礦物
發生次生變化，從根本上改變岩石原有的工程地質性質
希望能幫到你，麻煩給「好評」
⑤ 岩石有哪些物理力學性質參數
2.1岩石的物理性質
2.1.1 孔隙度（porosity）
：岩石試樣內的空隙體積； ：岩石試樣的總體積。
孔隙度與岩石力學性質有密切關系，一般來說空隙度大，岩石力學性質就差。
代表性結果
2.1.2 密度（density），容重 （weight density）
單位體積岩石的重量 kN/m3 水：9.8kN/m3
比重：岩石的密度和水的密度的比值。
岩石比重平均為2.7
代表性結果。
2.1.3 滲透性（permeability）
岩石滲透性對許多岩石工程有決定性意義，如對大壩、水庫、地下隧道（臨水、高地下水地區等）、石油、核廢料儲存、瓦斯突出等。
滲透性與岩石孔隙度、岩石中的裂隙和應力水平有很大關系。
達西定律（Darcy』s law）：
：在x方向的流量速率；（ ）
：流體壓力， = （ ）
：流體容重 （kN/m3）
：流體（滲透體）柱高度 (m)
：流體的粘度；（ ）
對於水，20℃時， =1.005×10-3 ； =9.80 kN/m3。
：垂直於 方向的橫截面積；（ ）
：滲透系數，與流體（滲透體）的性質無關，與岩石性質有關，單位為面積（ ）
達西定律的另一種形式（滲透體為20℃的水）
：滲透體高度（水頭高度），單位：m
：滲透系數，單位為速度（cm/s）
代表性 系數值 附表3
和 互換：
滲透性單位：1darcy=9.87×10-9cm2 ( )
1Darcy=10-3cm/s ( )
2.1.4 聲波速度（在岩石中的傳播速度）(Sonic Velocity in Rock )
用於了解岩石中的裂隙程度
：岩石沒有孔隙縱波速度
： 成份在岩石中的比例
各種礦物成份的縱波速度 附表4
典型岩石的縱波速度 附表5
（Index quality of rock）：表明岩體中裂隙程度。
%= ×100%
：所測岩石試樣中的聲波傳播速度（岩體中的聲波傳播速度）
%=(100-1.6×np)%
np：沒有裂隙的岩石孔隙度,即孔隙對 有影響，應從裂隙度中剔除其影響，綜合考慮。
岩石中的裂隙度分為5級:
第1級：無裂隙或非常輕微裂隙
第2級：較輕微裂隙
第3級：較嚴重裂隙
第4級：嚴重裂隙
第5級：非常嚴重裂隙
裂隙等級分類圖
由 %和孔隙度共同決定，因為 不但受裂隙影響，也受孔隙影響。
i還有一些，具體的可以參考《岩石力學》一書，上面講的很詳細。
⑥ 圍壓對岩石物理力學性能的影響
（1）圍壓對岩石變形特性的影響
常規三軸試驗中，對試件施加圍壓σ2=σ3並保持恆定，然後按一定的速率逐級施加軸向壓力σ2，直至試件破壞。在試驗過程中分別記錄下相應各級σ1作用下的軸向應變ε1。對每個試件分別在不同圍壓σ3作用下，測定（σ1-σ3）與ε1的關系。
常規三軸壓縮條件下岩石的變形特徵通常用（σ1-σ3）-ε1曲線來表示（圖2.3）。
圖2.3 不同圍壓下花崗岩的應力-應變曲線
由圖可知：①破壞前岩塊的應變隨圍壓增大而增大；②隨圍壓增大，岩塊的塑性也不斷增大，且由脆性逐漸轉化為延性。
圖2.4中的大理岩，在圍壓為零或較低的情況下，岩石呈脆性狀態；當圍壓增大至49.04MPa時，岩石顯示由脆性向延性轉化的過渡狀態；當圍壓增大至67.18MPa時，岩石呈現出延性流動狀態；當圍壓增大至161.82MPa時，試件承載力（σ1-σ3）則隨圍壓穩定增長，出現所謂應變硬化現象。
圖2.4 不同圍壓下大理岩的應力-應變曲線
這說明圍壓是影響岩石力學屬性的主要因素之一，通常把岩石由脆性轉化為延性的臨界圍壓稱為轉化壓力。圖2.3中所示的花崗岩也有類似特徵，所不同的是其轉化壓力比大理岩大得多，且破壞前的應變隨圍壓增加更為明顯。
（2）圍壓對岩石破壞形式的影響
在實驗室內常溫和低圍壓或單軸壓縮情況下，岩石的破壞主要表現為劈裂或剪切破壞形式，這類脆性破裂的機制是受到岩石內部微裂紋的控制。而在高圍壓下，隨著圍壓的增加會抑制伴有擴容的微破裂，岩石表現出延性的特性，因此，脆性域中岩石的破壞強度表現出明顯的壓力依賴性。
隨著圍壓的升高，岩石破壞時的應力水平會有所增高，峰值應力出現在更大的形變處。當圍壓高於某一臨界值時，岩石卻能在較大的應變范圍內不失去承載能力，且承載能力甚至會有所提高，這時岩石表現出了延性性質。岩石的強度隨著溫度的升高會有所下降，下降的趨勢與溫度的大小、岩石的種類等又是相關的。
同時大量研究結果表明，脆性材料在圍壓作用下會表現出一些特殊的力學行為，隨著圍壓的改變，脆性材料的破壞機理以及破壞形式都發生了變化。在低應變率階段，隨著圍壓的增加，脆性材料的破壞機理由脆性或斷裂韌度控制的破壞改變為由側向應力控制的斷裂生長破壞，其破壞形式具體表現為材料的脆性粉碎破壞轉變為准脆性剪切破壞，在高應變率階段，圍壓和應變率的耦合作用使得材料破壞形式由脆性粉碎破壞轉變為完全延性破壞。
脆性材料承受圍壓作用時，一方面提高了材料的破壞強度，增加了其承載能力；另一方面也增加了脆性材料的韌性，使得常規狀態或低圍壓下表現為脆性破壞的材料改變為高圍壓下的延性破壞。
⑦ 岩石有哪些物理力學參數
密度（density），容重 （weight density）
單位體積岩石的重量 kN/m3 水：.8kN/m3
比重：岩石的密度和水的密度的比值。
岩石比重平均為2.7
代表性結果。
滲透性（permeability）
岩石滲透性對許多岩石工程有決定性意義，如對大壩、水庫、地下隧道（臨水、高地下水地區等）、石油、核廢料儲存、瓦斯突出等。
滲透性與岩石孔隙度、岩石中的裂隙和應力水平有很大關系。
達西定律（Darcy』s law）：
：在x方向的流量速率；（ ）
：流體壓力， = （ ）
：流體容重 （kN/m3）
：流體（滲透體）柱高度 (m)
：流體的粘度；（ ）
對於水，20℃時， =1.005×10-3 ； =9.80 kN/m3。
：垂直於 方向的橫截面積；（ ）
：滲透系數，與流體（滲透體）的性質無關，與岩石性質有關，單位為面積（ ）
達西定律的另一種形式（滲透體為20℃的水）
：滲透體高度（水頭高度），單位：m
：滲透系數，單位為速度（cm/s）
代表性 系數值 附表3
和 互換：
滲透性單位：1darcy=9.87×10-9cm2 ( )
1Darcy=10-3cm/s ( )
2.1.4 聲波速度（在岩石中的傳播速度）(Sonic Velocity in Rock )
用於了解岩石中的裂隙程度
：岩石沒有孔隙縱波速度
： 成份在岩石中的比例
各種礦物成份的縱波速度
⑧ 岩石的物理力學性質與可鑽性
(一)岩石的物理性質
岩石的物理性質是指岩石的基本工程地質性質。主要物理性質指標包括:岩石密度、孔隙性、含水性、透水性、裂隙性、鬆散性、流散性和穩定性等。
1.岩石密度
岩石密度是指岩石單位體積的質量。表達式為:
岩石密度=岩石質量÷岩石體積
岩石密度通常有如下幾種表示方法:
(1)岩石密度
岩石密度是指單位體積岩石固體部分的質量。它取決於組成岩石的礦物密度及其在岩石中的相對含量。
(2)岩石容重
岩石容重是單位體積岩石的重量。
按岩石的含水狀況不同,容重可分為天然容重、干容重和飽和容重。天然容重決定於組成岩石的礦物成分,空隙發育程度及其含水情況。
2.岩石孔隙性
岩石孔隙性系指岩石孔隙性和裂隙性的統稱,常用孔隙率表示。
3.岩石吸水性
是岩石在一定試驗條件下的吸水性能。它取決於岩石空隙數量、大小、開閉程度和分布情況。表示岩石吸水性的指標有吸水率、飽水率和飽水系數。
(二)岩石的力學性質
岩石的力學性質是指岩石在各種靜力、動力作用下所表現的性質。主要力學性質指標包括:岩石的硬度、強度、研磨性、可鑽性等。
1.岩石硬度
岩石硬度是指岩石表面抵抗其他剛性物體壓入的能力。岩石的硬度一般可分為十個等級;習慣上通常把如下岩石,即:滑(石)、石(膏)、方(解石)、螢(石)、磷(灰石)、長(正長石)、石(英)、黃(玉)、剛(玉)、金(剛石)作為這十個等級的代表性岩石。表1-5分別列出了上述十個等級代表性岩石的標准礦物的摩氏硬度及顯微硬度。
表1-5 不同岩石硬度等級代表性岩石的標准礦物摩氏硬度及顯微硬度
2.岩石強度
岩石強度是指岩石在各種外力(如拉、壓、彎曲、剪切)作用下,岩石整體抵抗破碎的能力。
3.岩石研磨性
岩石研磨性是指岩石磨損切削工具的能力。一般可分為強、中、弱研磨性三個種類。
(三)岩石的可鑽性
1.岩石可鑽性的含義
岩石可鑽性是指在現有技術條件下,反映鑽進中岩石抵抗破碎的一種綜合能力表現。
2.岩石可鑽性等級劃分
按壓入硬度、擺球硬度、機械鑽速等測定方法進行綜合劃分,岩石的可鑽性分為12個等級,其中:Ⅰ級最低,可鑽性難度最小;Ⅻ級最高,可鑽性難度最大。岩石可鑽性分類如表1-6所示。