岩石物理力学
1岩石的物理性质
容重、含水量、坚固性、弹性、塑性、韧性、碎涨性、流变性、孔隙度、密度,容重 、渗透性、声波速度（在岩石中的传播速度)等等.
2岩石力学性质
2.1非限制压缩强度
2.2点荷载强度
2.3 三轴压缩强度
2.4拉伸强度
2.5剪切强度
2.6全应力—应变曲线及破坏后强度
② 要获取岩石物理力学参数需要做哪些实验，大概一共
岩土工程施工中,使用钻掘设备钻进不同的岩石表现出来的钻进难易程度是专极为明显的。为了有效属的破碎岩石,至为重要的问题是应对岩石可钻性能的实质进行深入研究,做出正确的判断,从而进行科学的岩石可钻性分级。 国内外的专家学者对岩石力学性质可钻要获取岩石物理力学参数需要做哪些实验，大概一共
③ 温度对岩石物理力学性能的影响
（1）温度对岩石热导率的影响
岩石传递分子热运动的性质称为岩石的导热性，用热导率κ表示，其物理意义是，单位厚度岩石沿热传导方向，两壁温差为1℃（或1K）时，单位时间内所流过的热量。根据傅立叶定律，计算公式为：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
式中：κ为岩石的热导率，W/（m·K）；Q为热量，J；D为岩样的厚度，m；F为截面积，m2；t为时间，s；T1，T2分别为岩样两壁的温度，K。
影响岩石热导率的因素有多种，除主要取决于岩石成分特点和结构特点如孔隙度、饱和度、饱和流体的性质等因素外，温度条件和压力条件都是影响岩石热导率的因素。岩石热导率与温度的关系比较复杂。
（2）温度对岩石比热的影响
单位质量的岩石温度每升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量，称之为该岩石的比热容，用公式表示如下：
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式中：c为岩石的比热，J/（g·K）；Q为热量，J；m为岩石的质量，g；ΔT为升（降）温度，K。
（3）温度对岩石导热性的影响
导热性是岩石由高温区向低温区传递热量的能力，反映了岩石加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力，是反映岩石热惯性的一个综合性参数。
岩石的导热性受到其构造的影响。例如在层状岩石中，沿层理方向的导热系数大于垂直层理方向的导热系数。而当岩石中有空隙时，因为空气的导热系数很小，所以干燥的空隙性岩石的导热系数总是小于非孔隙性岩石的导热系数。其次，结晶岩与非结晶岩矿物的导热系数明显不同，一般来说，前者导热系数大于后者的导热系数。
岩石的导热性不仅受到组成岩石矿物组成成分、矿物颗粒大小、岩石的结构、岩石内部包裹体的形状和含量，以及密度、湿度的影响，而且还与温度的变化有关。
一般来说，随着温度升高，岩石导热系数减小，在温度为293～473K（20～200℃）范围内，岩石导热系数随着温度升高而指数规律下降，其经验关系为：
科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）
式中：λ20为温度为20℃时岩石的导热系数，W/（m·K）；K1为考虑岩石层理影响的系数，在平行层理方向时，取K1=1，垂直层理方向时，取K1=0.75～0.93；A与岩石类型有关的常数；T为温度，℃。
如果温度超过200℃，则岩石的导热系数随着温度上升按线性规律下降，两者的经验关系表示为：
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式中：λ200为温度200℃时岩石的导热系数，W/（m·K）；T为温度，℃；b′为与岩石类型有关的系数。
若温度低于0℃时，随温度下降，岩石的导热系数增大。导热系数与温度变化的关系，可用如下的经验公式表示：
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式中：λ0为温度0℃时岩石的导热系数，W/（m·K）；b″为与岩石类型有关的系数，它是表示温度降低1℃，岩石导热系数增大程度的特征系数。
矿物与岩石的导热系数随温度升高而降低的基本原因，在于高温时，矿物晶格及颗粒间胶结物中缺陷增加，同时由于结构热应力作用在矿物颗粒边界上产生微裂隙，从而导致岩石导热性下降。
（4）岩石热膨胀
岩石的线热膨胀或体积热膨胀是岩石的一个重要热物理性能特征。岩石热膨胀性能表征它将吸收的热能转化为做功的能力。
岩石线膨胀系数是指岩石试件温度升高1℃时在长度方向引起的应变量，这一性能指标值影响岩石的热变形和热应力。设若将岩石看作是均质、各向同性固体，均质岩石一维长杆长度为L，当温度变化量为dT时，杆长的增量为dL，它们之间的关系可以表示为：
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式中：α为岩石线热膨胀系数，K-1。
对上式两边积分，得
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如果在T1到T2的变化范围内，线热膨胀系数α不变，为一常数，则上式可变换为：
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因为函数ex按级数形式展开，为
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经变换，并略去高阶无穷小量，取前2项，可得
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实际上岩石是多种矿物成分的非均质体，其体膨胀系数受多种因素的影响。
首先，当岩石受热温度改变时，其膨胀系数随之发生相应的变化。
当温度不高于80～100℃条件下，岩石的体膨胀取决于组成该岩石的矿物的热膨胀，受热不发生相变或水解等许多矿物，其体膨胀系数α与温度的变化关系具线性的特点，可以表示为：
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式中：b′为一般矿物的温度系数，b′≈1.25×10-3K-1；α0为T值为0℃时矿物的线热膨胀系数。
在这种情况下，岩石线热膨胀系数随温度的变化也呈线性变化趋势。
当温度升至150～200℃至580～600℃时，岩石热膨胀现象最为明显，各种岩石的热膨胀系数都随温度升高而增大；一直到超过600℃以后，温度继续上升，线膨胀系数则出现下降趋势。
以含石英的岩石来说明，在温度达到573℃时，石英由β晶形向α晶形变化，使得膨胀系数下降。这种α值随T变化的趋势，从图2.1可以看到。
图2.1 细粒石英岩线热膨胀系数随温度的变化
（5）温度对岩石强度的影响
由于岩石本身是一种十分复杂的多矿物成分结合体，还由于其内部往往存在各种构造，构成了岩石的各向异性和非均质性。因此，从理论上一般性的论证岩石强度与加热温度变化的关系是困难的。
根据一般试验结果，可以认为岩石强度随温度的变化规律存在两大类型，一类是岩石强度随温度升高而逐渐下降。有许多岩石，如石灰岩、大理岩、白云岩、磷灰岩等，受热温度升高，随之发生化学分解、熔解等现象，从而导致它们强度下降。
第二种类型是岩石受热温度升高，在初始阶段，岩石强度随温度升高而提高。到达一定高的温度之后，继续提高温度，岩石强度即行下降。具有这种温度-强度变化特征的岩石，主要有石英岩、含铁石英岩、砂岩、花岗岩等坚硬或较坚硬的岩石。对于这类岩石，一般来说，在受热温度不超过200～300℃时，它们的强度将随温度升高而提高。当到达最大强度时，其值可较常温条件下的强度高20%左右。
在一定范围内温度升高，岩石强度增强，可以认为是矿物颗粒受热，产生热膨胀，虽然这时伴随热应力的产生，但其值并未超过岩石的强度极限，没有引发破坏和微裂隙的形成。而热膨胀的结果，有助于岩石密度的提高，因而促进岩石强度的增大。如果加热温度过高，超过了200～300℃之后，一般说来，此时岩石中结构热应力将明显增强，直至超过岩石强度极限，出现微裂隙。岩石微结构的损伤，必然导致岩石强度的下降。
在常压下，随着温度升高，岩石很少会发生脆性—延性转变。考虑到地下岩石都是处在一定的压力条件下，所以，关于常压下岩石强度与温度关系的研究显得相对次要了。
当压强增大时，岩石强度与温度的关系呈现明显的相关性。例如，在小于1GPa的围压下，可以发现：随着温度的升高，大多数岩石，包括火成岩、变质岩和部分沉积岩等都会出现脆性—延性转变，从而导致岩石强度下降。现以花岗岩为例，可以发现，在较高温度下，岩石存在围压情况下，岩石较为容易发生脆性—延性转变。
Wong T F总结了8种岩石强度与温度的关系，如图2.2所示。从图中可以看出，岩石的强度随着温度的升高而有所下降，而下降的趋势与岩石的种类有密切关系。
图2.2 不同岩石及矿物的应力-温度曲线
之所以会出现岩石强度随温度升高而下降，其主要原因是：在较高温度下，岩石在存在围压的情况下容易发生脆性—延性转变。
（6）温度对岩石摩擦特性的影响
钻进过程中，钻头在轴压和转速的作用下破碎岩石，同时，钻头本身也受岩石的研磨而变钝。岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。岩石研磨性与钻头寿命、生产效益、钻探成本直接相关，所以这一指标是选择钻头、设计钻头、确定钻进规程参数和制定生产定额的依据之一。
大多数岩石在500℃温度以下的摩擦特性几乎不受温度的影响。岩石摩擦性质几乎与温度无关，这是一个非常突出的特点，但当温度超过500℃以后，大多数的火成岩和变质岩摩擦系数都将随温度的升高而下降。
④ 岩石有哪些物理力学性质影响其工程性质的因素有哪些
影响岩石工程地质性质的因素
矿物成分、结构、构造、水、风化作用
1
．矿物成分
岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接的影响。
例如，石英岩的抗压强度比大理岩的要高得多，这是因为石英的强度比方解石的强度高
的缘故，由此可见，尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力
学性质会有明显的差别。
对岩石的工程地质性质进行分析和评价时
,
更应该注意那些可能降低岩石强度的因素。
例如，
花岗岩中的黑云母含量过高，
石灰岩、
砂岩中粘土类矿物的含量过高会直接降低岩
石的强度和稳定性。
2
．结构
结晶联结是由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢
固地联结在一起，结合力强，空隙度小，比胶结联结的岩石具有更高的强度和稳定性。
联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的，胶结联结的岩石，其强度和稳定性主要取决于
胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。
例如：
粗粒花岗岩的抗压强度一般在
120
～
140Mpa
之间，
而细粒花岗岩则可达
200
～
250Mpa
。
大理岩的抗压强度一般在
100
～
120MPa
之间，而坚固的石灰岩则可达
250MPa
。
3
．构造
构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结
构的不连续性所决定的。
某些岩石具有的片状构造、板状构造、千枚状构造、片麻状构造以及流纹构造等，岩
石的这些构造，
使矿物成分在岩石中的分布极不均匀。一些强度低、易风化的矿物，多沿一
定方向富集，
或成条带状分布，
或形成局部聚集体，
从而使岩石的物理力学性质在局部发生
很大变化。
4
．水
实验证明，
岩石饱水后强度降低。
当岩石受到水的作用时，
水就沿着岩石中可见和不可见的
孔隙、
裂隙侵入，
浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，
并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部
侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。
如石灰岩和砂岩被水饱和后，其极限抗压强度会降低
25
％～
45
％左右。
5
．风化
风化作用过程能使岩石的结构、
构造和整体性遭到破坏，
空隙度增大、
容重减小，
吸水性和
透水性显著增高，
强度和稳定性大为降低。
随着化学过程的加强，
则会使岩石中的某些矿物
发生次生变化，从根本上改变岩石原有的工程地质性质
希望能帮到你，麻烦给“好评”
⑤ 岩石有哪些物理力学性质参数
2.1岩石的物理性质
2.1.1 孔隙度（porosity）
：岩石试样内的空隙体积； ：岩石试样的总体积。
孔隙度与岩石力学性质有密切关系，一般来说空隙度大，岩石力学性质就差。
代表性结果
2.1.2 密度（density），容重 （weight density）
单位体积岩石的重量 kN/m3 水：9.8kN/m3
比重：岩石的密度和水的密度的比值。
岩石比重平均为2.7
代表性结果。
2.1.3 渗透性（permeability）
岩石渗透性对许多岩石工程有决定性意义，如对大坝、水库、地下隧道（临水、高地下水地区等）、石油、核废料储存、瓦斯突出等。
渗透性与岩石孔隙度、岩石中的裂隙和应力水平有很大关系。
达西定律（Darcy’s law）：
：在x方向的流量速率；（ ）
：流体压力， = （ ）
：流体容重 （kN/m3）
：流体（渗透体）柱高度 (m)
：流体的粘度；（ ）
对于水，20℃时， =1.005×10-3 ； =9.80 kN/m3。
：垂直于 方向的横截面积；（ ）
：渗透系数，与流体（渗透体）的性质无关，与岩石性质有关，单位为面积（ ）
达西定律的另一种形式（渗透体为20℃的水）
：渗透体高度（水头高度），单位：m
：渗透系数，单位为速度（cm/s）
代表性 系数值 附表3
和 互换：
渗透性单位：1darcy=9.87×10-9cm2 ( )
1Darcy=10-3cm/s ( )
2.1.4 声波速度（在岩石中的传播速度）(Sonic Velocity in Rock )
用于了解岩石中的裂隙程度
：岩石没有孔隙纵波速度
： 成份在岩石中的比例
各种矿物成份的纵波速度 附表4
典型岩石的纵波速度 附表5
（Index quality of rock）：表明岩体中裂隙程度。
%= ×100%
：所测岩石试样中的声波传播速度（岩体中的声波传播速度）
%=(100-1.6×np)%
np：没有裂隙的岩石孔隙度,即孔隙对 有影响，应从裂隙度中剔除其影响，综合考虑。
岩石中的裂隙度分为5级:
第1级：无裂隙或非常轻微裂隙
第2级：较轻微裂隙
第3级：较严重裂隙
第4级：严重裂隙
第5级：非常严重裂隙
裂隙等级分类图
由 %和孔隙度共同决定，因为 不但受裂隙影响，也受孔隙影响。
i还有一些，具体的可以参考《岩石力学》一书，上面讲的很详细。
⑥ 围压对岩石物理力学性能的影响
（1）围压对岩石变形特性的影响
常规三轴试验中，对试件施加围压σ2=σ3并保持恒定，然后按一定的速率逐级施加轴向压力σ2，直至试件破坏。在试验过程中分别记录下相应各级σ1作用下的轴向应变ε1。对每个试件分别在不同围压σ3作用下，测定（σ1-σ3）与ε1的关系。
常规三轴压缩条件下岩石的变形特征通常用（σ1-σ3）-ε1曲线来表示（图2.3）。
图2.3 不同围压下花岗岩的应力-应变曲线
由图可知：①破坏前岩块的应变随围压增大而增大；②随围压增大，岩块的塑性也不断增大，且由脆性逐渐转化为延性。
图2.4中的大理岩，在围压为零或较低的情况下，岩石呈脆性状态；当围压增大至49.04MPa时，岩石显示由脆性向延性转化的过渡状态；当围压增大至67.18MPa时，岩石呈现出延性流动状态；当围压增大至161.82MPa时，试件承载力（σ1-σ3）则随围压稳定增长，出现所谓应变硬化现象。
图2.4 不同围压下大理岩的应力-应变曲线
这说明围压是影响岩石力学属性的主要因素之一，通常把岩石由脆性转化为延性的临界围压称为转化压力。图2.3中所示的花岗岩也有类似特征，所不同的是其转化压力比大理岩大得多，且破坏前的应变随围压增加更为明显。
（2）围压对岩石破坏形式的影响
在实验室内常温和低围压或单轴压缩情况下，岩石的破坏主要表现为劈裂或剪切破坏形式，这类脆性破裂的机制是受到岩石内部微裂纹的控制。而在高围压下，随着围压的增加会抑制伴有扩容的微破裂，岩石表现出延性的特性，因此，脆性域中岩石的破坏强度表现出明显的压力依赖性。
随着围压的升高，岩石破坏时的应力水平会有所增高，峰值应力出现在更大的形变处。当围压高于某一临界值时，岩石却能在较大的应变范围内不失去承载能力，且承载能力甚至会有所提高，这时岩石表现出了延性性质。岩石的强度随着温度的升高会有所下降，下降的趋势与温度的大小、岩石的种类等又是相关的。
同时大量研究结果表明，脆性材料在围压作用下会表现出一些特殊的力学行为，随着围压的改变，脆性材料的破坏机理以及破坏形式都发生了变化。在低应变率阶段，随着围压的增加，脆性材料的破坏机理由脆性或断裂韧度控制的破坏改变为由侧向应力控制的断裂生长破坏，其破坏形式具体表现为材料的脆性粉碎破坏转变为准脆性剪切破坏，在高应变率阶段，围压和应变率的耦合作用使得材料破坏形式由脆性粉碎破坏转变为完全延性破坏。
脆性材料承受围压作用时，一方面提高了材料的破坏强度，增加了其承载能力；另一方面也增加了脆性材料的韧性，使得常规状态或低围压下表现为脆性破坏的材料改变为高围压下的延性破坏。
⑦ 岩石有哪些物理力学参数
密度（density），容重 （weight density）
单位体积岩石的重量 kN/m3 水：.8kN/m3
比重：岩石的密度和水的密度的比值。
岩石比重平均为2.7
代表性结果。
渗透性（permeability）
岩石渗透性对许多岩石工程有决定性意义，如对大坝、水库、地下隧道（临水、高地下水地区等）、石油、核废料储存、瓦斯突出等。
渗透性与岩石孔隙度、岩石中的裂隙和应力水平有很大关系。
达西定律（Darcy’s law）：
：在x方向的流量速率；（ ）
：流体压力， = （ ）
：流体容重 （kN/m3）
：流体（渗透体）柱高度 (m)
：流体的粘度；（ ）
对于水，20℃时， =1.005×10-3 ； =9.80 kN/m3。
：垂直于 方向的横截面积；（ ）
：渗透系数，与流体（渗透体）的性质无关，与岩石性质有关，单位为面积（ ）
达西定律的另一种形式（渗透体为20℃的水）
：渗透体高度（水头高度），单位：m
：渗透系数，单位为速度（cm/s）
代表性 系数值 附表3
和 互换：
渗透性单位：1darcy=9.87×10-9cm2 ( )
1Darcy=10-3cm/s ( )
2.1.4 声波速度（在岩石中的传播速度）(Sonic Velocity in Rock )
用于了解岩石中的裂隙程度
：岩石没有孔隙纵波速度
： 成份在岩石中的比例
各种矿物成份的纵波速度
⑧ 岩石的物理力学性质与可钻性
(一)岩石的物理性质
岩石的物理性质是指岩石的基本工程地质性质。主要物理性质指标包括:岩石密度、孔隙性、含水性、透水性、裂隙性、松散性、流散性和稳定性等。
1.岩石密度
岩石密度是指岩石单位体积的质量。表达式为:
岩石密度=岩石质量÷岩石体积
岩石密度通常有如下几种表示方法:
(1)岩石密度
岩石密度是指单位体积岩石固体部分的质量。它取决于组成岩石的矿物密度及其在岩石中的相对含量。
(2)岩石容重
岩石容重是单位体积岩石的重量。
按岩石的含水状况不同,容重可分为天然容重、干容重和饱和容重。天然容重决定于组成岩石的矿物成分,空隙发育程度及其含水情况。
2.岩石孔隙性
岩石孔隙性系指岩石孔隙性和裂隙性的统称,常用孔隙率表示。
3.岩石吸水性
是岩石在一定试验条件下的吸水性能。它取决于岩石空隙数量、大小、开闭程度和分布情况。表示岩石吸水性的指标有吸水率、饱水率和饱水系数。
(二)岩石的力学性质
岩石的力学性质是指岩石在各种静力、动力作用下所表现的性质。主要力学性质指标包括:岩石的硬度、强度、研磨性、可钻性等。
1.岩石硬度
岩石硬度是指岩石表面抵抗其他刚性物体压入的能力。岩石的硬度一般可分为十个等级;习惯上通常把如下岩石,即:滑(石)、石(膏)、方(解石)、萤(石)、磷(灰石)、长(正长石)、石(英)、黄(玉)、刚(玉)、金(刚石)作为这十个等级的代表性岩石。表1-5分别列出了上述十个等级代表性岩石的标准矿物的摩氏硬度及显微硬度。
表1-5 不同岩石硬度等级代表性岩石的标准矿物摩氏硬度及显微硬度
2.岩石强度
岩石强度是指岩石在各种外力(如拉、压、弯曲、剪切)作用下,岩石整体抵抗破碎的能力。
3.岩石研磨性
岩石研磨性是指岩石磨损切削工具的能力。一般可分为强、中、弱研磨性三个种类。
(三)岩石的可钻性
1.岩石可钻性的含义
岩石可钻性是指在现有技术条件下,反映钻进中岩石抵抗破碎的一种综合能力表现。
2.岩石可钻性等级划分
按压入硬度、摆球硬度、机械钻速等测定方法进行综合划分,岩石的可钻性分为12个等级,其中:Ⅰ级最低,可钻性难度最小;Ⅻ级最高,可钻性难度最大。岩石可钻性分类如表1-6所示。