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岩石有哪些物理力學性質

發布時間:2022-07-07 16:19:10

⑴ 岩石的力學性質指標主要有哪些各自的含義及特徵如何

岩石的力學指標主要有抗壓強度、抗剪強度和彈性模量及變形模量等等。關於強度主要關注抗剪強度,岩石的抗剪強度和變形模量受到很多復雜因素影響,影響的規律也較復雜,一般受岩石的類型、完整性、風化程度及含水條件等諸多因素的控制;軟岩一般破碎、風化程度高,浸水狀態時,強度低,反之,則強度和模量都較大。

⑵ 岩石的物理性質指標有哪些

岩石物理性質指岩石的力學、熱學、電學、聲學、放射學等特性參數和物理量。
岩石的物理性質包括:顏色、條痕、光澤、透明度、硬度、解理、斷口、脆性和延展性、彈性和撓性、相對密度、磁性、發光性、電性、其它性質。在力學特徵中包括滲流特性和機械特性。

⑶ 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」

⑷ 岩石有哪些物理性質

岩石的性質主要包括物理性質、力學性質、化學性質和熱力學性質。1物理性質工程上一般主要對石材的體積密度、吸水率和耐水性等有要求。大多數岩石的體積密度均較大

⑸ 岩石的力學性質包括哪些

①岩石的變形
岩石受力作用會產生變形,在彈性變形范圍內用彈性模量和泊桑(松)比兩個指標表示。彈性模量是應力與應變之比,以「帕斯卡」為單位,用符號Pa表示。相同受力條件下,岩石的彈性模量越大,變形越小。即彈性模量越大,岩石抵抗變形的能力越強。泊松比是橫向應變與縱向應變的比。泊桑(松)比越大,表示岩石受力作用後的橫向變形越大。
岩石並不是理想的彈性體,岩石變形特性的物理量也不是一個常數。通常所提供的彈性模量和泊桑(松)比,只是在一定條件下的平均值。
②岩石的強度
岩石的強度是岩石抵抗外力破壞的能力,也以「帕斯卡」為單位,用符號Pa表示。岩石受力作用破壞,表現為壓碎、拉斷和剪切等,故有抗壓強度、抗拉強度和抗剪強度等。
a.抗壓強度。抗壓強度是岩石在單向壓力作用下抵抗壓碎破壞的能力,是岩石最基本最常用的力學指標。在數值上等於岩石受壓達到破壞時的極限應力。抗壓強度主要與岩石的結構、構造、風化程度和含水情況等有關,也受岩石的礦物成分和生成條件的影響。
所以,岩石的抗壓強度相差很大,膠結不良的礫岩和軟弱頁岩小於20MPa,堅硬岩漿岩大於245MPa.
b.抗拉強度。抗拉強度是岩石抵抗拉伸破壞的能力,在數值上等於岩石單向拉伸破壞時的最大張應力。岩石的抗拉強度遠小於抗壓強度,故當岩層受到擠壓形成褶皺時,常在彎曲變形較大的部位受拉破壞,產生張性裂隙。
c.抗剪強度。抗剪強度是指岩石抵抗剪切破壞的能力,在數值上等於岩石受剪破壞時的極限剪應力。在一定壓應力下岩石剪斷時,剪破面上的最大剪應力,稱為抗剪斷強度,其值一般都比較高。抗剪強度是沿岩石裂隙或軟弱面等發生剪切滑動時的指標,其強度遠遠低於抗剪斷強度。
三項強度中,岩石的抗壓強度最高,抗剪強度居中,抗拉強度最小。抗剪強度約為抗壓強度的10%~40%,抗拉強度僅是抗壓強度的2%~16%.岩石越堅硬,其值相差越大,軟弱岩石的差別較小。岩石的抗壓強度和抗剪強度,是評價岩石(岩體)穩定性的主要指標,是對岩石(岩體)的穩定性進行定量分析的依據之一。

⑹ 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。

⑺ 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。

⑻ 岩石的物理性質

岩石的物理性質主要包括密度、磁性(包括磁化率、磁化強度、剩餘磁化強度以及剩餘磁化強度同感應磁化強度的比值等)、電性(包括電導率、電容率、極化率等)、孔隙度、滲透率、彈性波速度、導熱性、放射性、熱學性質(熱導率、熱容)、硬度等。這里僅介紹幾種對理解岩石過程和深部地質最重要的物理性質。

(一)密度

岩石的密度是岩石基本集合相(固相、液相和氣相)的單位體積質量。岩石的密度取決於它的礦物組成、結構構造、孔隙度和它所處的外部條件。大多數造岩礦物如長石、石英、輝石等具有離子型或共價型結晶鍵,密度為2.2~3.5g/cm3(極少數達4.5g/cm3)。結晶鍵為離子-金屬型或共價-金屬型的礦物,如鉻鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦等密度較大,為3.5~7.5g/cm3

侵入岩從長英質到超鎂鐵質,隨著SiO2含量的減少和鐵鎂氧化物含量的增加,岩石的密度逐漸增大。岩石中金屬礦物的含量增高,岩石的密度就增大。礦區花崗岩的密度有的高達2.7g/cm3以上。噴出岩的孔隙度比侵入岩大因而與相應的侵入岩相比密度要小。另外,沉積岩的密度是由組成沉積岩的礦物密度、孔隙度和填充孔隙氣體和液體的密度決定的。變質岩的密度主要決定於其礦物組成。密度在重力勘探、油氣儲層中岩性識別、測井解釋等方面應用廣泛,此外對理論研究也很重要。

(二)磁性

岩石磁性是由岩石所含鐵磁性礦物產生的磁性。常用的岩石磁性參數是磁化率、磁化強度、剩餘磁化強度矢量,以及剩餘磁化強度同感應磁化強度的比值。岩石的磁性主要決定於組成岩石的礦物的磁性,並受成岩後地質作用過程的影響。一般說,橄欖岩、輝長岩、玄武岩等超基性、基性岩漿岩的磁性最強;變質岩次之;沉積岩最弱。火成岩的磁性取決於岩石中鐵磁性礦物的含量。結構構造相同的岩石,鐵磁性礦物含量愈高,磁化率值愈大。鐵磁性侵入岩的天然剩餘磁化強度,按酸性、中性、基性、超基性的順序逐漸變大;沉積岩的磁性主要也是由鐵磁性礦物的含量決定的;變質岩的磁性是由其原始成分和變質過程決定的。

圖4-15 火成岩的熱導率與溫度的關系(轉引自Williams et al.,1979)

(三)熱導率

熱導率是物質導熱能力的量度,是一個重要的物理量。符號為λ或k。其定義為:在物體內部垂直於導熱方向取兩個相距1m,面積為1m2的平行平面,若兩個平面的溫度相差1K,則在1s內從一個平面傳導至另一個平面的熱量就規定為該物質的熱導率,它既控制著穩態條件下地殼各層的地溫梯度,又決定著諸如侵入體的冷卻等非穩態的時間尺度。熱導率定義為在穩態熱傳導條件下,熱流密度(即通過單位面積的熱流量)除以一維導熱體中的溫度梯度所得的商。硅酸鹽熔體是熱的不良導體,它們的熱導率(圖15)與兩種傳熱體制有關,即正常晶格熱傳導和輻射熱傳遞。隨溫度升高和晶格結構膨脹,前一種機制的作用降低,而後一種的增大。到達熔融范圍內,兩種效應趨於平衡,但在高溫下基性岩漿的熱導率通常以一個不斷增大的速率降低,這種情況待續到1200℃。溫度更高時,晶體或流體的暗度快速降低,輻射熱傳遞增強,總的熱導率就要高得多。更酸性的岩石,如安山岩和流紋岩,暗度較低,因而在低得多的溫度范圍內就顯示了熱導率的增大。

岩石的熱導率取決於組成岩石的礦物和固體顆粒間的介質如空氣、水、石油等的絕熱性質。火成岩和變質岩的熱導率相對於沉積岩來說變化范圍不大,數值較高。侵入岩中,超基性岩的熱導率較高,花崗岩次之,中間成分的侵入岩又次之。噴出岩的熱導率比相應的侵入岩小。沉積岩的熱導率變化范圍大是熱導率較低的孔隙充填物造成的。岩石和礦物的熱導率與溫度、壓力有關系。一般說來,溫度升高,熱導率降低。

(四)熱容

岩漿和火成岩的最具特色的熱學性質之一是,它們比熱容小,而熔融熱或結晶熱很大。熱容(heat capacity)C的定義為C=△Q/△T(δ-17)。即當一系統接受一微小熱量△Q而溫度升高△T時,比值△Q/△T即為該系統的熱容C。比熱容(specific heat capacity)c,則是單位質量的熱容,亦即單位質量物質升高一度所需的熱量,c=C/m=△Q/(m·△T)。熔融熱或結晶熱△HF是在液相、固相共存的溫度下,使單位質量物質熔融或結晶所需增加或移出的熱量。對大多數火成岩,常壓下的比熱容cp約為1255J/(kg·K)(Mcbirney,1984)。例如,玄武岩漿cp可取1214J/(kg·K),而酸性岩漿的cp可取1340J/(kg·K)(馬昌前等,1994)。而熔融熱或結晶熱△HF的典型值約介於(2.5×105~4.2×105)J/kg之間。可見在相變溫度下,使岩石熔融所需吸收(或放出)的熱量,在其他溫度時則能使這些岩石(或岩漿)溫度改變200~300℃。

(五)彈性波速

橫波(S)是指振動方向與傳播方向相垂直的波,縱波(P)是指振動方向與傳播方向相同的波。在岩石和礦物中傳播的速度vP和vS是地球物理勘探中常用的兩個參數。岩石中的波速取決於其礦物成分和孔隙充填物的彈性。對固體礦產、油氣、工程中的地震勘探、垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)等非常重要。

火成岩和變質岩的彈性波速度與岩石密度的關系接近於線性關系,密度越大,速度越高。火成岩和變質岩的含水飽和度增大時,vP變大,vS也變大,但不如vP的變化那樣顯著。氣飽和岩石的vP比相應的水飽和岩石的vP小。片麻岩等片理發育的岩石,沿片理面測量的波速大於垂直片理面測量的波速,有時相差1倍以上。與結晶岩相比,沉積岩中的彈性波速度受孔隙度的影響很大,變化范圍很寬。表4-11列出了一些火成岩的P波速資料,可見,在未蝕變的火成岩中,速度是比較高的,但火山碎屑岩和蝕變的火成岩,波速就變化很大。

表4-11 火成岩的波速

(據Schutter,2003)

⑼ 岩石的物理力學性質有哪些

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

⑽ 岩石的物理性質有哪些

(1)密度,指岩石的顆粒質量與所佔體積之比,一般常見岩石的密度為1400-3000kg/m3.(2)堆積密度.指包括空隙和水分在內岩石總質量與總體積之比,即單位體積岩石的質量.隨著密度的增加,岩石的強度和抵抗爆破作用的能力增強,破碎岩石和移動岩石所耗費的能量也增加.所以,在工程實踐中常用公式K=0.4+(y/2450)2(kg/m3)來估算標准拋擲爆破的單位用葯量值.(3)孔隙率.指岩土中孔隙體積(氣相,液相所佔體積)與岩土的總體積之比,也稱孔隙度.常見岩石的孔隙率一般在0.1%~30%之間.隨著孔隙率的增加,岩石中沖擊波和應力波的傳播速度降低.(4)岩石波阻抗.指岩石中縱波波速(c)與岩石密度(p)的乘積.岩石的這一性質與炸葯爆炸後傳給岩石的總能量及這一能量傳遞給岩石的效率有著直接關系.通常認為選用的炸葯波阻抗若與岩石波阻抗相匹配(接近一致),則能取得較好的爆破效果.(5)岩石的風化程度.指岩石在地質內力和外力的作用下發生破環疏鬆的程度.一般來說隨著風化程度的增大,岩石的孔隙率和變形性增大,其強度和彈性性能降低.所以,同一種岩石常常由於風化程度的不同,其物理力學性質差異很大.

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