⑴ 岩石的力学性质指标主要有哪些各自的含义及特征如何
岩石的力学指标主要有抗压强度、抗剪强度和弹性模量及变形模量等等。关于强度主要关注抗剪强度,岩石的抗剪强度和变形模量受到很多复杂因素影响,影响的规律也较复杂,一般受岩石的类型、完整性、风化程度及含水条件等诸多因素的控制;软岩一般破碎、风化程度高,浸水状态时,强度低,反之,则强度和模量都较大。
⑵ 岩石的物理性质指标有哪些
岩石物理性质指岩石的力学、热学、电学、声学、放射学等特性参数和物理量。
岩石的物理性质包括:颜色、条痕、光泽、透明度、硬度、解理、断口、脆性和延展性、弹性和挠性、相对密度、磁性、发光性、电性、其它性质。在力学特征中包括渗流特性和机械特性。
⑶ 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
透水性显着增高,
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
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⑷ 岩石有哪些物理性质
岩石的性质主要包括物理性质、力学性质、化学性质和热力学性质。1物理性质工程上一般主要对石材的体积密度、吸水率和耐水性等有要求。大多数岩石的体积密度均较大
⑸ 岩石的力学性质包括哪些
①岩石的变形
岩石受力作用会产生变形,在弹性变形范围内用弹性模量和泊桑(松)比两个指标表示。弹性模量是应力与应变之比,以“帕斯卡”为单位,用符号Pa表示。相同受力条件下,岩石的弹性模量越大,变形越小。即弹性模量越大,岩石抵抗变形的能力越强。泊松比是横向应变与纵向应变的比。泊桑(松)比越大,表示岩石受力作用后的横向变形越大。
岩石并不是理想的弹性体,岩石变形特性的物理量也不是一个常数。通常所提供的弹性模量和泊桑(松)比,只是在一定条件下的平均值。
②岩石的强度
岩石的强度是岩石抵抗外力破坏的能力,也以“帕斯卡”为单位,用符号Pa表示。岩石受力作用破坏,表现为压碎、拉断和剪切等,故有抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等。
a.抗压强度。抗压强度是岩石在单向压力作用下抵抗压碎破坏的能力,是岩石最基本最常用的力学指标。在数值上等于岩石受压达到破坏时的极限应力。抗压强度主要与岩石的结构、构造、风化程度和含水情况等有关,也受岩石的矿物成分和生成条件的影响。
所以,岩石的抗压强度相差很大,胶结不良的砾岩和软弱页岩小于20MPa,坚硬岩浆岩大于245MPa.
b.抗拉强度。抗拉强度是岩石抵抗拉伸破坏的能力,在数值上等于岩石单向拉伸破坏时的最大张应力。岩石的抗拉强度远小于抗压强度,故当岩层受到挤压形成褶皱时,常在弯曲变形较大的部位受拉破坏,产生张性裂隙。
c.抗剪强度。抗剪强度是指岩石抵抗剪切破坏的能力,在数值上等于岩石受剪破坏时的极限剪应力。在一定压应力下岩石剪断时,剪破面上的最大剪应力,称为抗剪断强度,其值一般都比较高。抗剪强度是沿岩石裂隙或软弱面等发生剪切滑动时的指标,其强度远远低于抗剪断强度。
三项强度中,岩石的抗压强度最高,抗剪强度居中,抗拉强度最小。抗剪强度约为抗压强度的10%~40%,抗拉强度仅是抗压强度的2%~16%.岩石越坚硬,其值相差越大,软弱岩石的差别较小。岩石的抗压强度和抗剪强度,是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标,是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据之一。
⑹ 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。
⑺ 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。
⑻ 岩石的物理性质
岩石的物理性质主要包括密度、磁性(包括磁化率、磁化强度、剩余磁化强度以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值等)、电性(包括电导率、电容率、极化率等)、孔隙度、渗透率、弹性波速度、导热性、放射性、热学性质(热导率、热容)、硬度等。这里仅介绍几种对理解岩石过程和深部地质最重要的物理性质。
(一)密度
岩石的密度是岩石基本集合相(固相、液相和气相)的单位体积质量。岩石的密度取决于它的矿物组成、结构构造、孔隙度和它所处的外部条件。大多数造岩矿物如长石、石英、辉石等具有离子型或共价型结晶键,密度为2.2~3.5g/cm3(极少数达4.5g/cm3)。结晶键为离子-金属型或共价-金属型的矿物,如铬铁矿、黄铁矿、磁铁矿等密度较大,为3.5~7.5g/cm3。
侵入岩从长英质到超镁铁质,随着SiO2含量的减少和铁镁氧化物含量的增加,岩石的密度逐渐增大。岩石中金属矿物的含量增高,岩石的密度就增大。矿区花岗岩的密度有的高达2.7g/cm3以上。喷出岩的孔隙度比侵入岩大因而与相应的侵入岩相比密度要小。另外,沉积岩的密度是由组成沉积岩的矿物密度、孔隙度和填充孔隙气体和液体的密度决定的。变质岩的密度主要决定于其矿物组成。密度在重力勘探、油气储层中岩性识别、测井解释等方面应用广泛,此外对理论研究也很重要。
(二)磁性
岩石磁性是由岩石所含铁磁性矿物产生的磁性。常用的岩石磁性参数是磁化率、磁化强度、剩余磁化强度矢量,以及剩余磁化强度同感应磁化强度的比值。岩石的磁性主要决定于组成岩石的矿物的磁性,并受成岩后地质作用过程的影响。一般说,橄榄岩、辉长岩、玄武岩等超基性、基性岩浆岩的磁性最强;变质岩次之;沉积岩最弱。火成岩的磁性取决于岩石中铁磁性矿物的含量。结构构造相同的岩石,铁磁性矿物含量愈高,磁化率值愈大。铁磁性侵入岩的天然剩余磁化强度,按酸性、中性、基性、超基性的顺序逐渐变大;沉积岩的磁性主要也是由铁磁性矿物的含量决定的;变质岩的磁性是由其原始成分和变质过程决定的。
图4-15 火成岩的热导率与温度的关系(转引自Williams et al.,1979)
(三)热导率
热导率是物质导热能力的量度,是一个重要的物理量。符号为λ或k。其定义为:在物体内部垂直于导热方向取两个相距1m,面积为1m2的平行平面,若两个平面的温度相差1K,则在1s内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率,它既控制着稳态条件下地壳各层的地温梯度,又决定着诸如侵入体的冷却等非稳态的时间尺度。热导率定义为在稳态热传导条件下,热流密度(即通过单位面积的热流量)除以一维导热体中的温度梯度所得的商。硅酸盐熔体是热的不良导体,它们的热导率(图15)与两种传热体制有关,即正常晶格热传导和辐射热传递。随温度升高和晶格结构膨胀,前一种机制的作用降低,而后一种的增大。到达熔融范围内,两种效应趋于平衡,但在高温下基性岩浆的热导率通常以一个不断增大的速率降低,这种情况待续到1200℃。温度更高时,晶体或流体的暗度快速降低,辐射热传递增强,总的热导率就要高得多。更酸性的岩石,如安山岩和流纹岩,暗度较低,因而在低得多的温度范围内就显示了热导率的增大。
岩石的热导率取决于组成岩石的矿物和固体颗粒间的介质如空气、水、石油等的绝热性质。火成岩和变质岩的热导率相对于沉积岩来说变化范围不大,数值较高。侵入岩中,超基性岩的热导率较高,花岗岩次之,中间成分的侵入岩又次之。喷出岩的热导率比相应的侵入岩小。沉积岩的热导率变化范围大是热导率较低的孔隙充填物造成的。岩石和矿物的热导率与温度、压力有关系。一般说来,温度升高,热导率降低。
(四)热容
岩浆和火成岩的最具特色的热学性质之一是,它们比热容小,而熔融热或结晶热很大。热容(heat capacity)C的定义为C=△Q/△T(δ-17)。即当一系统接受一微小热量△Q而温度升高△T时,比值△Q/△T即为该系统的热容C。比热容(specific heat capacity)c,则是单位质量的热容,亦即单位质量物质升高一度所需的热量,c=C/m=△Q/(m·△T)。熔融热或结晶热△HF是在液相、固相共存的温度下,使单位质量物质熔融或结晶所需增加或移出的热量。对大多数火成岩,常压下的比热容cp约为1255J/(kg·K)(Mcbirney,1984)。例如,玄武岩浆cp可取1214J/(kg·K),而酸性岩浆的cp可取1340J/(kg·K)(马昌前等,1994)。而熔融热或结晶热△HF的典型值约介于(2.5×105~4.2×105)J/kg之间。可见在相变温度下,使岩石熔融所需吸收(或放出)的热量,在其他温度时则能使这些岩石(或岩浆)温度改变200~300℃。
(五)弹性波速
横波(S)是指振动方向与传播方向相垂直的波,纵波(P)是指振动方向与传播方向相同的波。在岩石和矿物中传播的速度vP和vS是地球物理勘探中常用的两个参数。岩石中的波速取决于其矿物成分和孔隙充填物的弹性。对固体矿产、油气、工程中的地震勘探、垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)等非常重要。
火成岩和变质岩的弹性波速度与岩石密度的关系接近于线性关系,密度越大,速度越高。火成岩和变质岩的含水饱和度增大时,vP变大,vS也变大,但不如vP的变化那样显着。气饱和岩石的vP比相应的水饱和岩石的vP小。片麻岩等片理发育的岩石,沿片理面测量的波速大于垂直片理面测量的波速,有时相差1倍以上。与结晶岩相比,沉积岩中的弹性波速度受孔隙度的影响很大,变化范围很宽。表4-11列出了一些火成岩的P波速资料,可见,在未蚀变的火成岩中,速度是比较高的,但火山碎屑岩和蚀变的火成岩,波速就变化很大。
表4-11 火成岩的波速
(据Schutter,2003)
⑼ 岩石的物理力学性质有哪些
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
⑽ 岩石的物理性质有哪些
(1)密度,指岩石的颗粒质量与所占体积之比,一般常见岩石的密度为1400-3000kg/m3.(2)堆积密度.指包括空隙和水分在内岩石总质量与总体积之比,即单位体积岩石的质量.随着密度的增加,岩石的强度和抵抗爆破作用的能力增强,破碎岩石和移动岩石所耗费的能量也增加.所以,在工程实践中常用公式K=0.4+(y/2450)2(kg/m3)来估算标准抛掷爆破的单位用药量值.(3)孔隙率.指岩土中孔隙体积(气相,液相所占体积)与岩土的总体积之比,也称孔隙度.常见岩石的孔隙率一般在0.1%~30%之间.随着孔隙率的增加,岩石中冲击波和应力波的传播速度降低.(4)岩石波阻抗.指岩石中纵波波速(c)与岩石密度(p)的乘积.岩石的这一性质与炸药爆炸后传给岩石的总能量及这一能量传递给岩石的效率有着直接关系.通常认为选用的炸药波阻抗若与岩石波阻抗相匹配(接近一致),则能取得较好的爆破效果.(5)岩石的风化程度.指岩石在地质内力和外力的作用下发生破环疏松的程度.一般来说随着风化程度的增大,岩石的孔隙率和变形性增大,其强度和弹性性能降低.所以,同一种岩石常常由于风化程度的不同,其物理力学性质差异很大.