㈠ 岩土体的一些基本物理、热物理性质
1.岩石的主要物理性质
天然岩石受地质环境的制约，常常表现为不均一性和各向异性的特点，在分析判别岩石的热物理性质时岩石的物理性质是基础。
（1）比重：岩石的固体颗粒重量与其同体积水在4℃时的重量之比称为岩石的比重（Δ）。
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式中：W——绝对干燥时岩石的重量；
Vs——岩石干燥重为W时其中固体颗粒的体积；
rω——水在4℃时的容重。
（2）容重：
岩石单位体积的重量称为容重，容重在不同的含水状态分为干容重、天然容重和饱和容重三种。
常用干容重（rd）作为容重的评价指标（单位：kg/m3）：
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式中：V——岩石体积；
G——岩石的重量。
（3）孔隙度：
岩石的孔隙体积与岩石的总体积的百分率（n）：
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式中：Vδ——岩石孔隙体积；
V——岩石总体积。
（4）孔隙比：
岩石中孔隙体积和岩石固体颗粒体积之比称孔隙比（ξ）。孔隙比ξ可由孔隙度直接计算求得：
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2.土的主要物理性质
（1）土的重量和含水量：常常要测试土的比重△s，天然容重γ，干容重rd和天然含水量ω。
（2）土的颗粒组分。
（3）土的水理性质：土与水相互作用显示的一系列性质，包括土的塑性、膨胀性、收缩性等。
表1-1碎石土分类
表1-2砂土与粘性土分类
注：①对砂土定名时，应根据粒径分组，从大到小由最先符合者确定；当其粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全重的10%时，按混合土定名，如“含粘性土细砂”等。
② 砂质粉土的工程性质接近粉砂。
③ 粘质粉土的定名（或Ip＜12的低塑性土），当按Ip定名与颗分定名有矛盾时，应以颗分定名为准。
④ 塑性指数的确定，液限以76g圆锥仪入土深度10mm为准；塑限以搓条法为准。
⑤对有机质含量Q＞5%的土，可定名为：5%＜Q≤10%时，定为有机质土；10%＜Q≤60%时，定名为泥炭质土；Q＞60%时，定名为泥炭土。
一般来讲，影响岩石物理性质的因素有两大类：①内部因素；②外部因素。内部因素是指岩石的矿物成分、结构构造以及孔隙充填物的物理性质。外部因素主要是指岩石所处环境的温度、压力、埋深等。
3.岩石的主要热物理性质
目前，关于岩土体的热物理性质的研究尚缺乏系统的资料，通常由岩石的热物理性质代替，而岩土体通常比单一岩石要复杂得多。在地壳岩石的各种热物理性质中，最重要的是岩石的导热系数或热导率（λ）、岩石热阻系数或热阻率（ξ）、岩石比热（C）、岩石热容量（Cp）及岩石温度传导系数或热扩散系数（a）。
（1）岩石的导热系数或热导率（λ）。
表示岩石导热能力的大小，即沿热流传递的方向单位长度（l）上温度（e）降低一度时单位时间（T）内通过单位面积（s）的热量（Q）。按傅里叶定律，在热流量一定的条件下，通过热传导作用所流经的物质的热导率与温度梯度成反比，可用下式表示：
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岩石的热导率［λ，W/m·℃]在数值上等于单位温度梯度下，单位导热面积上的导热速率。它表征物质导热能力的大小（热阻力的倒数），通常用实验测定。
岩石的热导率取决于岩石的成分、结构、湿度、温度及压力等条件，即热导率是密度、温度、压力等的函数，其表达式为λ＝λ（ρ，t,P……）。
一般情况下，岩石的热导率随压力、密度、湿度的加大而增高，随温度的增高而减小，但地壳上部的温度和压力对岩石的热导率的影响极小。除矿物成分外，岩石的孔隙度和湿度对其热导率有较大影响，一般随孔隙度的增加而降低，随湿度的增加而增加。对于各向同性的均质材料来说，热导率可以用一个单一的数值来表征；对于各向异性的岩石而言，不同方向的热导率差别较大，在从事浅层地温能资源开发利用过程中，第四系松散沉积物各向异性的特点应引起足够重视。
在致密的岩石中，造岩矿物的性质对岩石的热导率起主要控制作用，如果岩石中具有高热导率的矿物含量越高，岩石的热导率也越高。近年来，为计算大地热流值，世界各地岩石热导率的实测数据日益增多，致密坚硬的岩石一般在实验室测量，而松散层沉积物主要是深海沉积及湖底沉积，多为就地测量。土壤热导率（λ）大小同样由土壤组成成分和比例决定。土壤水分热导率居中，土壤空气热导率最小，土壤固体导热率最大。
在所有的固体中，金属是最好的导热体。一般对纯金属热导率是温度的函数，用λ＝λ（t）表示，并且随温度的升高热导率降低。对于金属液体，热导率也是随温度的升高热导率降低。
对于非金属的热导率可以表述为是组成、结构、密度、温度、压力等的函数，表示为λ＝λ（组成，结构，密度，温度t、压强P……）。一般情况下，非金属的热导率随温度的升高和压力的提高而增大。
对大多数均质的固体，热导率与温度成线性关系：
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式中：λ——t℃值；
αt——温度系数，金属为负，非金属为正；
λ0——0℃值。
应予指出，在热传导过程中，物体内不同位置的温度各不相同，因而热导率也不同，在工程计算中，热导率可取平均温度下的数值，视作常数。
液体的导热系数一般0.1～0.7W/（m·℃），随温度升高而降低。气体的导热系数真空最小，是良好的绝热体，有利于保温，绝热，如热水瓶夹层抽真空保温。再如非金属保温材料，空气夹层的双层玻璃，弹松的棉被等具有良好的保温功能的实质是含有大量的空气。气体的导热系数随气体密度和温度的升高而增大。在相当大的压强范围内（P＞2000at或p＜20mmHg），压强对导热系数无明显影响。
综上所述，金属的热导率值最大，非金属次之，液体的较小，气体的最小，常见的岩石热导率值可从手册中查得。
（2）岩石热阻系数或热阻率（ξ）
是岩石导热系数或热导率的倒数（单位：m·℃/W），即
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由傅里叶热传导方程可推出以下关系式：
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当热流（q）不变时，地温梯度（ΔT/ΔZ）与热阻率（ξ）成正比。
岩石热阻率一般呈现如下规律：随着岩石密度的增大（随着埋深加大，同一类沉积物的密度会变大），岩石和某些矿层的热阻减小；岩石热阻随总湿度的增加而减小，其原因是水的热阻（2.00）大大小于空气的热阻（46.00），由于干岩石孔隙中充满着空气，故热阻大，对未胶结的松散岩石，当湿度增加到20%～40%时，热阻大致可降低6～7倍；岩石热阻随着岩石透水性的增强而显着减小，因含水层中热的传递方式除传导作用外，还有对流现象发生；在具有层状构造的岩石中，可以观测到各向异性现象，即沿层理方向的热阻比垂直于层理方向的热阻要低；岩石热阻随温度增高而略微增大。
（3）岩石比热（C）：加热一千克物质使其上升摄氏一度时所需的热量，即
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式中：C——岩石的比热，J/g·℃；
ΔQ——加热p克物质温度升高△t时所需要的热量（J/g·℃）与容重（kg/m3）的乘积，即
Cp=C·ρ
Cp单位为J/m3·℃。大部分岩石和有用矿物的比热，其变化范围都不大，一般介于0.59～2.1J/g·℃之间。由于水的比热较大（15℃时为4.2J/g·℃），因此，随着岩石湿度的增加，其比热也有所增加。沉积岩如粘土、页岩、砂岩、灰岩等在自然埋藏条件下，一般都具有很大的湿度，其比热稍大于结晶岩，前者为0.8～1.0J/g·℃，后者为0.63～0.84J/g·℃。
土壤的热容量（Cv）分重量热容量和容积热容量。气象常用容积热容量。1g物质温度升高（或降低）1℃所吸收（放出）的热量，称重量热容量（J/g·℃）;1cm3的物质温度升高（或降低）1℃所吸收（放出）的热量，称容积热容量（J/cm3·℃）。
土壤的热容量大小由土壤组成成分和比例决定。土壤水分热容量最大，温度不易升、降，如潮湿土壤。土壤空气热容量最小，温度易升、降，如干燥土壤。土壤固体热容量，居中。
（4）岩石温度传导系数或导温率（a）：又称热扩散系数，表示在非稳定热态下岩石单位体积在单位时间内温度的变化，即岩层中温度传播的速度，其关系式如下：
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式中：a——岩石温度传导系数，m2/h；
λ——岩石热导率，J/m·℃；
ξ——岩石热阻率，m·℃/W;
C——岩石比热，J/g·℃；
ρ——岩石的容重，g/m3;
Cp——岩石的单位热容量，J/m3·℃。
岩石温度传导系数或温度传导率是一个综合性参数，主要反映岩石的热惯性特征，在分析钻孔内温度平衡的形成条件和用人工场方法研究钻孔剖面时具有重要意义。岩石温度传导系数主要与岩石的热阻及其容重有关，并与它们成反比关系。同时，岩石温度传导系数随岩石湿度增加而增加，随温度的增高而略微减小。对层状岩石来说具有各向异性特点，岩石温度传导系数顺岩石层理方向比垂直层理方向要高。
综上所述，为了获得有关地球温度场的量的相关参数，除在野外进行地温、热传导等测量、采取原状样品外，还必须开展实验室工作，以测定岩石热导率、比热及温度传导系数等热物理性质。
㈡ 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
㈢ 岩石有哪些物理机械性质
岩石的主要物理机械性质有：容重、松散性、强度、硬度、弹性、脆性、耐磨性、稳定性。
1、容重：单位体积原生岩石的重量。它在很大程度上反映了矿岩的机械强度。
2、松散性：整体岩石被破碎后，其容积增大的性能，常用岩石的松散系数K表示。K指岩石破碎前、后容积之比。
3、强度：岩石抵抗机械破坏（拉、压、剪）的能力。岩石机械强度受岩石的孔隙度、异向性和不均匀性的影响而变化很大，一般情况下，抗拉强度（1/10~1/50）< 抗剪强度（1/8~1/12）< 抗压强度
4、硬度：指岩石抵抗尖锐工具侵入的性能。它取决于岩石的结构、组成颗粒的硬度及形状和排列方式等。硬度越大，截割、钻凿越困难。
5、弹性：即当撤销所受外力后，岩石恢复原来形状和体积的性能。弹性越大，钻凿越困难，消耗能量也较多。
6、塑性：即当撤销所受外力后，岩石形状和体积不能得到恢复的性能。塑性越大，破碎消耗能量也较多。
7、脆性：岩石被破碎时不带残余变形的性能。脆性越大，钻凿越容易。
8、耐磨性：岩石磨损工具的性能。耐磨性越大，钻凿越困难
9、稳定性：岩石暴露出自由面后，不致塌陷的性能。〗
凿岩时岩石的破碎是多种因素综合作用的结果。在上述诸多因素中，岩石的硬度、强度和脆性是主要的因素，又可将它们概括为岩石的坚固性。
㈣ 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.
㈤ 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。
㈥ 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）
㈦ 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
㈧ 岩石有哪些主要的物理性质，它们对爆破效果有何影响
一、矿物是构成岩石的主要成分，矿物颗粒愈细、密度愈大，愈坚固，则愈难于作业。胶结物成分和颗粒大小也会影响效果。
二、随着岩石密度增加，岩石的强度和抵抗爆 破作用的能力增大，同时，破碎或抛移岩石所消耗的能量也增加。
三、岩石容重表示单位体积岩石的重量，容重越高越难以爆。
四、岩体的裂隙性，垂直层理、裂隙爆破时，比较容易破碎;而平行或顺着层理、裂隙的作业则比较困难。
五、岩石强度是表示岩石抵抗压、剪、拉诸应力，从而导致岩石破坏的能力。强度越高，越难以作业。
㈨ 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
㈩ 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。