单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度
大小比较
抗压强度>抗 剪强度>抗弯强度>抗拉强度
以上数据由实验测定，测定时对岩石的 制备有一定的要求
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强度实验
单轴抗压强度实验
P A
单轴抗拉强度实验
t
P r0
t
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钢垫板
P 压力 岩石
P 压力
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复杂应力条件下的强度
CD段：曲线下降，是由于裂隙发生了不 稳定传播，新的裂隙分叉发展，使岩石 开始解体。CD段以脆性性态为其特征。
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岩石的弹性常数
杨氏弹性模量：E 剪切弹性模量：G=E/2(1+) 体积弹性模量：K=E/3(1+) 泊松比：横向应变与纵向应变之比
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简单应力条件下岩石的强度
简单应力状态
层理的形成主要取决于下列原因：成份相同 时颗粒的交替和某些矿物颗粒在一定方向上 的变化，不同成分颗粒的交替和某些矿物颗 粒在一定方向上的指向。
片理：岩石沿平行平面分裂为薄片的能 力。
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裂缝、各向异性
裂缝：岩层在沉积过程中出现的孔隙、 洞穴、裂缝。
岩石的不均匀性和各向异性：岩石中矿 物颗粒、碎屑、孔洞和裂隙的尺寸分配 和方向排列情况都具有偶然性，决定了 岩石的不均匀性和各向异性。
岩石
岩石的基础知识 岩石的力学性质 影响岩石力学性质的因素 岩石的研磨性 岩石的可钻性
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岩石基础知识
地球
地壳：由富含硅和铝的硅酸盐所组成的一层 薄薄的固体硬壳，平均厚度35km, 体积0.3% 地幔:莫霍面以下至2900mkm, 体积占83.4%, 重量占２／３。
地核：2900m以下，体积占16%,重量占 １／３
级别 1 2 3 4 5 6
硬度 (102M ≤1 Pa)
1-2.5
2.55.0
5-10
10-15 15-20
类别
硬
坚硬
极硬
级别 7 8 9 10 11 12
硬度
(102M 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 >70
Pa)
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塑性系数
岩石破碎前耗费的总功Ａf与弹性变形 功Ａe为岩石的塑性系数K:
粘土岩
高岭石、蒙脱石、伊利石（泥岩、页岩）
碳酸岩
石灰岩、白云岩
浊积岩
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岩石的宏观结构
岩石的组织以结构和构造为其主要 特征
岩石的结构：由组成岩石的微晶或 碎屑岩的相互空间分布情况所决定 组织特征。
岩石的构造：层理、片理、孔隙。
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层理、片理
层理：在垂直方向上岩石组成方向上的 变化情况。
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实验结果对破岩的意义
对于深井钻井说来，研究岩石从脆性到
塑性的转变点具有很重要的实际意义。因为
脆性破坏和塑性破坏是两种从本质上不相同
的破坏，所以破碎这两种状态下的岩石需要
分别应用不同的破碎工具（不同结构的钻头
类型），采用不同的破碎方式（冲击、压碎
、挤压、剪切或切削、磨削等）以及不同的
破碎合理组合（钻压、转数及水力参数等）
变质岩
变质岩：由变质作用而生成的岩石。
变质作用：已经形成的岩浆岩、沉积岩由于 高温、高压的作用，或由于外来物质的加入 ，在固体状态下，改变了原来的成分、结构 和构造，变成新的岩石的作用。
常见的变质岩
大理石、石英岩、片岩、板岩
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沉积岩
沉积岩：在地壳表层常温常压下，主要 由风化作用、生物作用、及某些火山作 用的产物，经过搬运、沉积和成岩的作 用而形成的岩石。
BC段：随着荷载的继续增大，变形和荷 载呈非线性关系，裂隙进入不稳定发展 状态，这是破坏的先行阶段。应力－应 变曲线的斜率随着应力的增加而逐渐地 减小到零，曲线向下凹，岩石中引起不 可逆变化。
变形特性
发生弹性到延性行为过渡的点B，通常称 为屈服点，而相应的应力称为屈服应力 。最高点C的应力称为强度极限（如为单 轴试验便称为单轴抗压强度）。
风化作用
物理风化(温度、风、水、海洋、冰川） 化学风化（氧化、水化、溶解、水解）
生物风化（动植物的腐烂作用）
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沉积岩的分类
碎屑岩：由母岩机械风化破碎而成的碎 屑物质经压紧、胶结而成的岩石。
粘土岩：由粘土矿物组成的岩石。
碳酸盐岩：由方解石、白云石等碳酸岩 矿物所组成的岩石。
浊积岩：由浊流沉积作用形成的一种特 殊的碎屑沉积岩。
（a):常规三轴实验 （c):液压作用下的压扭
（b)：三面压缩（三液缸、真三维）
（d)：液压作用下两面柱塞压缩
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常规三轴实验结果
在室温条件下，对于所有的岩石，当围 压增大时，其强度增大，但所增大的倍 数，对于不同类型的岩石是不一样的。 随着围压增大，岩石表现出从脆性到塑 性的转变，并且围压越大，岩石破坏前 所呈现的塑性也越大。
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沉积岩的微观结构
碎屑岩=碎屑+胶结物 胶结物
泥质 钙质（方解石） 铁质（褐铁矿、黄铁矿） 硅质（石英）
胶结类型：接触胶结、孔隙胶结、基底胶结
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岩石结构物理模型
孔喉 骨架颗粒
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孔隙
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碎屑岩石的胶结形式
接触胶结
孔隙胶结
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基底胶结
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典型的沉积岩
碎屑岩
砾石、砂岩、粉沙岩
岩石空隙度、密度、深度、强度的关系
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岩石的力学性质
岩石力学性质： 岩石的变形特性和强度特性
变形特性 全应力-应变曲线
衡量岩石力学性质的参数 弹性、塑性、韧性、强度
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.强度极限 屈服应力
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变形特性
OA段：曲线稍向上凹，反映岩石试件内 部裂隙逐渐被压密。
AB段：随着岩石内裂隙被压密，它的斜 率为常数或接近于常数，其斜率定义为 岩石的杨氏弹性模量E。
。
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岩石的硬度及塑性系数
硬度：一种物体抵抗另一种物体浸入 的能力，具体度量为岩石发生局部破碎时 （形成破碎坑）作用于单位面积上的力， 即：
Py=P/S
Py：岩石硬度 （Ｐa）
P：产生脆性破碎时压头上的载荷 N
S：压头的底面积
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类别
软
中软
中硬
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地壳的组成ຫໍສະໝຸດ 岩浆岩变质岩沉积岩
岩浆岩、变质岩占地表面积的25% ，而沉积岩占地表面积的75%。世界 上大多数的石油和天然气都储集在沉 积岩中。
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岩浆岩
岩浆岩：由岩浆作用形成的岩石。
岩浆作用：从岩浆的形成、活动、直至冷凝 的全过程。
常见的岩浆岩
花岗岩 玄武岩 橄榄岩
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