第二章 岩石物理力学性质
——本章所说的岩石是指岩石块体，即岩块
§2.1 岩石的地质特征 §2.2 岩石的物理与水理性质 §2.3 岩石的强度特性 §2.4 岩石的变形特性 §2.5 影响岩石物理力学性质的主要因素 §2.6 岩石强度理论
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§2.1 岩石的地质特征 —物质组成及结构
量比
0
L
低模量 比
＜200
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2 国标《岩土工程勘察规范》 （GB50021-2002）分类
分类指标：新鲜岩块的饱和单轴抗压强度（cw）
类别
亚类
饱和单轴抗压强 度(MPa)
代表性岩石
硬质 岩石
极硬岩石 次硬岩石
＞60 30~60
花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、玄 武岩、石灰岩、石英砂岩、石英岩、
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岩石风化程度评价指标：
风化空隙率指标(Iw)：快速浸水后风 化岩石吸入水后的质量mw与干燥岩石
质量mrd之比。
波速指标：风化岩石弹性波纵波波速
（cp）。
波速比(kv)：风化岩石弹性波纵波波 速 （（rp）cp之）比与的新平鲜方岩。块弹性波纵波波速 风化系数(kf)：风化岩石的饱和单轴
结晶连结：矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起， 它是通过共用原子或离子使不同晶粒紧密接触。
胶结连结：矿物颗粒通过胶结物连结在一起。
胶结连结的 岩块强度
硅质胶结>铁质、钙质>泥质胶结
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微结构面 削弱岩块的强度，导致各向异性 颗粒形状 强度： 粒状、柱状>片状>鳞状 颗粒大小 强度： 粗粒<细粒
类别 A B C D E
岩块分类 极高强度
高强度 中等强度
低强度 极低强度
σc(MPa) ＞200
100~200 50~100 25~50 1~25
岩石类型举例 石英岩、辉长岩、
玄武岩 大理岩、花岗岩、
片麻岩 砂岩、板岩
煤、粉砂岩、片岩
白垩、盐岩
类别
Et/σc分 类
Et/σc
H
高模量 比
＞500
M
中等模 200~50
抗轴压抗强压度 强（ 度（cw’c）w）与之新比鲜。岩石饱和单
Iw
mw mrd
kv
vcp vrp
2
kf
' cw
cw
硬质岩石按波速指标的风化分级表
风化程度 全风化 强风化
中等风化 微风化 未风化
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vcp（m/s）
kv
kf
500~1000
0.2~0.4
-
1000~2000 0.4~0.6
大理岩、硅质砾岩等
软质 岩石
次软岩石 极软岩石
5~30 ＜5
粘土岩、页岩、千枚岩、绿泥石片 岩、云母片岩等
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§2.2 岩石的物理与水理性质
岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成 的。岩石的力学性质常与岩石中三相的比例关系及 固相与水相互作用有密切的关系。
物理性质定义：是指岩石由于三相组成的相对比例
ρ=m/V
V—岩石块体体积；m—岩石质量
岩石块体的密度越大， 其工程性质越好。影响 因素是矿物成分、孔隙
3、注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ)
与微裂隙发育程度以及 含水量。
（2）ρs与ρ的单位 （g/cm3，t/m3）
（3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积法，包括水中称重法和蜡封法等）
4、重力密度（简称重度）（）
=ρg
单位为KN/m3；g为重力加速度，工程计算时一般取10m/s2。
常见岩石的物理性质指标值
（二）岩石的空隙性
开空隙 岩石的空隙 (裂隙、孔隙) 闭空隙
总空隙率(n)
岩 总开空隙率(no) 石
空 大开空隙率(nb)
隙 率
小开空隙率(na)
闭空隙率(nc)
孔隙比
e VV s 1 Vs d
件 比，下用自百由分吸数入表水示的。质量(mw1)与岩样干质量(ms)之
Wa
mw1 mw2
100%
nb
VVb V
100%
dWa w
dWa
2、饱和吸水率(Wp)
岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一
般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2) 与岩样干质量(ms)之比，用百分数表示，即
一、岩石(块)的物质组成
岩块的力学性质主要取决于组成岩石的矿物成分 及其相对含量
硅酸盐类矿物
组成岩石 的矿物
粘土矿物 碳酸盐类矿物
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氧化物类矿物
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二、岩块的结构特征
岩块的结构：岩石内矿物颗粒的大小、形状、排
列方式及微结构面发育情况与粒间连结方式等反 映在岩块构成上的特征。
岩石的粒间连结分结晶连结与胶结连结
Wp
mw2 ms
100%
n0
VV 0 V
100%
dW p w
dWp
3、饱水系数(Wa)
岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为
饱水系数。它反映了岩石中大、小开空隙的相对
比例关系。
几种岩石的吸水性指标值
（二）岩石的软化性
岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，
大开空隙 小开空隙
n Vv 100% (1 d ) 100%
V
s
n0
Vv 0 V
100%
nb
Vvb V
100%
na
Vva V
100% n0
nb
nc
Vvc V
100% n n0
二、岩石的水理性质 （一）岩石的吸水性
定义：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力， 称为岩石的吸水性。
1、吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条
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三、岩块的风化
风化
岩石====>矿物组成和结构改变==>岩块的物理力 学性质改变（强度降低、抗变形性能减弱、空隙 率增大，渗透性加大）。
衡量岩块的风化程度的指标： 定性指标主要有：颜色、矿物蚀变程度、破碎程
度及开挖锤击技术特征等。 定量指标主要有风化空隙率指标和波速指标等。
关系不同所表现的物理状态。主要有岩石的密度和 空隙性。
岩石水理性质定义：岩石在水溶液作用下所表现出
来的性质。主要有吸水性、软化性、抗冻性、透水 性。
一、岩石的物理性质
（一）岩石的密度
1、颗粒密度(ρs)
ρs= ms/Vs
Vs—颗粒体积；ms—颗粒质量
岩石颗粒密度只 取决于矿物成分。
2、块体密度(ρ)
<0.4
2000~4000 0.6~0.8
0.4~0.8
4000~5000
0.8~0.9
ห้องสมุดไป่ตู้
0.8~0.9
>5000
0.9~1.0
0.9~1.0
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2002）
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四、岩块的工程分类
1、Deere &Miller 双指标分类 分类指标：岩块抗压强度（c）、模量比（Et/c）