气
和土一样，也是由固体、
液体和气体三相组成。
mw
水
定义：物理性质是指岩石
三相组成部分的相对比例 ms
固
关系不同所表现的物理状
态。
V0
VV VW
VS
1. 岩石的密度
（1）岩石的颗粒密度( s ) －－岩石固体相部分的质量
与其体积的比值 g / cm3
岩石的比重( Gs ) －－岩石固体部分的重量和4°C 时同体积纯水重量的比值
总开空隙率
n0
VV 0 V
100%
dWp w
dWp
在高压或真空条件下，水能进入所有开空隙中。饱和吸水 率反映岩石总开空隙的发育程度，可用来判断岩石的抗风化能 力和抗冻性，是岩石物理性质的一个重要指标。
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
（3）饱水系数
吸水率
kw
Wa Wp
100%
饱和吸水率
反映岩石中大、小开空隙的相对数量。一般情况下，饱水
1.宜万铁路的工程概况
宜万铁路全长376.99km,共有隧道124座,总长224.88km,约 占线路总长 59.65％,其中3～10km的长隧道22座,大于10km的特 长隧道3座,隧道最大埋深约800m。
2. 宜万铁路沿线区域地貌特征
宜万铁路主要穿行在溶蚀侵蚀中低山区，自 然坡度一般大于30°，河谷深切，断崖纵横，最 大高程1800余米，相对高差200～800m。
2.8×10-9 ~ 7×10-8 3×10-12 ~ 6×10-10
2×10-9~ 3×10-6 9×10-5~ 3×10-4
<10-13
9×10-8~ 4×10-7 2×10-6~ 3×10-5
<10-13
10-13~ 2.5×10-10 5.5×10-6
2×10-10~ 8×10-9 10-9~ 5×10-5
3. 宜万铁路沿线地层分布概况
碳酸盐岩地层约占全线的70％。 共有岩溶隧道75座，长 约157.7km。
点荷载强度(MPa)
点荷 载强 度指 标
换算 单轴 抗压 强度
点荷 载强 度指 标
换算 单轴 抗压 强度
天然
饱和
软化 系数
(Kp)
47.5 28.9 0.61
73.8 49.7 0.67 垂直 70.7 60.6 0.86 层面 5.45 64.9 3.33 39.6 0.61
55.3 48.8 0.88
20
30
冻融循环次数（N）
1#红色粉砂岩 2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
相同冻融温度（－30°C）、不同冻融循环次数试验后岩样质量损失率直方图
质量损失率分析
质量损失率（%）
7
6
5
4
3
2
1
0
温度-20°C
温度-30°C
温度-40°C
冻融循环温度（°C）
1#红色粉砂岩 2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
湖北沪蓉西高速公路扁担垭隧道岩石物理力学试验参数
地层 岩性
桩号
岩块密度 （g/cm3）
吸水率 （％）
孔隙 率(%)
天然 饱和 饱和/天然
2.74 2.74 1.01/0.89 2.75
2.74 2.74 0.85/0.70 2.32
寒武
2.73 2.74 0.93/0.74 2.53
系石 ZK45+240
第三章
岩石的物理性质和水理性质
上节回顾
• 结构面分级 • 结构面特征 • 岩块与结构体的区别 • 岩体的结构类型
边坡赤平极射投影及稳定性初步评价
自然边坡面 开挖边坡面 ②
①
稳定结构
注： ①优势结构面225°∠85° ②优势结构面195°∠65°
(a)北区1110平台结构面赤平极射投影图
自然边坡面 ②
相同冻融循环次数（20次）、不同冻融温度试验后质量损失率直方图
强度损失率分析
强度损失率（%）
60
50
40
30
20
10
0
10次
20次
30次
冻融循环次数（N）
2#蚀变辉绿岩 3#辉绿岩 6#辉绿岩
相同冻融温度（-30°C）、不同冻融循环次数试验后岩样强度损失率直方图
4.岩石的透水性
透水性－－在一定的水力梯度或压力差作用下， 岩石能被水透过的性质。岩石的透水性大小用渗透系 数衡量。
2. 岩石的空隙性
地质作用－－各种裂隙 除孔隙外，还有裂隙－－比土复杂
空隙 类型
封闭空隙 开空隙
大开空隙 小开空隙
空隙性－－是岩石孔隙性与裂隙性的统称,用空隙
率表示,符号为 n。
2. 岩石的空隙性
空隙率－－指岩石空隙的体积与岩石总体积的比值， 以百分数表示。
n Vv 100% V
1
d s
100%
1.岩石的吸水性
吸水性－－指岩石在一定条件下吸收水分的能力。常用 吸水率（ Wa）、饱和吸水率与饱水系数表示。
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
（1）吸水率
岩样在常温常压条件下吸入水的质量
Wa
mw1 ms
100%
岩样烘干质量
烘干温度：105～110°C, 时间：24小时
大开空隙率
nb
VVb V
100%
sat
msat V
m
V
单位：g / cm3 容重是工
容重
干容重 d 饱和容重 sat 天然容重
单位： kN m3
g 9.80kN m3
程岩体稳 定性分析 计算及岩 体压力计
测试方法：量积法（规则试样） 蜡封法（不规则试样）
算的基本 参数
常见岩石的物理性质指标值(部分)
颗粒密度与块体密度： 颗粒密度不包括孔隙，其大 小只与矿物密度及其含量有 关。 块体密度，不仅与矿物组成 有关，还与岩石的空隙性及 含水状态密切相关。 ？谁大谁小
Km
ms1 ms2 ms1
100%
岩样冻融前干质量
抗冻性－－抗冻系数、质量损失率
岩石在冻融作用下强度降低和破坏的原因：
① 岩石矿物组分的膨胀系数不同，及温度不均 匀，导致产生内应力；
② 岩石空隙水的冻胀作用。使岩石产生更多的 裂隙，结构破坏，强度降低。
Rd＞75％，Km＜2％时，为抗冻性高的岩石； Wa＜5％、KR＞0.75和饱水系数小于0.8的岩石，其
牌组 ~110
2.73 2.74 0.97/0.75 2.62
粉砂 YK44+980
质页 ~800
岩
寒武
2.73 2.74 0.85/0.69 2.31
系水 ZK44+193
井沱 ~187
组粉 YK43+793
砂质 ~740
页岩
抗压强度(MPa)
垂直层面 方向加载
天 然
饱和
软化 系数
(Kp)
试件 加载 方向
岩石名称 花岗岩
石灰岩
片麻岩 辉绿岩、玄武岩
砂岩 页岩 片岩 石英岩
透水性－－渗透系数
几种岩石的渗透系数值
空隙情况 较致密、微裂隙
含微裂隙 微裂隙及部分粗裂隙
致密 微裂隙、孔隙
空隙较发育 致密 微裂隙
微裂隙发育 致密 较致密
空隙发育 微裂隙发育 微裂隙发育
微裂隙
（cm/s）
1.1×10-12 ~ 9.5×10-11 1.1×10-11 ~ 2.5×10-11
dWa w
dWa
水只能进入大开空隙，不能进人小开空隙和闭空隙 取决于岩石中空隙的数、大小及其连通情况。空隙率 愈大→空隙大、数量多、连通性好→岩石吸水率越大→
力学性质差。
（2）饱和吸水率
吸水率、饱和吸水率与饱水系数
岩样在高压（15MPa）或真空条件下吸入水的质量
Wp
mw2 ms
100%
岩样烘干质量
62.7 52.2 0.83
61.4 52.8 0.86 顺层
74.5 53.4 0.72 面
1.85 22.0 1.34 16.0 0.73
71.6 50.5 0.71
垂直 层面 4.3 51.1
顺层
面
1.51 18.0 1.30 15.5 0.86
宜万铁路深部岩溶问题
一、宜前万言铁路—的开工展程地概况面与物工探程方地质法条研件究的必要性
岩石的膨胀特性通常以岩石的自由膨胀率、侧 向约束膨胀率、膨胀压力等来表示。
6.岩石的崩解性
崩解性－－指岩石与水相互作用时失去粘结性, 并变成完全丧失强度的松散物质的性能。岩石崩解 性一般用岩石的耐崩解性指数表示 。
崩解现象是由于水化过程中削弱了岩石内部的 结构联结引起的，常见于由可溶盐和粘土质胶结的 沉积岩地层中。
Gs
ห้องสมุดไป่ตู้Ws
Vs w
岩石固体部分的重量
岩石固体部分的体积 m3
4°C时单位体积水的容重 kN m3
测试方法：比重瓶法
（2）块体密度
块体密度(岩石密度)－－岩块单位体积的质量。与矿物组成、 岩石的孔隙性及含水状态有关。
按试 件含 水状 态分
干密度 105～110°C,烘24h 饱和密度 天然密度
d
ms V
开挖边坡面
较稳定结构
①
注： ①优势结构面45°∠ ° ②优势结构面225°∠45°
(c)南1区1110平台结构面赤平极射投影图
①
② 自然边坡面 开挖边坡面
(b)西区1130平台结构面赤平极射投影图
自然边坡面 自然边坡面
③
1②
2
开挖边坡面
①
3
(d)南2区1110平台结构面赤平极射投影图