岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含
孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物
密度及其含量。
颗粒密度
s

ms Vs
固体部分质量 固体部分体积
(一) 岩石的密度
2. 岩石的块体密度
是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态， 又有干密度（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度 （ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天 然密度。
《岩土工程勘察规范》分类
坚硬程 度
坚硬岩
较硬岩
较软岩
饱和单
轴抗压 强度，
>60
30-60 15-30
MPa
软岩 5-15
极软岩 <5
岩体的工程分类
岩石：是固态矿物或矿物的混合物，由一种或多 种矿物组成，具有一定结构、构造的集合体。
岩体：含有结构面的原生地质体，是由处于一定 地质环境中的各种岩性和结构特征岩石所组成的 集合体。特点：显著的不连续性。
密度(g／cm3) 2.37～2.75 2.75～2.80 2.59～3.06 2.70～2.90 2.75左右 2.72～2.84
(二) 岩石的孔隙特性
孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比 (多 用百分数表示)。 裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总 体积之比称裂隙率。 孔隙度与裂隙率含义相同，孔隙度多用于相对松 散土、石，裂隙率多用于结晶连接的坚硬岩石。 一般岩石的孔隙度在10%-35%之间。
完整岩块的工程分类
编号 I
单轴饱和 类别 抗压强度
(MPa)
代表性岩石
中细粒花岗岩，花岗片麻岩，闪长岩， 硬质岩 > 80 辉绿岩，安山岩，流纹岩，石英砂岩，
硅质灰岩，硅质胶结砾岩
II
中等坚 硬岩
30-80
灰岩，大理岩，白云岩，砂岩，钙质砾 岩，板岩
泥质岩，泥质灰岩，部分凝灰岩，绿泥 III 软质岩 < 30 石片岩，千枚岩
石油工程岩石力学
Petroleum Engineering Rock Mechanics
教 师：李相臣 电子邮箱：li_xiangchen@
课程回顾
一个意义：为什么学习岩石力学？ 两个定义
岩石力学的定义 岩石的定义
一个特点：岩石力学研究对象的特点 一个方法：研究岩石力学的方法
各向异性地层
裂缝发育的 破碎性地层
层理发育 的各向异 性地层
岩石的组构特征
岩石的主要胶结类型：
基底型：彼此不发生接触的矿物颗粒埋在玻璃体中， 这种情况下胶结程度很高，岩石强度与胶结物有关。
接触型：仅仅在颗粒的接触点存在胶结物，这种胶结 程度低，岩石强度也不大。
间隙型：矿物颗粒彼此直接接触，而颗粒的孔隙被胶 结物充填。
d

ms V
d=dry
sat

msat V
sat=saturated
m
V
常见岩石的密度
岩石名称 花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
密度 (g／cm3) 2.52～2.81 2.67～2.96 2.85～3.12 2.80～3.11 2.17～2.70 2.06～2.66
岩石名称 石灰岩 白云岩 片麻岩 片岩 大理岩 板岩
沉积岩的分类
碎屑沉积岩：砾岩、砂岩、粉砂岩、泥页岩 化学沉积岩：石灰岩、白云岩、燧石、蒸发岩 生物沉积岩：煤、石灰岩
岩心照片
砾岩
岩心照片
致密细砂岩
岩心照片
泥岩
岩心照片
硬脆性泥页岩
岩心照片
盐膏岩
4 岩石的工程分类
以工程实用为目的的岩石类型划分叫岩石的工程 分类(岩体的工程分类)。主要目的是指导工程技 术人员合理选择工程布局及技术处理方法。
5.岩石的崩解性
崩解性：岩石被水浸泡，内 部结构遭到完全破坏呈碎块 状崩开散落的性能。具有强 烈崩解性的岩石和土，短时 间内即发生崩解。 我国西北地区的黄土，在水 中浸泡一天左右即崩解，西 南某地风化钙泥质粉砂岩置 于水中仅十多分钟就全部崩 解了。
(四)岩石的热理性质
岩石的热理性是指岩石温度发生变化时所表现出 来的物理性质。（热胀冷缩）
RQD 115 3.3Jv
当Jv<4.5时，RQD取100。
根据RQD的岩体质量分级
RQD
岩石质 量描述
等级
<25 很差
I
25-50 差 II

50-75 一般 III
75-90 好 IV
>90 很好
V
第二节 岩石的物理性质
岩石的物理性质：
物理性质：物质不需要经过化学变化就表现出来 的性质叫做物理性质。 颜色、气味、形态、熔点、硬度、导电性等
裂缝性 地层
裂缝性地层扰动 产生剪切位移造
成套管变形
裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象
剪切位移引起的井眼形状变化
X方向井径降低
X
剪
Y
切
错
动
方
向
Y方向井径增加
不同剪切位移 方向的井眼形 状
井下电视测井观测到：
裂缝岩体的剪切位移造成井眼缩径现象
井下电视测井显示的破碎性地层在井眼周围产生的剪切位移 的情况
常 见 岩 石 的 软 化 系 数
泊松比随含水量 的变化情况
弹性模量随 含水量的变 化情况
内摩擦角随 含水量的变 化情况
粘聚力随含 水量的变化 情况
3.岩石的抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。
抗冻系数(Rd)：岩石试件经反复冻融后的干抗 压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用 百分数表示。
岩石质量指标RQD
岩石质量指标RQD (Rock Quality Designation):长度 大于10cm的岩心长度之和 与钻孔总进尺的百分比。
(迪尔，1964.)
RQD求取的经验方法
1) RQD与裂隙频率Kd之间存在以下关系：
RQD 100e0.1kd (0.1kd 1)
2) RQD与单位体积岩石中的节理总数Jv之间存在 以下关系：
Rd
c2 c1
100 %
3.岩石的抗冻性
质量损失率(Km)：冻融试验前后干质量之差(ms1－ ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示。
Km

ms1 ms2 ms1
100%
Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性高 吸水率Wa＜5％、软化系数KR＞0.75，饱水系数小于
硅酸盐类矿物
组成岩石的矿物
粘土矿物 碳酸盐类矿物
氧化物类矿物 组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决 定着岩石的力学性质
岩石的组构特征
2.岩石的结构
岩石的结构：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。其中，粒间连结分结晶连结与 胶结连结。 颗粒大小 强度：细粒 ＞ 粗粒 颗粒形状 强度：粒状、柱状 ＞ 片状 ＞ 鳞状 排列形式 强度：等粒 ＞ 不等粒
0.8的岩石，抗冻性高。
4.岩石的膨胀性
膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏 的性能称膨胀性。
一般含有粘土矿物的岩石均具有—定的膨胀 性，特别是含有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最 大。 在铁路建设中，膨胀岩地段路堑边坡坍滑将 造成严重危害。 钻井工程中，钻遇膨胀性岩石容易导致井眼 缩径、井壁坍塌等问题。
流纹岩
气孔状构造
杏仁状构造
沉积岩中的层理构造
白云钾长片麻岩
岩石的地质类型划分
1.岩浆岩：是由岩浆凝结形成的岩石。 2.变质岩：矿物成分、结构发生变化形成的岩石。 3.沉积岩：搬运、沉积、成岩作用而形成的岩石。
母岩
转变过程
产生的岩石
岩浆岩 沉积岩 变质岩
风化作用 热和压力 熔融作用
沉积岩 变质岩 岩浆岩
对于裂隙性岩石，通常采用裂缝率作为定量评价 岩石被裂隙切割后破碎程度的指标。
岩石中的裂隙
单向裂隙(或裂隙频率)
单向裂隙指一组结构面的法线方向上每单位长度 (m)内，法线与结构面的交割数目，以Kd(1/m)表 示。即单向裂隙率的倒数为成组结构面之间的平 均间距，以d表示。
d 1 Kd
式中：Kd — 单向裂隙（1/m） d — 结构面间平均间距(m)
岩石的组构特征
岩石的微结构面
微结构面：指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒间的 软弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空 隙、微裂隙、微层理及片理面、片麻理面等
① 降低岩石强度 ② 导致岩石力学性质各向异性
裂缝性地层套管损坏
Elf公司的岩石力学专家Maury 和Sauzy在研究裂缝性地层套管损坏时 首先提出了井眼周围裂缝岩体的剪切位移理论并应用于井壁稳定性分析
位距离的损耗值。
Ct

QT LtT
岩石导热率的影响因素：矿物组成、结构构造以 及赋存环境。
第三节 岩石的各向异性和渗透性
岩石的不连续性 岩石的不均匀性 岩石的各向异性 岩石的渗透性
1.岩石的不连续性
岩石中普遍存在的结构面，无论是物质分异面还 是物质不连续面，都会使结构面两侧附近的岩石 物理力学性质呈现不连续变化。
岩石的物理性质：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
岩石和土一样，也是由固体、液体和气体组成的 多相体系。 物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系 不同所表现的物理状态。
1. 岩石的密度 2. 岩石的孔隙性 3. 岩石的水理性
(一) 岩石的密度
1. 岩石的颗粒密度
(二) 岩石的孔隙特性
孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比 称岩石的孔隙比(多以小数表示)。