1岩石物理力学性质.ppt

第一章 岩石物理力学性质 1、岩石的基本构成和地质分类 2、岩石的物理性质 3、岩石的力学性质 4、影响岩石力学性质的主要因素 1.1 概 述 岩石是组成地壳的自然物体，是经过地质作用而形成的矿物集合体，在陆地和海洋广泛分布。 岩石按成因有三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。 岩石的种类不同，其物理力学性质差异较大，加之不同时期、不同强度的构造作用，也就决定岩石力学问题复杂多变。 1.2 岩石的基本构成和地质分类 岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物。 岩石是构成岩体的基本单元。 1.2.1 岩石的基本构成 岩石的基本构成是由组成岩石的物质成分和结构两方面决定。 组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物是地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成分和形态。 主要造岩矿物：最主要的造岩矿物只有30多种，如石英、长石、辉石、角闪石、云母、方解石、高岭石、绿泥石、石膏、赤铁矿、黄铁矿等。 1.2.1.1 岩石的主要物质成分 1.2.1.2 常见的岩石结构类型 岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、形状、排列、结构连结特点及岩石中的微结构面。 岩石中结构连结的类型分别为： 结晶连结 胶结连结 结晶连结 岩石中矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。 等粒结晶结构一般比非等粒结晶结构的强度大，抗风化能力强。细粒结晶结构比粗粒的强度高。在斑状结构中，细粒基质比玻璃基质的强度高，总之，晶粒愈细，愈均匀，玻璃质愈少，则强度愈高。 胶结连结 岩石强度主要取决于胶结物及胶结类型。硅质、铁质胶结的岩石强度较高，钙质次之，而泥质胶结强度最低。 胶结类型 ① 基底胶结 ② 孔隙胶结 ③ 接触胶结 岩石中存在微结构面 矿物解理 微裂隙 粒间空隙 晶格缺陷 晶格边界 矿物解理 矿物的解理就是矿物晶体受应力作用超过弹性限度,沿结晶学方向破裂成光滑的平面的现象. 微裂隙 白云质灰岩晶间微裂隙 粒间空隙 粒间空隙 晶格 晶格边界、晶格缺陷 微结构面对岩石工程性质的影响 大大降低岩石的强度 导致岩石的各向异性 增大岩石的变形、改变弹性波速、电阻率和热传导率等 1.2.2 岩石的地质成因分类 在地球由原始太阳星云的部份物质构成后计起，科学家估计大约有四十五亿七千万年之久。 岩浆岩——由岩浆冷凝后形成的岩石，按照冷凝时的地质环境的不同，又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。 沉积岩——由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主要是粘土矿物，碳酸盐和残余的石英长石等，具层理构造，岩性一般具有明显的各向异性。 变质岩——在已有岩石的基础上，经过变质混合作用后形成的岩石。变质岩的性质与变质作用的特点及原岩的性质有关。其岩石力学性质差别很大。 岩浆岩（火成岩） 是由熔融的岩浆冷凝结晶形成的，而岩浆又是地下的岩石在高温（625～1200℃）下溶化形成的。 科学家估计，地心的温度可能有5000℃。大多数热通过对流和传导的方式从地心传到固体的地球外壳。热也能够在岩石圈子下部通过磨擦而产生，俯冲的地壳板块也能产生足够的热和压力熔化岩石，这个事实解释了一些沿大陆板块边缘分布的火山。 当地下深处的岩浆喷出地表时，就形成了火山喷发，火山喷出的物质在地表快速冷凝固结，就形成了火山岩。如果地下岩浆没有喷出地表，而是上升到地壳浅部就开始冷凝结晶，这就形成了侵入岩，火山岩和侵入岩统称为火成岩或岩浆岩。 深成岩 浅成岩 喷出岩 深成岩 有的时候，火成岩不一定是直接由岩浆冷却而成，也可以是经由流出地表的熔岩冷结晶形成，形成于地底下的称之为深成岩，也就是指“形成于深处的岩石 ”。 浅成岩 多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体。 岩石多呈现斑状结构。 喷出岩 喷出岩是一种火成岩，也被称为火山岩，是由火山喷出的岩浆在地表迅速冷却后形成的岩石，由于冷却速度很快，一般喷出岩的结构会形成细粒、隐晶，或形成玻璃质，经常包含有碎屑和斑晶。 喷出岩由于冷却很快，有时其中气体无法逸出，形成很小的气泡，最典型的如浮岩，由于含气量大，造成比重小，甚至能在水中漂浮。 玄武岩基性喷出岩的一种。成分相当于辉长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁状构造和斑状结构。斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；基质一般为细粒或隐晶质。按次要矿物的不同，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结构构造，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等； 安山岩 由於安山岩是岩漿噴發，快速冷卻而成的，所以礦物顆粒很小，常見的礦物有長石、角閃石、輝石與黑雲母，偶而含有石英，其餘細粒的物質是火山玻璃。 安山岩的礦物排列方式是大顆粒的礦物夾在火山玻璃之中，構成斑狀的結構，顆粒大小約1-3