岩石及其工程力学性质.pptx

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1、1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)及其工程力学性及其工程力学性质质1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类(fn li)(fn li)1.2 1.2 岩石的结构与构造岩石的结构与构造1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质第一页，共55页。21.1 1.1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的组成与的组成与分类分类一、一、岩石的物质岩石的物质(wzh)成分成分 岩石一种岩石一种(y zhn)或多种造岩矿物颗粒的集合体。颗粒或多种造岩矿物颗粒的集合体。颗粒之间或者由直接接触面上的联系力联结，或者由外来的胶结物胶之间或者由直接接触面上的联系力联结，或者由外来的胶结物胶结。结。由

2、单一矿物组成的岩石称为单矿物岩石，如石灰岩、白云岩、由单一矿物组成的岩石称为单矿物岩石，如石灰岩、白云岩、硬石膏等；由数种矿物组成的岩石称为多矿物岩石。硬石膏等；由数种矿物组成的岩石称为多矿物岩石。1.岩石岩石 第二页，共55页。31.1 1.1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的组成的组成与分类与分类一、一、岩石的物质岩石的物质(wzh)成分成分 2.造岩矿物(kungw)l 矿物矿物:地壳中的化学元素（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁）地壳中的化学元素（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁）在各种地质作用下形成的自然产物（单体和化合物）。在各种地质作用下形成的自然产物（单体和化合物）。具具 有固定

3、的化学成分和确定的物理性质，多为晶体结构。有固定的化学成分和确定的物理性质，多为晶体结构。l 造岩矿物：造岩矿物：构成岩石主要成分的矿物，称为造岩矿物。构成岩石主要成分的矿物，称为造岩矿物。目前人类已发现的矿物有目前人类已发现的矿物有30003000多种，但造岩矿物种类却少，仅有多种，但造岩矿物种类却少，仅有20203030种，种，常见的造岩矿物只有常见的造岩矿物只有1010余种。余种。l 莫氏硬度标：莫氏硬度标：滑石滑石(1)(1)、石膏、石膏(2)(2)、方解石、方解石(3)(3)、萤石、萤石(4)(4)、磷灰石、磷灰石(5)(5)、长石长石(6)(6)、石英、石英(7)(7)、黄玉黄玉(

4、8)(8)、刚玉刚玉(9)(9)、金刚石、金刚石(10)(10)还可用还可用指甲指甲(2(22.5)2.5)、铜钥匙、铜钥匙(3)(3)、小钢刀、小钢刀(5.5)(5.5)、玻璃、玻璃(6)(6)等常等常见物刻划矿物的大致硬度等级。见物刻划矿物的大致硬度等级。第三页，共55页。4 分 类 名 称化 学 成 分密度莫氏硬度硅酸盐类 正长石KAlSi3O82.576斜长石NaAlSi3O82.626石英SiO22.657白云母KAl3SiO10(OH)22.73.122.5黑云母K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)22.83.22.53角闪石Ca2(Mg,Fe,Al)5(AlSi)8O22(

5、OH)23.256辉石Ca(Mg,Fe,Al)(Al,Si)2O63.23.456橄榄石(Mg,Fe)2SiO43.24.16.5碳酸盐类 方解石CaCO32.723.0白云石CaMg(CO3)22.853.54硫酸盐类 石膏CaSO42H2O2.322硬石膏CaSO42.933.5氧化物 赤铁矿Fe2O35.186粘土类高岭土Al4(Si4O10)(OH)82.6522.5其它岩盐NaCl2.16 2.5主要主要(zhyo)造岩矿物造岩矿物一览表一览表1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z chn)(z chn)与分类与分类第四页，共55页。5正长石正长石斜长石斜长石白云母白云母黑云母黑云

6、母角闪母角闪母方解石方解石白云石白云石硬石膏硬石膏赤铁矿赤铁矿橄榄石橄榄石辉辉 石石主要主要(zhyo)造岩矿造岩矿物标本物标本1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z(z chn)chn)与分类与分类第五页，共55页。61.火成岩（岩浆岩）由岩浆（硅酸盐熔体）冷凝(lngnng)而成的岩石。其主要矿物成分是长石、其次是石英、辉石、橄榄石和云母。二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类岩石按成因岩石按成因岩石按成因岩石按成因(chngyn)(chngyn)可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大可分为火成岩、变质岩和沉积岩三大类。类。类。类。

7、按岩浆活动方式分按岩浆活动方式分侵入岩侵入岩喷出岩（火山岩）喷出岩（火山岩）:玄武岩、安山岩、凝灰岩玄武岩、安山岩、凝灰岩深成岩：花岗岩深成岩：花岗岩浅成岩：橄榄岩、辉长岩、花岗班岩浅成岩：橄榄岩、辉长岩、花岗班岩根据根据SiO2含量分含量分超基性岩，超基性岩，SiO2含量含量65%，花岗斑岩，花岗岩，花岗斑岩，花岗岩1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类第六页，共55页。7二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 1.火成岩火成岩 安山岩安山岩花岗岩花岗岩橄榄岩橄榄岩玄武岩玄武岩正长岩正长岩凝灰岩凝灰岩1.1 1.1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的组成的组成与分类与分类第七页，共5

8、5页。8二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 2.变质岩 火成岩、沉积岩由于高温高压作用(zuyng)或外来物质的加入，改变了原来的成分、结构，变成新的岩石。常见变质岩类型：常见变质岩类型：l 大理岩：由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成，主要矿物成大理岩：由石灰岩或白云岩经重结晶变质而成，主要矿物成 分为方解石，遇稀盐酸强烈起泡。分为方解石，遇稀盐酸强烈起泡。l 石英岩：由较纯的石英砂岩变质而成，主要矿物成分石英。石英岩：由较纯的石英砂岩变质而成，主要矿物成分石英。l 板板 岩：由粘土岩、粉砂岩或凝灰岩经区域低温动力变质作岩：由粘土岩、粉砂岩或凝灰岩经区域低温动力变质作 用形成的板状劈理发育的变

9、质岩。用形成的板状劈理发育的变质岩。l 片麻岩：由片麻岩：由酸性或中性喷出岩、浅成岩、长石砂岩、泥质岩酸性或中性喷出岩、浅成岩、长石砂岩、泥质岩 经区域变质作用形成的具明显片麻状构造的变质岩。经区域变质作用形成的具明显片麻状构造的变质岩。主要矿物成分由石英、长石、云母、角闪石等。主要矿物成分由石英、长石、云母、角闪石等。1.1 1.1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的组成的组成与分类与分类第八页，共55页。9二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 2.变质岩变质岩 1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z(z chn)chn)与分类与分类大理岩大理岩石英岩石英岩板板 岩岩片麻岩片麻岩第九页，共

10、55页。10二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 母岩风化后产物母岩风化后产物(chnw)(chnw)经过搬运、沉积及成岩作用而形成的岩石。经过搬运、沉积及成岩作用而形成的岩石。主要造岩矿物为：长石、石英、云母、粘土矿物、碳酸盐、硫酸盐和岩主要造岩矿物为：长石、石英、云母、粘土矿物、碳酸盐、硫酸盐和岩盐矿物。盐矿物。按成因分按成因分碎屑岩：碎屑岩：由母岩风化后的碎屑物质经机械沉积作用形成。由母岩风化后的碎屑物质经机械沉积作用形成。由碎屑颗粒与胶结物胶结而成。包括砾岩、砂由碎屑颗粒与胶结物胶结而成。包括砾岩、砂 岩、粉砂岩、泥岩等。岩、粉砂岩、泥岩等。化学岩化学岩:由母岩风化后

11、的溶解物质经化学沉积作用形成。由母岩风化后的溶解物质经化学沉积作用形成。包括石灰岩、白云岩、石膏、岩盐和生物化学包括石灰岩、白云岩、石膏、岩盐和生物化学 岩等。岩等。1.1 1.1 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的组成的组成与分类与分类第十页，共55页。11二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 （1）砾岩）砾岩(l yn)及角砾岩及角砾岩(l yn)由由5050以上以上(yshng)(yshng)大于大于2mm2mm的粗的粗大碎屑胶结而成，胶结物的成分有钙大碎屑胶结而成，胶结物的成分有钙质、泥质、铁质及硅质等。质、泥质、铁质及硅质等。砾岩：由浑圆状砾石胶结而成，砾岩：由浑圆

12、状砾石胶结而成，岩性成分比较复杂，常由多种岩石的岩性成分比较复杂，常由多种岩石的碎屑和矿物颗粒组成。碎屑和矿物颗粒组成。角砾岩：由棱角状的角砾胶结而角砾岩：由棱角状的角砾胶结而成，岩性成分比较单一，主要成分为成，岩性成分比较单一，主要成分为石英和燧石。石英和燧石。渤海湾馆陶底砾岩渤海湾馆陶底砾岩1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类第十一页，共55页。12二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 （2）砂岩）砂岩(sh yn)由由5050以上粒径介于以上粒径介于2 2的砂粒胶的砂粒胶结而成。按砂粒的矿物组成结而成。按砂粒的矿物组成(z(z chn)chn)，可分为石英砂

13、岩、长石砂岩，可分为石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩等。按砂粒粒径的大小，和岩屑砂岩等。按砂粒粒径的大小，可分为粗砂岩、中砂岩和细砂岩。根可分为粗砂岩、中砂岩和细砂岩。根据胶结物的成分。又可将砂岩分为硅据胶结物的成分。又可将砂岩分为硅质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩及泥质质砂岩、铁质砂岩、钙质砂岩及泥质砂岩几个亚类。砂岩几个亚类。1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类第十二页，共55页。13二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 （3）粉砂岩）粉砂岩(sh yn)主要由主要由50%50%以上的粒径为毫米的粉砂碎屑组成以上的粒径为毫米的粉砂碎屑组成(z chn)(z chn)。按

14、。按碎屑成分划分为石英粉砂岩、长石粉砂岩、岩屑粉砂岩（少见）和它碎屑成分划分为石英粉砂岩、长石粉砂岩、岩屑粉砂岩（少见）和它们间的过渡类型。根据胶结物成分划分为泥质粉砂岩、铁质粉砂岩、们间的过渡类型。根据胶结物成分划分为泥质粉砂岩、铁质粉砂岩、钙质粉砂岩和白云质粉砂岩等。钙质粉砂岩和白云质粉砂岩等。1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类第十三页，共55页。14二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 （4）页）页 岩岩 由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主，大部分有明显的薄层理，呈页片状。可分为硅质页岩、粘土质页岩、砂质页岩、钙质页岩及炭质页岩。除硅质页岩强度(qingd

15、)稍高外，其余岩性软弱，易风化成碎片，强度(qingd)低，与水作用易于软化而丧失稳定性。1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z(z chn)chn)与分类与分类第十四页，共55页。15二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 3.沉积岩沉积岩 （5）泥）泥 岩岩 一种由泥巴及粘土固化而成的沉一种由泥巴及粘土固化而成的沉积岩，其成分和页岩相似，但页理积岩，其成分和页岩相似，但页理不明显。可分为不明显。可分为(fn wi)(fn wi)粉砂质泥粉砂质泥岩，钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩，钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩、炭质泥岩。岩、炭质泥岩。颗粒粒径小于颗粒粒径小于0.01mm.0.01mm.1.1

16、1.1 岩石的组成岩石的组成(z chn)(z chn)与分类与分类第十五页，共55页。16 3.沉积岩沉积岩 （6）石灰岩）石灰岩二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 简称灰岩。矿物成分以方解石为主，其次(qc)含有少量的白云石和粘土矿物。常呈深灰、浅灰色，纯质灰岩呈白色。结晶结构，晶粒极细。由生物化学作用生成的灰岩，常含有丰富的有机物残骸。石灰岩中一般都含有一些白云石和粘土矿物，当粘土矿物含量达2550时，称为泥灰岩；白云石含量达2550时，称为白云质灰岩。1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z chn)(z chn)与分类与分类第十六页，共55页。17 3.沉积岩沉积岩 （7）白云岩）

17、白云岩二、二、岩石岩石(ynsh)分类分类 是一种沉积碳酸盐岩。主要由白云石是一种沉积碳酸盐岩。主要由白云石组成，常混入石英、长石、方解石和粘土组成，常混入石英、长石、方解石和粘土矿物。呈灰白色，性脆，外貌与石灰岩很矿物。呈灰白色，性脆，外貌与石灰岩很相似，但强度比石灰岩高，遇稀盐酸缓慢相似，但强度比石灰岩高，遇稀盐酸缓慢起泡或不起泡起泡或不起泡 。按结构可分为结晶白云。按结构可分为结晶白云岩、残余异化粒子岩、残余异化粒子(lz)(lz)白云岩、碎屑白白云岩、碎屑白云岩、微晶白云岩等。云岩、微晶白云岩等。1.1 1.1 岩石的组成岩石的组成(z(z chn)chn)与分类与分类第十七页，共55

18、页。18第第1 1讲讲 岩石岩石(ynsh)(ynsh)及其工程及其工程力学性质力学性质1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类(fn li)(fn li)1.2 1.2 岩石的结构与构造岩石的结构与构造1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质第十八页，共55页。19一、一、岩石岩石(ynsh)的结的结构构1.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构造与构造 岩石的结构是由组成岩石的矿物结晶程度岩石的结构是由组成岩石的矿物结晶程度(chngd)(chngd)、颗粒大小及形状、连结方式和微结构面所决定的微观组织特颗粒大小及形状、连结方式和微结构面所决定的微

19、观组织特征。征。结构对岩石工程力学性质的影响：结构对岩石工程力学性质的影响：1 1）颗粒愈细，岩石强度及硬度愈高；）颗粒愈细，岩石强度及硬度愈高；2 2）颗粒间连结强度愈大，岩石强度及硬度愈高；）颗粒间连结强度愈大，岩石强度及硬度愈高；3 3）微结构面愈发育，岩石强度愈低。）微结构面愈发育，岩石强度愈低。第十九页，共55页。201.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构造与构造一、一、岩石岩石(ynsh)的结构的结构1.1.岩石颗粒岩石颗粒(kl)(kl)间的连间的连结方式结方式根据颗粒间的连结方式不同，可将岩石分为结晶结构和胶结结构。根据颗粒间的连结方式不同，可将岩石分

20、为结晶结构和胶结结构。（1 1）结晶结构）结晶结构 颗粒通过结晶相互嵌合在一起，结构致密。颗粒通过结晶相互嵌合在一起，结构致密。按结晶程度分按结晶程度分按晶粒大小分按晶粒大小分全晶质结构全晶质结构半晶质结构半晶质结构玻璃质结构玻璃质结构粗晶结构（粗晶结构（1mm1mm）中晶结构（中晶结构（1 10.1mm0.1mm）隐晶结构（隐晶结构（0.10.10.01mm0.01mm ）微晶结构（微晶结构（0.010.010.02mm0.02mm ）第二十页，共55页。21（2 2）胶结结构）胶结结构 岩石颗粒岩石颗粒(kl)(kl)通过胶结物胶结在一起。通过胶结物胶结在一起。按胶结按胶结(jioji)物

21、成物成分分泥质胶结泥质胶结(jioji)(jioji)钙质胶结钙质胶结铁质胶结铁质胶结硅质胶结硅质胶结按胶结形式分按胶结形式分基底胶结基底胶结孔隙胶结孔隙胶结接触胶结接触胶结胶结强度：硅质铁质钙质泥质1.2 1.2 岩石的结构与构造岩石的结构与构造一、一、岩石的结构岩石的结构1.1.岩石颗粒间的连结方式岩石颗粒间的连结方式第二十一页，共55页。22 微结构面（或缺陷微结构面（或缺陷(quxin)），是指存在于岩石中矿物颗粒内部、），是指存在于岩石中矿物颗粒内部、矿物颗粒及矿物颗粒集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿物的解理、矿物颗粒及矿物颗粒集合体之间微小的弱面及空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷晶

22、格缺陷(quxin)、晶粒边界、粒间空隙、微裂纹等。、晶粒边界、粒间空隙、微裂纹等。岩石为微结构面发育的多孔介质。微结构面对岩石力学性质有着岩石为微结构面发育的多孔介质。微结构面对岩石力学性质有着(yu zhe)重重要的影响：要的影响：大大降低岩石的强度大大降低岩石的强度 微结构面具有方向性时，常导致岩石的各向异性。微结构面具有方向性时，常导致岩石的各向异性。1.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构造与构造一、一、岩石的结构岩石的结构2.2.微结构面（缺陷）微结构面（缺陷）第二十二页，共55页。23 岩石的构造是由岩石组分在空间上的分布方式及相互间的位置关系所决定的宏观

23、组织特征。典型的构造特征有：流纹构造、层理(cn l)、片理、节理和孔隙度等。1.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构造与构造二、二、岩石岩石(ynsh)的构造的构造构造对岩石工程力学性质的影响：构造对岩石工程力学性质的影响：1 1）流纹构造、层理和片理等常造成岩石的各向异性；流纹构造、层理和片理等常造成岩石的各向异性；2 2）岩石孔隙度愈大，其强度和硬度愈低；）岩石孔隙度愈大，其强度和硬度愈低；第二十三页，共55页。241.1.火成岩的构造火成岩的构造(guzo)(guzo)特征特征l 块状构造：块状构造：矿物分布杂乱无章，呈致密块状。如花岗岩等。矿物分布杂乱无章，呈

24、致密块状。如花岗岩等。l 流纹状构造：由于熔岩流动，由一些不同颜色条纹和拉长气孔等定流纹状构造：由于熔岩流动，由一些不同颜色条纹和拉长气孔等定l 向排列所形成的流动状构造。仅出现向排列所形成的流动状构造。仅出现(chxin)(chxin)于喷出岩中，于喷出岩中，如如l 流纹岩等。流纹岩等。l 气孔状构造：岩浆凝固时，挥发性气体未能及时逸出，在岩石中留气孔状构造：岩浆凝固时，挥发性气体未能及时逸出，在岩石中留l 下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。l 杏仁状构造：岩石中的气孔被后期矿物（如石英、方解石等）填充杏仁状构造：岩石中的气孔被后期矿物（如石英、方解石等）填

25、充l 所形成的形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩。所形成的形似杏仁的构造。如某些玄武岩和安山岩。l 条带状构造：矿物颗粒呈条带状分布。条带状构造：矿物颗粒呈条带状分布。1.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构造与构造二、二、岩石的构造岩石的构造第二十四页，共55页。251.1.火成岩的构造火成岩的构造(guzo)(guzo)特征特征1.2 1.2 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的结的结构与构造构与构造二、二、岩石岩石(ynsh)的构造的构造第二十五页，共55页。26片理发育片理发育(fy)(fy)是变质岩的典型构造是变质岩的典型构造特征特征片麻岩片麻岩片岩片岩板板

26、岩岩2.2.变质岩的构造变质岩的构造(guzo)(guzo)特征特征1.2 1.2 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的结构的结构与构造与构造二、二、岩石的构造岩石的构造第二十六页，共55页。27层理和孔隙度是沉积岩的典型层理和孔隙度是沉积岩的典型(dinxng)(dinxng)构造特征。构造特征。层与层之间的界面，称为层面。上下两个层与层之间的界面，称为层面。上下两个(lin)(lin)层面间成分基本均匀一致的岩石，称层面间成分基本均匀一致的岩石，称为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上为岩层。它是层理最大的组成单位。一个岩层上下层面之间的垂直距离称为岩层的厚度。下层面之间的垂直距离称为岩

27、层的厚度。在短距离内岩层厚度的减小称为变薄；厚度变在短距离内岩层厚度的减小称为变薄；厚度变薄以至消失称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；薄以至消失称为尖灭；两端尖灭就成为透镜体；大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层。大厚度岩层中所夹的薄层，称为夹层。3.3.沉积岩的构造沉积岩的构造(guzo)(guzo)特征特征1.2 1.2 岩石的结构与构造岩石的结构与构造二、二、岩石的构造岩石的构造第二十七页，共55页。28第第1 1讲讲 岩石岩石(ynsh)(ynsh)及其工程力及其工程力学性质学性质1.1 1.1 岩石的组成与分类岩石的组成与分类1.2 1.2 岩石的结构岩石的结构(jigu)(jigu)与构

28、造与构造1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质第二十八页，共55页。291.1.简单应力简单应力(yngl)(yngl)条件下岩石的变形特条件下岩石的变形特性性一、一、岩石岩石(ynsh)的力的力学性质学性质1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质YPo典型岩石的应力应变曲线 岩岩石石从从开开始始受受力力到到最最终终破破坏坏经经历历了了弹弹性性变变形形阶阶段段（OYOY段段）、弹弹塑塑性性变变形形阶阶段段（YPYP段段）和和脆脆性性破坏阶段（破坏阶段（P P点以后）。点以后）。在在弹弹性性变变形形区区(OY(OY段段)，应应力力只只引引起起岩岩

29、石石中中孔孔隙隙、微微裂裂纹纹的的压压密密和和骨骨架架的的压压缩缩变变形形，应应力力卸卸除除后后全全部部变变形形得得以以恢恢复复。弹弹性性应应变变的的量量级级很很小小，一般在以下。一般在以下。OYOY段段的的斜斜率率是是常常数数或或接接近近常常数数，其其斜斜率率定定义义为岩石的杨氏弹性模量，应力应变关系服从虎克定律。为岩石的杨氏弹性模量，应力应变关系服从虎克定律。第二十九页，共55页。301.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质1.1.简单应力条件下岩石的变形简单应力条件下岩石的变形(bin(bin xng)xng)特性特性 在在弹弹塑塑性性变变形形阶阶段段

30、(YP)(YP)。岩岩石石内内部部产产生生新新裂裂纹纹并并不不断断扩扩展展，当当细细小小裂裂纹纹越越来来越越多多并并互互相相连连通通，最最终终形形成成较较大大的的贯贯穿穿裂裂缝缝时时，即即将将(jjing)(jjing)达达到到岩岩石石的的强强度度极极限。限。在在YPYP段，岩石的变形是不可逆的，应力卸除后变形得不到完全恢复。从弹段，岩石的变形是不可逆的，应力卸除后变形得不到完全恢复。从弹性到发生塑性行为的过渡点性到发生塑性行为的过渡点Y Y，通常称为屈服点，相应的应力称为屈服应，通常称为屈服点，相应的应力称为屈服应力。峰值点力。峰值点P P的应力值称为强度极限，简称强度。的应力值称为强度极限

31、，简称强度。在在脆脆性性破破坏坏阶阶段段(P点点以以后后)，岩岩石石的的变变形形主主要要是是贯贯穿穿岩岩样样内内裂裂缝缝（破破裂裂面面）两侧的岩块沿破裂面滑移和张开，应力迅速下降，岩石解体。两侧的岩块沿破裂面滑移和张开，应力迅速下降，岩石解体。一、一、岩石的力学性质岩石的力学性质第三十页，共55页。311.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质1.1.简单简单(jindn)(jindn)应力条件下岩石的变应力条件下岩石的变形特性形特性一般规律：1）当岩石受力很小因而变形很小时，可以看作是弹性体，基本服 从虎克定律。常用杨氏弹性模量E、泊松比、剪切弹性模量 G和

32、体积弹性系数K等参数来表征岩石的弹性性质。2）当岩石中的应力超过其屈服应力后，岩石成为(chngwi)弹塑性体，其应 力应变关系呈非线性，不再服从虎克定律。3）在简单应力条件下，岩石的破坏为脆性破坏，即在变形量很小 （小于3%）时就发生破裂。一、一、岩石的力学性质岩石的力学性质第三十一页，共55页。321.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质2.2.三轴应力三轴应力(yngl)(yngl)条件下岩石的变形条件下岩石的变形特性特性3=03=23.53=5003=8503=16503=3260XXXX3=03=27.53=55.53=1553=217.51-3，

33、MPa1-3，MPa三轴应力条件下岩石的应力应变曲线 随着围压的增大，岩随着围压的增大，岩石表现出由脆性到塑性的石表现出由脆性到塑性的转变转变(zhunbin)，并且，并且围压越大，岩石破坏前所围压越大，岩石破坏前所呈现的塑性也就越大。岩呈现的塑性也就越大。岩石由脆性转变石由脆性转变(zhunbin)为塑性的围为塑性的围压，称为压，称为“脆脆-塑转化临塑转化临界围压界围压”。一、一、岩石的力学性质岩石的力学性质第三十二页，共55页。33（1 1）抗压强度）抗压强度 抗剪强度抗剪强度 抗弯强度抗弯强度 抗拉强度抗拉强度（2 2）随着围压的增加）随着围压的增加(zngji)(zngji)，岩石强度

34、增大。，岩石强度增大。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质3.3.岩石的强度岩石的强度(qingd)(qingd)特性特性典型岩石抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度花岗岩砂 岩石灰岩1110.090.10.120.150.030.060.20.060.10.020.040.020.050.040.1岩石抗压强度与其它强度的比值岩石抗压强度与其它强度的比值一、一、岩石的力学性质岩石的力学性质第三十三页，共55页。34 岩石可钻性是指岩石被钻碎的难易岩石可钻性是指岩石被钻碎的难易(nn y)(nn y)程度，表征岩石抵抗钻进程度，表征岩石抵抗钻进的能力。的能力

35、。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质二、二、岩石岩石(ynsh)可钻可钻性性1.1.概念概念岩石可钻性在钻井工程中的应用岩石可钻性在钻井工程中的应用（1）破岩工具设计）破岩工具设计（2）钻井破岩方法和钻头类型优选）钻井破岩方法和钻头类型优选（3）钻速度和周期预测）钻速度和周期预测（4）钻井生产定额编制）钻井生产定额编制第三十四页，共55页。35关于岩石可钻性的两种种观点：关于岩石可钻性的两种种观点：观点观点1 1：岩石可钻性是岩石的固有属性，是岩石的坚固性在：岩石可钻性是岩石的固有属性，是岩石的坚固性在 钻孔方面的表现。该观点认为，难破碎的岩石用钻孔方

36、面的表现。该观点认为，难破碎的岩石用各种各种 方法都难破碎，可以用一个统一的指标表征岩石方法都难破碎，可以用一个统一的指标表征岩石在各在各 种破碎条件下的抗破碎能力，不受钻井破岩方式种破碎条件下的抗破碎能力，不受钻井破岩方式(fngsh)(fngsh)和技和技 术条件等因素的限制。术条件等因素的限制。观点观点2 2：岩石可钻性不仅取决于岩石的物理力学性质，而且：岩石可钻性不仅取决于岩石的物理力学性质，而且还还 与钻井破岩方法、钻进技术条件等因素有关。钻与钻井破岩方法、钻进技术条件等因素有关。钻进破进破 岩方式岩方式(fngsh)(fngsh)不同，岩石破碎难以程度也就不同，岩石破碎难以程度也就

37、不同。不同。“确定可钻确定可钻 性的唯一方法是在岩石中实际钻进性的唯一方法是在岩石中实际钻进”。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质2.2.评价评价(pngji)(pngji)方法方法二、二、岩石可钻性岩石可钻性第三十五页，共55页。36p 力学性质法力学性质法p 利用岩石力学性质利用岩石力学性质(强度、硬度等强度、硬度等)评价岩石可钻性。评价岩石可钻性。p 比功法比功法p 用破碎单位体积岩石所消耗的能量评价岩石可钻性。用破碎单位体积岩石所消耗的能量评价岩石可钻性。p 微钻法微钻法p 用微型钻头在微钻实验台上模拟钻进测定岩石可钻性。用微型钻头在微钻实验台

38、上模拟钻进测定岩石可钻性。p 实钻法实钻法p 用现场一定用现场一定(ydng)技术条件下的实际钻进速度表示岩石可钻技术条件下的实际钻进速度表示岩石可钻性。性。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质2.2.评价方法评价方法二、二、岩石可钻性岩石可钻性第三十六页，共55页。37（1 1）岩石力学）岩石力学(l xu)(l xu)性性质法质法u实验实验(shyn)(shyn)装置：装置：50100t50100t材料材料实验实验(shyn)(shyn)机机u实验实验(shyn)(shyn)

39、岩样：岩样：u 加载速度加载速度(sd)(sd)：（MPa）岩石单轴抗压强度实验机岩石单轴抗压强度实验机1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质2.2.评价方法评价方法 抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度二、二、岩石可钻性岩石可钻性第三十七页，共55页。38普氏（普洛托奇雅可诺夫，普氏（普洛托奇雅可诺夫，19261926）坚固）坚固(jing)(jing)性系数：性系数：抗压抗压强度强度MPa20015020080 15050 8030 5015 308 156 85 5 635普氏普氏系数系数202015 208 155 83 51.5 30.8 1.50.6 0.80.5 0.6

40、0.3 0.5等级等级类别类别最坚最坚固固很坚很坚固固坚固坚固较坚较坚固固中等中等较软弱较软弱软弱软弱土质土质岩石岩石松散松散岩石岩石流砂流砂岩石岩石(ynsh)(ynsh)普普氏分级氏分级（1 1）岩石）岩石(ynsh)(ynsh)力学性质法力学性质法1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质2.2.评价方法评价方法 抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度二、二、岩石可钻性岩石可钻性第三十八页，共55页。39 l 试验试验(shyn)(shyn)岩样：岩样：505050mm505050mm；4060H30504060H3050l 压头：压头：15mm215mm2平底圆柱形工具钢或硬质合金

41、平底圆柱形工具钢或硬质合金 材料局部抵抗材料局部抵抗(dkng)(dkng)硬物压入其表面的能力。硬物压入其表面的能力。（1 1）岩石力学）岩石力学(l(l xu)xu)性质法性质法1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质2.2.评价方法评价方法 压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）二、二、岩石可钻性岩石可钻性第三十九页，共55页。40（1 1）岩石）岩石(ynsh)(ynsh)力力学性质法学性质法1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质2.2.评价评价(pngji)(pngji)方法方法 压入硬度（史

42、氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）二、二、岩石可钻性岩石可钻性第四十页，共55页。41类别类别软软中软中软中硬中硬硬硬坚硬坚硬极硬极硬级别级别1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 78 8 8 89 9 9 9101010101111111112121212硬度硬度MPa10070007000岩石岩石(ynsh)(ynsh)压入硬度分类压入硬度分类表表（1 1）岩石力学）岩石力学(l xu)(l xu)性质法性质法1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质2.2.评价方

43、法评价方法 压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）压入硬度（史氏硬度）二、二、岩石可钻性岩石可钻性第四十一页，共55页。42（2 2）微钻法（尹宏锦，石油）微钻法（尹宏锦，石油(shyu)(shyu)行业标准行业标准)2.2.评价评价(pngji)(pngji)方法方法1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质微钻头实验装置微钻头实验装置1 1。岩心；。岩心；2 2。微钻头；。微钻头；3 3。岩屑杯；。岩屑杯；4 4。涡轮涡杆。涡轮涡杆5 5。杠杆；。杠杆；6 6。砝码；。砝码；7 7。钻深表；。钻深表；8 8。调平丝杠。调平丝杠9 9。

44、岩心座；。岩心座；1010。压紧丝杠。压紧丝杠二、二、岩石可钻性岩石可钻性第四十二页，共55页。43p 试验试验(shyn)(shyn)条条件件钻压：钻压：890N转速：转速：55rpm钻头钻头(zun tu)直径：直径：钻孔深度：钻孔深度：p 可钻性指标可钻性指标(zhbio)(zhbio)：钻孔时间钻孔时间T T，秒；，秒；系统误差修正公式：系统误差修正公式：可钻性级值：可钻性级值：（2 2）微钻法（尹宏锦，石油行业标准）微钻法（尹宏锦，石油行业标准)2.2.评价方法评价方法1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质二、二、岩石可钻性岩石可钻性第四十三页，共55页。44级级 别别

45、钻时钻时s级值级值22334455667788991010名名 称称一级一级二级二级三级三级四级四级五级五级六级六级七级七级八级八级九级九级十级十级类别类别 极软极软 软软中软中软中中中硬中硬硬硬极硬极硬油矿地层油矿地层(dcng)(dcng)可钻性分级标准（石油行业标准）可钻性分级标准（石油行业标准）（2 2）微钻法（尹宏锦，石油）微钻法（尹宏锦，石油(shyu)(shyu)行业标准行业标准)2.2.评价评价(pngji)(pngji)方法方法1.3 1.3 岩石的工程力学性质岩石的工程力学性质二、二、岩石可钻性岩石可钻性第四十四页，共55页。45 大庆油田：胜利油田：中原油田(zhn yu

46、n yu tin)：河南油田：长庆油田：四川油田：1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质3.3.岩石岩石(ynsh)(ynsh)可钻性的预可钻性的预测方法测方法二、二、岩石可钻性岩石可钻性（1 1）区域经验公式法）区域经验公式法第四十五页，共55页。46 抗压强度抗压强度(kn y qin d)与测井资料的相与测井资料的相关关系关关系1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质二、二、岩石岩石(ynsh)可钻性可钻性（2 2）测井资料预测法）测井资料预测法4.4.岩石可钻性的预测方法岩石可钻性的预测方法第四十六页，共55页。

47、47 压入硬度压入硬度(yngd)与测井资料的相关关系与测井资料的相关关系1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质二、二、岩石岩石(ynsh)可钻性可钻性（2 2）测井资料预测法）测井资料预测法4.4.岩石可钻性的预测方法岩石可钻性的预测方法第四十七页，共55页。481.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质二、二、岩石岩石(ynsh)可钻性可钻性（2 2）测井资料）测井资料(zlio)(zlio)预测法预测法 可钻性级值与测井资料的相关关系可钻性级值与测井资料的相关关系4.4.岩石可钻性的预测方法岩石可钻性的预测方法第四十

48、八页，共55页。49岩石岩石(ynsh)(ynsh)磨损工具能力称为岩石磨损工具能力称为岩石(ynsh)(ynsh)的研磨性。的研磨性。岩石岩石(ynsh)研磨性在钻井工程中的应用：研磨性在钻井工程中的应用：预测钻头寿命预测钻头寿命 钻头设计钻头设计 钻头选型和钻进参数优选钻头选型和钻进参数优选 制定材料消耗定额和编制工程与预算制定材料消耗定额和编制工程与预算1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质三、三、岩石研磨性岩石研磨性1.1.概念概念第四十九页，共55页。50 （1）摩擦磨损）摩擦磨损 两个相互接触的物体，在外力作用下发生相对运动两个相互接触的物体，

49、在外力作用下发生相对运动(xin du yn dn)，在接触面上产生局部压碎、剪切、梨沟、热损伤、疲，在接触面上产生局部压碎、剪切、梨沟、热损伤、疲劳破坏等而造成的物质损失。劳破坏等而造成的物质损失。（2 2）冲蚀磨损）冲蚀磨损 含有硬质颗粒的液体束冲击工具含有硬质颗粒的液体束冲击工具(gngj)(gngj)表面所表面所造成的磨损。造成的磨损。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程的工程力学性质力学性质三、三、岩石研磨性岩石研磨性2.2.岩石对钻头的磨损作用岩石对钻头的磨损作用第五十页，共55页。51（1 1）矿物颗粒的硬度）矿物颗粒的硬度 组成岩石的矿物颗粒的硬度越大，岩石研

50、磨性越强。组成岩石的矿物颗粒的硬度越大，岩石研磨性越强。晶质岩石的研磨性与其晶质岩石的研磨性与其(yq)(yq)组成矿物的硬度成正比。组成矿物的硬度成正比。碎屑岩的研磨性与其碎屑岩的研磨性与其(yq)(yq)石英含量成正比。石英含量成正比。1.3 1.3 岩石岩石(ynsh)(ynsh)的工程力的工程力学性质学性质三、三、岩石岩石(ynsh)研磨研磨性性3.3.影响岩石研磨性的因素影响岩石研磨性的因素第五十一页，共55页。52（2 2）颗粒粗糙度）颗粒粗糙度岩石颗粒越细，研磨岩石颗粒越细，研磨(ynm)(ynm)性越弱；岩石颗粒越粗大，研磨性越弱；岩石颗粒越粗大，研磨(ynm)(ynm)性性越