《岩土钻掘工程学》第一章岩土的物理力学性质及其破碎机理培训PPT

岩土钻钻掘工工程学学课时时：：60学时教材材：：《岩土钻钻掘工工程学学》主讲人人：鄢泰宁宁（教教授））勘查与与基础础工程程系2007-9-10国家精精品课课程第一章章岩土的的物理理力学学性质质及其其破碎碎机理理一、岩岩石的的物理理力学学性质质概述述二、土土的物物理力力学性性质特特征三、岩岩石在在外载载作用用下的的的破破碎机机理四、岩岩石的的可钻钻性及及可钻钻性指指标及及坚固性系系数国家精精品课课程第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述○、岩石石的组组成与与分类类岩石是是矿物物的集集合体体。矿矿物是是具有有一定定成分分和物物理性性质的的无机物质质。根据其其成因因，岩岩石可可分为为三类类：1、岩浆浆岩：岩浆浆岩是是内力力地质质作用用的产产物，，由地地壳深深处的岩浆浆沿地地壳裂裂隙上上升冷冷凝而而成。。2、沉积积岩：沉积积岩是是在地地表条条件下下母岩岩(岩浆岩岩、变变质岩岩或早先先形成成的沉沉积岩岩)风化剥剥蚀的的产物物，经经搬运运、沉沉积和和硬结结等成岩岩作用用而形形成的的岩石石。。。3、变质质岩：变质质岩是是岩浆浆岩、、沉积积岩甚甚至是是变质质岩本本身在地壳壳中受受到高高温、、高压压及活活动性性流体体的影影响而而变质质形成成的岩石。。10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系一般而而言：：金属和和非金金属矿矿床一一般赋赋存于于岩浆浆岩和和变质质岩中中，煤煤和石石油等等可燃燃性矿矿产通通常与与沉积积岩共共存。。一、岩岩石按按粘结结状态态的分分类1.坚固岩岩石：：通常具具有高高硬度度，岩岩石破破碎后后其矿矿物质质点之之间的的分子子连接接力都都不会会恢复复。坚坚固岩岩石分分含石石英和和不含含石英英两类类，前前者硬硬度高高，难难以钻钻掘。。通常常在生生产中中会遇遇到无无裂纹纹和裂裂隙性性两种种坚固固岩石石。在在完整整的坚坚固岩岩石中中施工工时，，孔（（井））壁稳稳定不不必加加固，，而在在强裂裂隙性性岩石石中穿穿过的的孔（（井））壁必必须须加固固。第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述10/26/20中国地质大大学勘察与与基础工程程系2.粘结性岩石石粘结性岩石石由粘土矿矿物或主要要由粘土矿矿物粘结的的碎屑岩细细粒组成成，特征：：①湿润条条件下，被被破坏之前前可以有大大的残余变变形；②质点间间的内聚力力，随湿润润不同可在在很宽的范范围内变化化；③在粘结结状态被破破坏后，可可采取高压压和增湿的的办法使其其内聚力得得以恢复；；④某些些粘结性性岩石（（粘土岩岩、白垩垩）在湿湿润状态态下具有有膨胀性性，易造造成孔（（井）壁壁缩径或或坍塌。。第一节岩岩石的物物理力学学性质概概述10/26/中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系3.松散性岩岩石松散性岩岩石由相相互之间间无粘结结性的不不同形状状与尺寸寸的细粒粒（砂、、砾石、、卵石、、漂砾等等）聚集集而成成。在这这类岩石石中钻掘掘的同时时必须加加固孔（（井）壁壁，以防防止坍塌塌。4.流动性岩岩石流动性岩岩石（流流砂层））由含水水的砂质质粘土类类岩石（（细砂、、亚砂土土）组成成。当砂砂粒之间间存在着着极细小小的粘土土颗粒时时，这类类岩石具具有较强强的流动动性。如如果位于于上覆岩岩层形成成的高水水头压力力之下下，则流流砂会沿沿着钻孔孔上涌。。因此在在这类岩岩石中施施工必须须一边钻钻掘一边边加固孔孔（井））壁。第一节岩石的物物理力学学性质概概述10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系二、岩石的孔孔隙比与与孔隙度度1、岩石的的孔隙比比kP：岩石中的的孔隙体体积VP与岩石中中固相骨骨架的体体积Vc之比kP=VP/Vc2、岩石的的孔隙隙度P：岩石中中的孔孔隙体体积VP与岩石石总体体积V的岩石的孔隙性削弱了岩石的强度。一般沉积岩具有高的孔隙度，随着埋深的增大，岩石的孔隙度降低。

第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系第二节节岩石的的物理理力学学性质质三、岩岩石的1、岩石的密度ρs：岩样的质量m与其总体积V之比。均质物质的密度为质量与体积之比。

2、岩石的容重γs：是岩样重量G与其总体积V之比

10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系四、岩岩石的的结构构和构构造岩石结结构说说明岩岩石的的微观观组织织特征征。与与矿物物颗粒粒的大大小、、形状状和表表面特特征有有关，，反映映岩石石的非非均质质性和和孔隙隙性。。岩浆岩岩主要要具有有块状状结构构，其其构造造特征征对钻钻掘破破碎岩岩石没没有显显著影影响。。沉积岩岩的成成因广广泛，砾状结构（碎屑直径＞2mm）、粗粒结构（碎屑直径1~2mm）、中砂结构（碎屑直径0.1~1mm）、粉砂结构（碎屑直径0.01~0.1mm）。。第一10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系碎屑岩岩的胶胶结形形式也也对岩岩石的的力学学性质质有着着显著著影响响。沉沉积岩岩通常常具有有层状状构造变质岩是在高温高压下生成的，一般具有晶体结构、片理状构造。所谓片理就是岩石沿平行

平面分裂为薄片的能力。片理也会引起岩石的各向异性。

用各向异性系数来表征岩石在不同的方向上力学性质的差异：

Ka=x‖/x⊥第一节节岩石的的物理理力学学性质质概述述10/26/2022中国地地质大岩石的的物理理性质质是由由岩岩石的力学性质是在外载作用下才表现出来岩石抵抗变形和破坏的能力。如强度、硬度、弹性、脆性、塑性和研磨性等。

第一节节岩石的的物理理力学学性质质概述述10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系五、岩岩石的的强度度1、岩石石的强强度的的基本本概念念岩石在在载荷荷作用用下抵抵抗破破坏的的能力力。破坏前前所能能承受受的最最大载荷称称为极极限载载荷，，单位位面积积上的的极限限载荷荷称为为极限限强度度2、岩石石的强强度的的类型型（1）根据据受力力条件件，岩石的的极限限强度度可分分为抗抗压强强度、、抗拉拉强度、、抗剪剪强度度等；；（2）根据据应力力状态态，岩石强强度可可分为为单向向、两向、、三向应应力状态态下的的强度度；（3）根据据加载载速度度，有静载载强度度和动动载强强度。。第一节节岩石的的物理理力学学性质质概述述10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘察察与与基基础础工工程程系系影响响岩岩石石强强度度的的因因素素（1）一一般般情情况况下下，，造造岩岩矿矿物物强强度度越越高高，，岩岩石石的的强强度度也也越越高高。。沉积积岩岩的的强强度度取取决决于于胶胶结结物物所所占占的的比比例例及及其其矿矿物物成成分分。。细细粒粒岩石石的的强强度度大大于于同同一一矿矿物物组组成成的的粗粗粒粒岩岩石石。。（2）岩岩石石的的孔孔隙隙度度增增加加，，密密度度降降低低，，强强度度则则降降低低。。因因此此，，一般般岩岩石石的的强强度度随随埋埋深深的的增增大大而而增增大大。。（3）岩岩石石的的强强度度具具有有明明显显的的各各向向异异性性。。垂垂直直于于层层理理方方向向的的抗压压强强度度最最大大，，平平行行于于层层理理的的抗抗压压强强度度最最小小，，在在与与层层理理斜斜交交方向向上上的的抗抗压压强强度度介介于于两两者者之之间间。。第一一节节岩岩石石的的物物理理力力学学性性质质概概述述10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系（4）岩石的的受载方方式导致致岩石的的强度值值差异很很大。岩岩石的抗压强度度最大，，抗剪强强度约为为抗压强强度的10%。因此，钻钻掘过程中，破破岩工具具应主要要以剪切切的方式式来破碎碎岩石。。（5）多向应应力状态态下的岩岩石强度度比简单单应力状状态下的的强度高高出许多多倍。（6）加载速速度的影影响：①加载速度度增加，，岩石的的强度提提高；②加载速度度对塑性性岩石强强度的影影响大，，对脆性性岩石强强度的影影响小。。第一节岩岩石的物物理力学学性质概概述10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系六、岩石石的硬度度1、岩石的的硬度的的基本概概念：岩岩石的硬硬度反映映岩石抵抵抗外部部更硬物体体压入（（侵入））其表面面的能力力。2、硬度与与抗压强强度的区区别与联联系（1）岩石的的硬度与与抗压强强度一般般存在正正比例关关系；（2）抗压强强度是固固体抵抗抗整体破破坏时的的阻力，，而硬度度则是固体表面面对另一一物体局局部压入入或侵入入时的阻阻力。（3）硬度指指标更接接近于钻钻掘过程程的实际际情况。。第一节岩岩石的物物理力学学性质概概述10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系3、影响岩岩石硬硬度的的因素素（1）岩石石中坚坚硬矿矿物愈愈多、、胶结结物的的硬度度越大大、岩岩石的的颗粒粒越细、、结构构越致致密，，岩石石的硬硬度越越大。。而孔孔隙度度高、、密度度低、裂隙发发育的的岩石石硬度度将会会降低低。（2）岩石石的硬硬度具具有明明显的的各向向异性性。层层理对对岩石石硬度度的影影响与与对岩岩石强强度的的影响响相反反。垂垂直于于层理理方向向，硬度值值最小小；平行于于层理理方向向，硬度最最大；两者之之间可可相差差1.05～1.8倍。第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系（3）在各各向均均匀压压缩的的条件件下，，岩石石的硬硬度增增加。。在常常压下下硬度越越低的的岩石石，随随着围围压增增大，，其硬硬度值值增长长越快快。（4）一般般而言言，随随着加加载速速度增增加，，将导导致岩岩石的的塑性性系数降低低，硬硬度增增加。。但当当冲击击速度度小于于10m/s时，硬硬度变变化不不大。。加载速速度对对低强强度、、高塑第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述10/26/2022中国国4、岩石石硬硬度度的的测测定定（1）静静压压入入法法：以1~5mm2的压压头压压入入岩岩样样表表面面，，岩岩石石破破碎碎时时的的载载荷Pmax除以以接接触触面面积积S，则为为岩石石的的硬度度值值Hy（通常常称称为为压压入入硬硬度度））。。(Pa)（2）冲击击回回弹弹法法：利用用重重物物落落在在岩岩石表表面面后后回回弹弹高高度度或或回回弹弹角角度度或或回回弹弹次数数来来确确定定岩岩石石的的硬硬度度。。第一一节节岩岩石石的的物物理理力力学学性性质质概概述述10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘察察与与基基础础工工程程系系七、、岩岩石石的的变变形形特特征征及及其其分分类类按岩岩石石在在压压头头压压入入时时的的变变形形曲曲线线和和破破碎碎特特性性可可分分成成三三类类：：弹-脆性性岩岩石石（（花花岗岗岩岩、、石石英英岩岩、、碧碧石石铁铁质质岩岩））在压压头头压压入入时时仅仅产产生生弹弹性性变变形形，，至至A点最最大大载载荷荷为为Pmax处便便突突然然脆脆性性破破碎碎，，压压头头瞬瞬时时压压入入，，破破碎碎穴穴的的深深度度为为h。这时时破破碎碎穴穴面面积积明明显显大大于于2.弹-塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时首先产生弹性变形，然后塑性变形。至B点载荷达Pmax时突然发生脆性破碎。这时破碎穴面积也大于压头的端面面积，而h/δ>2.5～5，即小于第一类岩石。

第一一节节岩石石的的物物理理力力学学性性质质概概述述10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系3.高塑性和高孔孔隙性岩石（（粘土、孔孔隙石灰岩、、盐岩）区别于前二类类，当压头压压入时，在压压头周围几乎乎不形成圆锥锥形破碎穴，，不会在压入入作用下产生生脆性破碎h/δ=1。计算这类岩石石的硬度时只只能用P0代替公式中的的Pmax。第一节岩石的物理力力学性质概述述10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系八、岩石的弹性性和塑性（1）衡量岩石弹弹性的指标主主要是弹性模模数E和泊松比μ。弹性模数：弹性范围内应应力与应变的的比值，(Pa)或(MPa)。泊松比：弹性变形阶段段横向应变与与纵向应变的的比值，无量量纲值。（2）在钻探过程程中衡量岩石石塑性程度的的塑性系数K：塑性系数：岩石破碎前所所消耗的总能能量与弹性变变形的能量之之比。第一节岩石的物理力力学性质概述述10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系岩石按塑性系系数的分级第一节岩石的物理力力学性质概述述岩石类别弹-脆性弹-塑性高塑性低塑性→高塑性级别123456塑性系数1>1~22~33~44~5>6~∞一般岩浆岩和和变质岩的弹弹性模量大于于沉积岩，而而塑性系数则则相反。10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系影响岩岩石（1）岩浆岩和变质岩：造岩矿物的弹性模量↑，岩石的弹性模量↑。

沉积岩：弹性取决于岩石的碎屑和胶结物及胶结状况。弹性模量次序：硅质胶结最大，钙质胶结次之，泥质胶结最小。（2）造岩矿物的颗粒越细，岩石越致密，岩石的弹性模量越大。岩石的弹性模量也具有各向异性。岩石的弹性模量‖>⊥第一节节岩石石的物物理力力学性性质概10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系（3）单向向压缩缩时表表现为为弹-脆性，，各向向压缩缩时表表现出出不同同程度度的塑塑性，，意味味着在在各向向压缩缩下需需要更更大的的载荷荷才能能破坏坏岩石石的连（4）温度升高岩石的弹性模量变小，塑性系数增大，岩石表现为从脆性向塑性转化。在超深钻和地热孔施工中应注意这一影响。第一节节岩石石的物物理力力学性性质概概述10/26/2022中国地地质大大学勘勘察与与基础础工程程系九、、岩石石的研研磨性性1、岩石石研磨磨性：岩石磨磨损工工具的的能力力。2、岩石石磨损损形式式（1）摩擦擦磨损损：孔孔底岩岩石与与切削削工具具相对对滑动动而产产生的的磨损损。与所钻岩石石的研磨性性、切削工工具的耐磨磨性、钻进进规程参数数有关；（2）磨粒磨损损：孔底破破碎岩屑对对切削工具具的磨损。。与岩屑的的硬度和研磨性性、岩屑的的数量（钻钻进速度））、钻孔冲冲洗的程度度等有关。。在金刚石钻钻进中这种种磨损形式式起着重要要的作用，，因为岩粉粉能磨蚀金刚石钻头头的胎体，，帮助孕镶镶金刚石出出刃。第一节岩石石的物理力力学性质概概述10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系1、影响岩岩石研磨磨性的因因素（1）岩石颗颗粒的硬硬度越大，研研磨性也也越强，，石英岩岩具有强强研磨性性（2）岩石胶胶结物的粘结强强度越低低，岩石石的研磨磨性越强强。（3）岩石颗颗粒形状状越尖锐、颗粒尺寸寸越大，，岩石的的研磨性性越强。。（4）岩石表表面粗糙糙，局部接接触易产产生应力力集中，，研磨性增增强（5）硬度相同同时，单矿物岩岩石的研研磨性较较低，非非均质和和多矿物物的岩石（如如花岗岩岩）研磨磨性较强强。岩石中较较软的矿矿物（云云母，长长石）首首先被破破碎下来来，使岩岩石表面面变粗糙糙，同时时石英颗颗粒出露露，从而而增强了了研磨能能力。（6）介质的影响，湿润和和含水的的岩石硬硬度和研研磨性都都会降低低。第一节岩岩石的物物理力学学性质概概述10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系常用测定定岩石研研磨性的的方法目前国际际上还没没有统一一测定岩岩石研磨磨性的方方法。通通常用用模拟拟某种钻钻进过程程的方法法，不同同方法的的结果难难以相互互比较。。钻磨法:金属棒在在载荷、、转速下下与岩石石摩擦后后的失重重磨削法：：硬合金金刀具在在压力下下与岩石石试件摩摩擦，以以一定时时间内刀刀具的失失重微钻头钻钻进法：：微型钻钻头在一一定规程程下钻磨磨岩样，，一定时第一节岩岩石的物物理力学学性质概概述10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系第一节岩石的的物理力学性性质概述标准圆盘磨损损法：用圆盘盘金属试样在在压力下对岩岩石作滑动摩摩擦，以金属圆盘的的磨损量表示示岩石的研磨磨性指标。按按此方法可把把岩石的研磨磨性分成12个级别，而我国有关部部门习惯于把把岩石的研磨磨性分成弱、、中、强三个个等级。10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系自学内容安排排第二节土的物理-力学性质特征征（自学P13~P15）一、土的基本本组成二、土的物理性质特征（土的含水量、土的密实度、土的塑性指数和液性指数、土的渗透系数）三、土的力学性质特征（土的压缩性、土的抗剪性、土的极限平衡条件）四、土的工程分类10/26/2022中国地质大大学勘察与与基础工程程系第三节岩石在外载载下的破碎碎机理0、碎岩工具具与岩石作作用的主要要方式根据刃具与与岩石作用用的方式和和碎岩机理理，可把碎碎岩刃具分分：切削一剪切切型、冲击击型、冲击击一剪切型型三类。1、切削一剪剪切型钻头碎岩刃刃具以速度度vθ向前移动而切削(剪切)岩石。工作作参数是：：移动速度vθ、轴向力Pz和切向力Pθ以及介质性性质。10/26/2022中国地质大大学勘察与与基础工程程系2、冲击型冲击型刃具具给孔底岩岩石以直接接的冲击动动载，碎岩岩的过程可可用工具动能能Tk和岩石变形形位能U的方程式来来表达（T＝U）：式中：m——钻头和冲击击钻杆的质质量；vθ——钻头同岩石石碰撞时的的速度；δmax——钻头侵入岩岩石的最大大深度；Pz（δ）——岩石抵抗钻钻头侵入的的阻力。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理中国地质大大学勘察与与基础工程程系3、钻头刃具不不仅以Pz和Pθ作用于岩石石，而且还还有使钻头头向前回转转的移动速速度vθ和冲锤对齿齿刃的冲击击速度vz或牙轮滚动动时齿刃向向下冲击的的速度vω。合成速度是是：或式中：；A0——冲锤单次冲冲击功；Q——冲锤重量；；r——齿顶到牙轮轮瞬时旋转转中心的距距离。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系一、外载作用下的的岩石应力状状态切削具对岩石石的压入破碎碎在孔底过程程中起着重要要作用。岩石在切削具切入入、破碎之前前，先产生弹弹性应力状态态。钻头上的切削具与孔底岩岩石的作用可可以看成是圆柱体、球形形体、长方平平底形压模与弹性性半无限体所所限制的平面面的相互作用用。讨论不同形状切削具在外外载作用下的的岩石应力状状态。（一）平底圆圆柱形压头压压入时应力状状态（二）球形压压头压入时岩岩石的应力状状态（三）轴向力和切向向力共同作用用时压头下方方岩石的应力力状态第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系1、平底圆柱形压压头压入时应应力状态刚性平底压头头以作用力P沿z轴压入弹性半半无限体，其其接触面上的压力分布布在初期是不不均匀的（图图1-6），边缘处的的应力集中使岩石产生局局部破碎或塑塑性变形，而第三节岩石在外载下下的破碎机理理中国国地地质质大大学学勘勘察察与与基基础础工工程程系系在压压力力均均匀匀分分布布的的前前提提下下，，根根据据弹弹性性力力学学布布希希涅涅司司克克问问题题和和应力力叠叠加加原原理理，，求求出出岩岩体体内内沿沿对对称称轴轴上上各各应应力力分分量量为为：：第三三节节岩石石在在外外载载下下的的破破碎碎机机理理10/26/2022中国国地地质质大大学学各应应力力分分量量随z轴的的变变化化情情况况（（如如图图））。。随随z的增增加加，，σz减小小的的慢慢，，σr=σy减小小的的快快；；剪剪应应力力τ随z的变变化化开开始始由由小小到到大大，，到到一一个个临临界界深深度度z0处τ达最最大大值值。。在载载

第三三节节岩石石在在外外载载下下的的破破碎碎机机理理10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系若将τ对z求导，并并使其等等于零，，则：设μ=0.25，则z0=0.62a，τmax=0.345p。这表明在在z轴上，最最大剪应应力所在在的深度度约等于于压头半半径的2／3。而最大大剪应力力约为第三节岩石在外外载下的的破碎机机理10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系第三节岩石在外外载下的的破碎机机理压头下相相对剪应应力的等等值线分分布图10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系2、球形压压头压入入时岩石石的应力力状态球体压人人时，接接触球面面（半径的压力分布是不均匀的。其数值是随着压力点离开压力面中心的距离r的增加而不断减小的一个函数(如图)，即：在压力中心处：在压力边缘处：

第三节岩石在外外载下的的破碎机机理10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系同样根据据弹性力力学布希希涅司克克问题集集中应力力作用原原理，岩岩体内沿沿对称轴轴上的各各应力分分量为：：第三节岩石在外外载下的的破碎机机理10/26/2022中国地质质大学勘勘察与基基础工程程系各应力分分量随z轴的变化化：剪应力τ随z的变化开开始由小小到大，在临界深度度z0处τ达最大值值。在压力面面中心处处（z=0）有：；如果设μ=0.25，根据计算算，z0=0.5a，τmax=0.40p，同样存在在两个极极值点，，但都在z轴上。第三节岩石在外外载下的的破碎机机理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系3、轴向力和切切向力共同作作用时岩石的的应力状态回转钻进中，，碎岩工具一一般以轴向、、切向载荷同同时作用于岩岩石。此时，岩岩石的应力分分布与只有轴轴向载荷时不不同。只有轴向力作作用时，等应应力线分布是是均匀对称的的。轴向力和和切向力共同作作用时，等应应力线分布则则是非均匀的的、不对称的的。第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系在接触面上，，切向力作用用的前方将产产生压应力，，而切向力作作用的后方则产产生拉应力；；在半无限体体内形成正应力区区（Ⅰ）、拉应力区区（Ⅱ）和过渡区（Ⅲ）。压缩区Ⅰ随轴向力增加加而扩大，随随切向力的增加而而缩小；拉伸伸区Ⅱ则与上述情况相反。第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系二、工具压入入时的岩石破破碎机理1.平底压模压入入时第一极值带环环形裂纹，开开始ac伸展比ao快；∵远离自由面面，ac伸展迅速减慢慢；第二极值带朝朝边缘发展，，形成镰刀极极限区；极限区的体积积和压力↑，，排开周围的的力↑；c点迅速到达自自由面并与从从o点来的裂隙相相遇；产生aob主压力体和mon剪切体体；∵抗剪强度小，，周围岩石突然然崩离，压模模下落；aob体被压头压碎碎第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系2.球状切削具压压入时开始时，切削具与岩石石接触的是一一个点；外载↑，切削削具和岩石产产生弹性变形形，接触面面↑；接触面中心的的正应力最大大，首先出现现裂隙；随外载增加，，接触面增大大，产生与原原有裂隙平平行的新裂隙隙系；外载继↑，弹弹变总值↓，应力↑，裂隙深度↑；以后的破碎过过程与平底压压模时类似。。图1-12说明压入岩石石时的跳跃过过程第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系三、在动载下下岩石的破碎碎过程与静压入时没没有本质性区区别。当冲击击能量不大时时，边缘出现现裂纹带;冲击能↑，边边缘之外便出出现环形崩离离体——脆性破碎第一一形态。随着冲击能的的↑，崩离体体的体积稍有有↑。冲击能能量达一定值值后，压头底底下的岩石发发生与静压入入时相似的脆脆性破碎——脆性破碎第二二形态。继续↑冲击能能，余裕的能能量使压头的的侵深有所增增加，并使接接触面周围有有岩石崩离体体出现。冲击能达到相相当大的数值值时，则出现现——第三破碎形态态。整个岩石破碎碎过程同样具具有跳跃性。。第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大大学勘察与与基础工程程系四、影响碎岩效效果的因素素1.载荷大小的的影响实践表明，，钻进速度度vm与比压P的关系曲线线可分成三三个区段：：表面破碎切削具与岩岩石的接触触压力远小小于岩石硬硬度，切削削具不能压压入岩石。。岩石破碎碎是由接触触摩擦功引引起的，钻钻进速度低低。这种变变形破碎方方式称为岩岩石的表面面破碎区。。疲劳破碎轴向载荷↑但<岩石硬度，，使岩石晶间间联系破坏坏，多次加加载疲劳裂隙发展展众多裂隙隙交错，产产生粗岩粒分离，，称为疲劳劳破碎区。。第三节岩石在外载载下的破碎碎机理10/26/2022中国国地地质质大大学学勘勘察察与与基基础础工工程程系系3)体积积破破碎碎切削削具具上上的的载载荷荷继继续续↑，接接触触压压力力≥≥岩岩石石硬硬度度，，切切削削具具有有效效地地切切入入岩岩石石，，切切下下岩岩屑屑，，称称为为体体积积破破碎碎，，会会分分离离出出大大块块岩岩石石，，破破碎碎效效果果好好。。2.破碎碎工工具具形形状状的的影影响响3.破碎碎工工具具加加载载速速度度的的影影响响4.液柱柱压压力力的的影影响响第三节岩石在外载下下的破碎机理理10/26/2022中国地质大学学勘察与基础础工程系第四节岩石的可钻性性指标一、岩石可钻钻性的概念1、岩石可钻性性的概念岩石可钻性是是表示钻进过过程中岩石破破碎的难易程程度。在钻探生