岩石的分类及性质清楚明了

石油工程岩石力学PetroleumEngineeringRockMechanics

教师：李相臣电子邮箱：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主要内容第一节岩石的分类第二节岩石的物理性质第三节岩石的非均质性和各向异性第一节岩石的分类地球的岩石圈：地球表面的固体部分。由地壳和上地幔顶部岩石组成的地球外壳固体圈层。地球圈层分为地球外圈和地层内圈。地球外圈包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈。岩石的组构特征1.岩石的物质组成粘土矿物硅酸盐类矿物碳酸盐类矿物氧化物类矿物组成岩石的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。颗粒形状强度：粒状、柱状＞片状＞鳞状颗粒大小强度：细粒＞粗粒排列形式强度：等粒＞不等粒岩石的组构特征微结构面：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岩石的微结构面岩石的组构特征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XYX方向井径降低Y方向井径增加剪切错动方向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剪切位移造成井眼缩径的实例（现场实测结果）2002年，BP美国公司在墨西哥湾遇到钻井中井壁稳定问题。井眼与地层层理面夹角不同（井斜角不同），井壁垮塌程度、垮塌岩石大小、形状不同。Dusseault研究破碎性地层井壁稳定性时发现井壁是否稳定与井眼尺寸有关，井眼尺寸越大井壁越不稳定。在研究层理发育的各向异性地层井壁稳定性时发现井壁稳定性与井眼轴线和地层层理面的夹角有关，认为应尽可能以垂直与层理面的方式进入地层，才能保持井壁稳定性。裂缝发育的破碎性地层层理发育的各向异性地层各向异性地层加拿大科学家的研究结果基底型：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。溶蚀型：胶结物不仅充填在矿物颗粒之间，而且进入到矿物颗粒本身中，胶结强度很高。岩石的主要胶结类型：岩石的组构特征基底型接触型间隙型溶蚀型3岩石的构造岩石的构造：岩石的构造是指岩石组成成分在空间上相互排列及所占的位置。岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造沉积岩的构造：层理构造变质岩的构造：片理构造岩石的组构特征流纹岩气孔状构造杏仁状戏构造沉积捞岩中抢的层匪理构泛造白云阶钾长泊片麻然岩岩石涌的地代质类富型划杆分1.岩浆岩傲：是由芝岩浆凝浊结形成辨的岩石彼。2.变质岩翅：矿物粪成分、桐结构发脂生变化更形成的浆岩石。3.沉积岩拾：搬运汇、沉积蔬、成岩校作用而卷形成的异岩石。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沉积颂岩的油分类碎屑辩沉积旧岩：绍砾岩沫、砂纱岩、苹粉砂育岩、共泥页萄岩化学恒沉积素岩：乞石灰花岩、亲白云箩岩、烛燧石矩、蒸垒发岩生物沉织积岩：吵煤、石变灰岩岩心照犁片砾岩岩心县照片致密塑细砂福岩岩心照们片泥岩岩心尾照片硬脆性惧泥页岩盐膏岩岩心佩照片4岩石挣的工柄程分鲜类以工孤程实恰用为叔目的追的岩得石类倡型划捎分叫岩石秤的工概程分称类(岩体的畜工程分那类)。主要歌目的是绣指导工衰程技术仔人员合桐理选择篮工程布鹅局及技暮术处理绵方法。完整岩番块的工窄程分类编号类别单轴饱和抗压强度(MPa)代表性岩石I硬质岩>80中细粒花岗岩，花岗片麻岩，闪长岩，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III软质岩<30泥质岩，泥质灰岩，部分凝灰岩，绿泥石片岩，千枚岩《岩土誓工程制勘察百规范》分类坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度，MPa>6030-6015-305-15<5岩体的哗工程分号类岩石：是锅固态堂矿物避或矿转物的距混合滥物，祖由一弦种或冒多种疗矿物累组成晃，具兄有一钉定结朵构、辩构造绵的集漫合体络。岩体：含有结构面的原结生地脊质体做，是捐由处垂于一藏定地撤质环撇境中园的各胸种岩班性和符结构谎特征英岩石国所组陶成的饶集合辰体。特点：象显著的满不连续五性。岩石抢质量致指标RQD岩石弱质量两指标RQ翅D浆(R棚oc垒k懒Qu烦al萝it飘y存De下si挑gn析at布io戚n)交:长度大于10c钥m的岩僚心长法度之栋和与副钻孔倚总进钢尺的捎百分权比。(迪尔仇，196夺4.)RQ线D求取的索经验方歌法1)钳R江QD与裂隙毛频率Kd之间存碑在以下醋关系：2)介R园QD与单位罪体积岩朽石中的看节理总查数Jv之间敲存在漆以下零关系堵：当Jv<聚4.5时，RQ塑D取10垃0。根据RQD的岩代体质粉量分蛋级RQD<2525-5050-7575-90>90岩石质量描述很差差一般好很好等级IIIIIIIVV岩石的钳物理性剧质：物理泛性质针：物易质不继需要匠经过滨化学驱变化借就表洁现出钢来的斑性质肾叫做胡物理稼性质态。颜色、后气味、前形态、牢熔点、廊硬度、用导电性设等岩石画的物游理性卖质：时指岩朴石的韵力学勺、热呼学、剂电学辫、声室学、勒放射丑学等准特性勾参数旗和物睡理量怪。第二节销岩石炒的物理括性质岩石讨的物市理性灭质岩石球和土伐一样烫，也孩是由鞠固体修、液斩体和前气体性组成申的多序相体借系。物理性蔑质是指检岩石由女于三相牺组成的吸相对比耐例关系猎不同所弹表现的都物理状宴态。1.岩石苏的密猛度2.岩石仔的孔色隙性3.岩石的剃水理性(一)岩石饰的密延度1.岩石的颗粒密屠度岩石固闯体部分俩的质量抽与其体纹积的比橡值。它识不包含载孔隙在链内，因忍此其大冒小仅取蓬决于组苍成岩石液的矿物宋密度及答其含量透。颗粒密冠度固体部声分质量固体倾部分拌体积(一)岩石的叠密度2.岩石的块体尼密度是指歪岩石友单位洒体积路内的首质量侄，按翼岩石婚的含励水状逃态，古又有狡干密而度（ρd）、尿饱和盯密度扬（ρsa减t）和母天然稼密度叼（ρ）之分膏，在未后指明含净水状态贷时一般蜂指岩石纤的天然卖密度。d=d脑ry县sa辜t=s糠atu硬rat捉ed常见怎岩石蒸的密氧度岩石名称密度(g／cm3)岩石名称密度(g／cm3)花岗岩2.52～2.81石灰岩2.37～2.75闪长岩2.67～2.96白云岩2.75～2.80辉长岩2.85～3.12片麻岩2.59～3.06辉绿岩2.80～3.11片岩2.70～2.90砂岩2.17～2.70大理岩2.75左右页岩2.06～2.66板岩2.72～2.84(二)岩石树的孔菠隙特险性孔隙介度：岩石中般孔隙体铅积与岩仓石总体均积之比(多用悄百分戒数表蹲示)。裂隙织率：岩石中掠各种节粗理、裂换隙的体率积与岩宴石总体奥积之比斩称裂隙食率。孔隙挂度与文裂隙挎率含荷义相袖同，担孔隙穿度多维用于我相对娱松散掠土、片石，务裂隙驰率多君用于枯结晶聚连接拖的坚兵硬岩屿石。一般列岩石户的孔辨隙度鱼在10%辅-35刻%之间。孔隙条比：岩石环中孔楼隙的嗓体积赞与固腰体颗宾粒体控积之醉比称歌岩石究的孔元隙比(多以小泥数表示)。(二)岩石的狗孔隙特钻性孔隙比碍和孔隙构度可以故互相这换算旨：密度是吵实验指妇标，只痛有通过居实验才妥能得到诞具体数做值，而摘孔隙度犹和孔隙通比是计异算指标战。孔隙比孔隙度岩石的剖饱和密脉度为2.6扁5g/水cm3，干该密度脾为2.俭49省g/嫂cm3，计短算岩闸石的荣孔隙翼比和私颗粒等密度仁。例题：岩石在水溶液作用她下表财现出畜来的家性质辅，称殊为水理歇性质。主要诵包括：(三)岩石的载水理性幸质吸水萄性软化性抗冻帝性膨胀搞性崩解性1.岩石的猫吸水性岩石洪在一仍定的垂实验始条件足下吸收水劫分的能气力，称为岩石先的吸宿水性。吸水勿率(Wa)：岩石试营件在大描气压力岸和室温述条件下挠自由吸慈入水的践质量(mw1)与岩璃样干芒质量(ms)之比，农用百分慎数表示效。1.岩石届的吸料水性岩石的为饱和吸宴水率(Wp伪)：是指洒岩石袄试件孙在高相压(一般蠢压力脂为15M副Pa)或真空阀条件下矛吸入水驼的质量(mw2)与岩慢样干盯质量(ms)之比，舌用百分裤数表示询。岩石守的吸彼水率(Wa)与饱撑和吸腰水率(Wp)之比划，称追为饱水循系数。它密反映毁了岩闪石中熟大、邪小开息空隙镇的相绍对比川例关胀系。2.岩石的扬软化性岩石致浸水恼饱和捧后强度降积低的性质座，称为软化挥性软化系谱数(KR)为岩石升试件的带饱和抗尼压强度(σcw)与干抗乎压强度(σc)的比鲜值岩石中责含有较雅多的亲水性和可溶性矿物洗，大笛开空隙较多，诸岩石的波软化性爷较强，蒙软化系撞数较小腐。KR＞0.潜75，岩颠石的暂软化论性弱朗，工竹程地培质性葡质较类好KR＜0.7丛5，岩胆石软煌化性鬼较强登，工妇程地制质性铺质较确差常见岩元石的软湖化系数弹性模相量随含具水量的泊变化情沟况泊松比阻随含水轨量的变喷化情况粘聚扣力随酱含水是量的苹变化汽情况内摩擦戒角随含炊水量的伟变化情堆况3.岩石撞的抗匹冻性岩石净抵抗德冻融坏破坏农的能脉力，肯称为抗冻性。抗冻建系数(Rd)：岩石缘瑞试件经铜反复冻嫩融后的愤干抗压彼强度(σc2)与冻融嘱前干抗晕压强度(σc1)之比，辛用百分阻数表示领。质量披损失砖率(Km)：冻头融试若验前倍后干英质量徒之差(ms1－ms2)与试验碗前干质伴量(ms1)之比盒，以堪百分缎数表虾示。Rd＞75％，Km＜2％，抗冻性河高吸水率Wa＜5％、软更化系数KR＞0.股75，饱上水系罢数小戚于0.巷8的岩石间，抗冻复性高。3.岩石洗的抗桌冻性4.岩石萍的膨邮胀性膨胀性：岩石德吸水虹后体隶积增帮大引摄起岩仔石结茂构破黎坏的鹅性能坛称膨泊胀性坐。一般规含有恢粘土队矿物艘的岩苍石均辨具有—定的拘膨胀急性，惜特别汗是含俘有蒙脱呀石类笨矿物的岩触石膨乱胀性俊最大饮。在铁路列建设中圾，膨胀吃岩地段重路堑边将坡坍滑脑将造成放严重危啄害。钻井埋工程骂中，乏钻遇饱膨胀巨性岩陷石容枣易导眯致井省眼缩好径、渴井壁劲坍塌贯等问征题。5.岩石的务崩解性崩解性：岩石钥被水权浸泡激，内迷部结盒构遭奏到完哄全破惨坏呈岗碎块方状崩罚开散间落的监性能晌。具戏有强者烈崩痕解性山的岩渴石和积土，瞎短时宗间内陡即发浆生崩念解。我国倍西北岭地区锈的黄致土，窜在水阶中浸窝泡一辆天左指右即糟崩解浑，西裁南某脉地风态化钙国泥质砍粉砂朋岩置饥于水只中仅溪十多肠分钟句就全蛙部崩彼解了序。(四)岩石的及热理性摊质岩石的谋热理性是指岩迟石温度蚊发生变景化时所喂表现出普来的物尾理性质烂。（热胀轨冷缩）温度升泻高体积护膨胀强度呆降低变形特爷性改变体胀否系数宴与线骡胀系保数体胀系拣数：温堤度上升1℃所引扶起的瞧体积慨增量卷与初沃始体侮积的抄比值下。线胀系屯数：温红度上升1℃所引起周的长度得增量与武初始长割度的比路值。岩石色的导秃热率岩石罚的导延热率是度申量岩忽石的悟热传球导能蜻力的昨参数兔，是脸指当稼温度圣上升1℃时，热歪量在单晕位时间跑内传递序单位距壮离的损誉耗值。岩石济导热复率的斧影响升因素巴：矿物组灶成、结更构构造扎以及赋守存环境。第三时节母岩限石的朝各向跑异性陶和渗方透性岩石的被不连续深性岩石的刊不均匀做性岩石脖的各覆向异纽奉性岩石的添渗透性1.岩石葵的不尼连续话性岩石烈中普泼遍存巩在的结构装面，无蚊论是物质辰分异威面还是物质不庄连续面，都会刮使结构劈燕面两侧袖附近的越岩石物冬理力学抓性质呈现不霉连续变慕化。对于看裂隙距性岩右石，亏通常众采用摄裂缝乓率作喇为定迁量评饮价岩涝石被埋裂隙俗切割锻后破器碎程钻度的桨指标担。岩石中蜜的裂隙单向踏裂隙悄(或衫裂隙羊频率涝)单向裂脂隙指一菊组结于构面芳的法迹线方摧向上裕每单叹位长沟度(m)内，法线与欺结构面闯的交割鞋数目，以Kd挤(1若/m览)表示。冰即单向巧裂隙率界的倒数挪为成组巨结构面常之间的朱平均间兼距，以d表示绢。式中秤：Kd曾—单向静裂隙扰（1/支m）d盯—结构面密间平均助间距(m药)平面离裂隙伸率平面裂恩隙率Ka是指岩鸭石单位米面积上斧诸裂隙参所占有版的面积隆总与总段面积的量比值。式中：li酸—第i条裂隙镇面长度(m狼)；ti害—第i条裂裹隙面医的宽瓶度(m)；A—被测量丝式的岩石锡总面积(m支)。不均舟匀性：是指天圆然岩体款的物理惯、力学稠性质随咱空间位杰置不同矛而异的而特性。钳分析现钻场岩体竭试验资即料时可盼采用综挠合性的躺统计特弄征—偏差碧系数V(%外)来估棒算岩岔体的遍不均紫匀性浅。标准击差估脱计值各观测趟值xi的算伞术平玩均值2.岩石枯的不债均匀鸟性3.岩石剖的各绢向异菌性岩石损各向军异性是指天疮然岩体怕的物理姐力学性侨质随空控间方位筛不同而赌异的特散性，具赚体表现木在它的强度及屿变形特画性等各方悦面。在天菌然岩顷体条山件下阀，使撕岩体篇具有胃各向傍异性庆的基膛本原史因是活由于虹岩石圾内普恼遍存趴在着层理、岔片理、醉夹层和定向裂委隙（断视层）系统所尤致。目永前在实抢际工程厨中对于旷成层岩识体往往傍考虑其斯平行于绞层理和章垂直于早层理方淋向的差蝇异性。对于逮不具呢有层骑理的辆岩体刻，则迹把它笛视为叶各自弃同性咏体。4.岩石