巖石的分類及性質(zhì)清楚明了

石油工程巖石力學(xué)PetroleumEngineeringRockMechanics

教師：李相臣電子郵箱：課程回顧一個意義：為什么學(xué)習(xí)巖石力學(xué)？兩個定義巖石力學(xué)的定義巖石的定義一個特點：巖石力學(xué)研究對象的特點一個方法：研究巖石力學(xué)的方法主要內(nèi)容第一節(jié)巖石的分類第二節(jié)巖石的物理性質(zhì)第三節(jié)巖石的非均質(zhì)性和各向異性第一節(jié)巖石的分類地球的巖石圈：地球表面的固體部分。由地殼和上地幔頂部巖石組成的地球外殼固體圈層。地球圈層分為地球外圈和地層內(nèi)圈。地球外圈包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈。巖石的組構(gòu)特征1.巖石的物質(zhì)組成粘土礦物硅酸鹽類礦物碳酸鹽類礦物氧化物類礦物組成巖石的礦物組成巖石的礦物成分及其相對含量在一定程度上決定著巖石的力學(xué)性質(zhì)2.巖石的結(jié)構(gòu)巖石的結(jié)構(gòu)：巖石內(nèi)礦物顆粒的大小、形狀、排列方式及微結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況與粒間連結(jié)方式等反映在巖塊構(gòu)成上的特征。其中，粒間連結(jié)分結(jié)晶連結(jié)與膠結(jié)連結(jié)。顆粒形狀強度：粒狀、柱狀＞片狀＞鱗狀顆粒大小強度：細(xì)粒＞粗粒排列形式強度：等粒＞不等粒巖石的組構(gòu)特征微結(jié)構(gòu)面：指存在于礦物顆粒內(nèi)部或礦物顆粒間的軟弱面或缺陷，包括礦物解理、晶格缺陷、粒間空隙、微裂隙、微層理及片理面、片麻理面等①降低巖石強度②導(dǎo)致巖石力學(xué)性質(zhì)各向異性巖石的微結(jié)構(gòu)面巖石的組構(gòu)特征裂縫絞性地松層套贊管損沃壞El米f公司笛的巖秩石力叮學(xué)專膠家Ma璃ur盲y和Sa帥uz陷y在研杏究裂當(dāng)縫性踩地層懶套管雪損壞遍時首雙先提魂出了井井眼笛周圍版裂縫家?guī)r體棉的剪充切位鬧移理觸論并飲應(yīng)用釣于井膝壁穩(wěn)撓定性來分析裂縫怖性地居層裂縫棟性地險層擾拖動產(chǎn)扁生剪界切位西移造寬成套尺管變睡形裂縫圍巖體躲的剪厘切位傘移造凡成井誦眼縮制徑現(xiàn)餐象剪切呈位移被引起萬的井鉆眼形遷狀變訊化XYX方向努井徑動降低Y方向翅井徑過增加剪切害錯動層方向不同兔剪切笨位移兄方向刑的井記眼形扣狀井下輛電視甘測井捷觀測灑到：裂縫脹巖體賠的剪結(jié)切位礙移造纏成井少眼縮舊徑現(xiàn)忠象井下掘電視單測井劫顯示繁的破蛾碎性酒地層封在井刮眼周茄圍產(chǎn)例生的教剪切唐位移喚的情鍵況剪切委位移五造成輕井眼笑縮徑儲的實黃例（慣現(xiàn)場茅實測館結(jié)果）20螞02年，BP美國柱公司肢在墨手西哥鮮灣遇禽到鉆奮井中鼻井壁葡穩(wěn)定洋問題頭。井眼而與地憶層層典理面致夾角概不同丙（井處斜角沃不同貓），浮井壁咸垮塌踏程度警、垮播塌巖靜石大恢小、條形狀維不同莫。Du妥ss登ea問ul紛t研究裝破碎盼性地潛層井乳壁穩(wěn)噴定性步時發(fā)浮現(xiàn)井皆壁是祖否穩(wěn)蓄定與碧井眼經(jīng)尺寸既有關(guān)謠，井怪眼尺益寸越上大井死壁越細(xì)不穩(wěn)姥定。在研跨究層涂理發(fā)戚育的粉各向管異性原地層甚井壁常穩(wěn)定摔性時圓發(fā)現(xiàn)緣瑞井壁夢穩(wěn)定焰性與歐井眼師軸線絕和地怖層層彎理面率的夾底角有襯關(guān)，示認(rèn)為勉應(yīng)盡熔可能麻以垂校直與搞層理曬面的跨方式戀進入嘉地層我，才廚能保概持井仰壁穩(wěn)工定性膨。裂縫稠發(fā)育亞的破博碎性猶地層層理目發(fā)育低的各候向異體性地泊層各向蜻異性撥地層加拿枝大科陜學(xué)家諒的研冊究結(jié)紹果基底元型：彼此贈不發(fā)化生接驕觸的窩礦物治顆粒下埋在蠶玻璃散體中盜，這胡種情段況下躲膠結(jié)聽程度堂很高耐，巖您石強黑度與饒膠結(jié)貓物有沖關(guān)。接觸局型：僅僅亡在顆撐粒的象接觸向點存紐奉在膠鍛結(jié)物物，這坑種膠任結(jié)程尋度低冊，巖曉石強麻度也區(qū)不大強。間隙宏型：礦物兄顆粒灑彼此胡直接峽接觸盆，而鍵顆粒眾的孔窯隙被貝膠結(jié)零物充呼填。溶蝕屠型：膠結(jié)創(chuàng)物不棋僅充修填在銷礦物枯顆粒怒之間匪，而芝且進援入到嚴(yán)礦物按顆粒章本身圣中，縣膠結(jié)妖強度冷很高碧。巖石鵲的主扭要膠蚊結(jié)類皇型：巖石頭的組膛構(gòu)特陸征基底烘型接觸談型間隙反型溶蝕翠型3巖石喉的構(gòu)波造巖石估的構(gòu)測造：巖石謀的構(gòu)槐造是盲指巖橋石組智成成窗分在犯空間代上相絕互排拉列及哭所占鑄的位朱置。巖漿般巖的低構(gòu)造：塊狀擁構(gòu)造常、流止紋狀帖構(gòu)造拘、氣丸孔狀怎構(gòu)造鄭、杏表仁狀尤構(gòu)造沉積毀巖的貫構(gòu)造：層理桌構(gòu)造變質(zhì)例巖的那構(gòu)造：片理花構(gòu)造巖石好的組煩構(gòu)特抗征流紋唇巖氣孔罷狀構(gòu)畜造杏仁紫狀構(gòu)訴造沉積讀巖中溝的層撕理構(gòu)座造白云把鉀長軍片麻帆巖巖石轎的地賽質(zhì)類壟型劃旱分1.巖漿提巖：漏是由荷巖漿啦凝結(jié)妖形成啟的巖默石。2.變質(zhì)咽巖：過礦物號成分瞞、結(jié)悔構(gòu)發(fā)筒生變各化形法成的寬巖石慨。3.沉積鞋巖：擠搬運揉、沉獄積、層成巖忠作用酸而形傲成的吹巖石抱。母巖轉(zhuǎn)變過程產(chǎn)生的巖石巖漿巖沉積巖變質(zhì)巖風(fēng)化作用熱和壓力熔融作用沉積巖變質(zhì)巖巖漿巖沉積團巖的腸分類碎屑躺沉積探巖：源礫巖弊、砂艙巖、獲粉砂塘巖、忙泥頁炒巖化學(xué)烤沉積侄巖：現(xiàn)石灰揮巖、污白云辰巖、物燧石集、蒸櫻發(fā)巖生物精沉積挺巖：敗煤、及石灰壤巖巖心購照片礫巖巖心考照片致密耽細(xì)砂搭巖巖心游照片泥巖巖心糟照片硬脆傾性泥胳頁巖鹽膏粘巖巖心持照片4巖石篇的工縮慧程分偏類以工浪程實講用為跨目的就的巖趣石類曾型劃剃分叫巖石訴的工勾程分旱類(巖體良的工內(nèi)程分謀類)。主書要目撲的是賤指導(dǎo)醉工程宜技術(shù)臭人員筑合理毒選擇顆工程竿布局鋼及技啄術(shù)處賽理方棵法。完整話巖塊擱的工誼程分抖類編號類別單軸飽和抗壓強度(MPa)代表性巖石I硬質(zhì)巖>80中細(xì)粒花崗巖，花崗片麻巖，閃長巖，輝綠巖，安山巖，流紋巖，石英砂巖，硅質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)膠結(jié)礫巖II中等堅硬巖30-80灰?guī)r，大理巖，白云巖，砂巖，鈣質(zhì)礫巖，板巖III軟質(zhì)巖<30泥質(zhì)巖，泥質(zhì)灰?guī)r，部分凝灰?guī)r，綠泥石片巖，千枚巖《巖土各工程昨勘察狐規(guī)范》分類堅硬程度堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖飽和單軸抗壓強度，MPa>6030-6015-305-15<5巖體描的工沾程分貍類巖石：是言固態(tài)拿礦物閉或礦值物的型混合哈物，獅由一存種或懸多種凳礦物藏組成稼，具嗽有一首定結(jié)患構(gòu)、趕構(gòu)造插的集北合體填。巖體：含燦有結(jié)構(gòu)舒面的原殿生地去質(zhì)體沾，是浪由處歐于一逮定地脊質(zhì)環(huán)條境中隆的各濕種巖橫性和與結(jié)構(gòu)符特征沾巖石啦所組壩成的賀集合末體。特點么：顯藏著的寇不連朝續(xù)性。巖石撿質(zhì)量們指標(biāo)RQ森D巖石嚷質(zhì)量潮指標(biāo)RQ慢D紙(R診oc憲k弊Qu沸al案it仙y弟De樂si秒gn吧at紹io湯n)黨:長度大于10吹cm的巖歪心長嬸度之午和與拾鉆孔桃總進反尺的馬百分童比。(迪爾箱，19畜64催.)RQ堆D求取團的經(jīng)惜驗方巾法1)還R秧QD與裂甚隙頻繭率Kd之間襖存在輛以下厭關(guān)系察：2)粥R跟QD與單筆位體觀積巖昨石中膠的節(jié)館理總繪數(shù)Jv之間土存在裳以下聚關(guān)系床：當(dāng)Jv液<4困.5時，RQ笨D取10斯0。根據(jù)RQ誤D的巖悄體質(zhì)蠅量分糊級RQD<2525-5050-7575-90>90巖石質(zhì)量描述很差差一般好很好等級IIIIIIIVV巖石月的物沖理性轟質(zhì)：物理帳性質(zhì)襲：物耗質(zhì)不時需要否經(jīng)過斗化學(xué)黑變化懼就表球現(xiàn)出唱來的滅性質(zhì)租叫做鋪物理創(chuàng)性質(zhì)扒。顏色孫、氣榴味、隔形態(tài)葡、熔口點、莊硬度服、導(dǎo)項電性以等巖石榨的物蒜理性從質(zhì)：袋指巖鉗石的陶力學(xué)拳、熱羅學(xué)、傻電學(xué)找、聲培學(xué)、郵放射快學(xué)等振特性鋼參數(shù)爬和物永理量船。第二歡節(jié)鋒巖石笨的物腔理性還質(zhì)巖石碼的物夫理性波質(zhì)巖石救和土瞇一樣穴，也堂是由礦固體晌、液透體和攪氣體依組成飾的多段相體駝系。物理皆性質(zhì)執(zhí)是指周巖石滲由于宗三相赴組成兄的相脖對比男例關(guān)水系不啊同所唉表現(xiàn)星的物憶理狀育態(tài)。1.巖石壇的密廣度2.巖石嘆的孔鑄隙性3.巖石棗的水兼理性(一)巖石色的密治度1.巖石睡的顆粒胡密度巖石架固體反部分煩的質(zhì)井量與夠其體坡積的仔比值服。它布不包費含孔會隙在愛內(nèi)，撞因此敲其大抽小僅姨取決片于組搖成巖啞石的攻礦物豆密度捧及其叮含量巖。顆粒沒密度固體稀部分府質(zhì)量固體闖部分職體積(一)巖石建的密屈度2.巖石統(tǒng)的塊體苗密度是指部巖石幟單位遮體積脾內(nèi)的撈質(zhì)量膽，按鵲巖石更的含著水狀擦態(tài)，衣又有稈干密彩度（ρd）、倉飽和獵密度艷（ρsa乏t）和秒天然長密度增（ρ）之鑄分，點在未莖指明遺含水體狀態(tài)少時一守般指在巖石巧的天躁然密認(rèn)度。d=曬dr紛y斯sa掌t=泳sa懸tu濱ra那te樹d常見粉巖石晌的密當(dāng)度巖石名稱密度(g／cm3)巖石名稱密度(g／cm3)花崗巖2.52～2.81石灰?guī)r2.37～2.75閃長巖2.67～2.96白云巖2.75～2.80輝長巖2.85～3.12片麻巖2.59～3.06輝綠巖2.80～3.11片巖2.70～2.90砂巖2.17～2.70大理巖2.75左右頁巖2.06～2.66板巖2.72～2.84(二)巖石鵝的孔創(chuàng)隙特登性孔隙怪度：巖石貴中孔稠隙體引積與職巖石南總體呼積之孔比(多用慘百分智數(shù)表寨示)。裂隙疲率：巖石射中各啄種節(jié)水理、財裂隙綿的體奪積與仇巖石成總體爪積之胳比稱卷裂隙灣率?？紫稖惗扰c眼裂隙刺率含修義相察同，也孔隙藝度多烏用于尺相對染松散久土、敏石，墾裂隙掠率多餡用于李結(jié)晶垂連接誼的堅處硬巖搞石。一般淋巖石未的孔奶隙度午在10藏%-肯35島%之間藝。孔隙旁比：巖石詢中孔武隙的木體積尖與固查體顆狹粒體麗積之懲比稱歇巖石虹的孔男隙比(多以侵小數(shù)秘表示)。(二)巖石醉的孔窄隙特森性孔隙匹比和墻孔隙驗度可以阿互相版換算貍：密度甘是實掩驗指哈標(biāo)，哨只有催通過當(dāng)實驗家才能練得到食具體脈數(shù)值焰，而怎孔隙至度和社孔隙朋比是律計算掀指標(biāo)斗。孔隙瞞比孔隙趣度巖石頸的飽棄和密鬼度為2.素65粥g/樣cm3，干周密度電為2.矛49向g/伸cm3，計孟算巖成石的敞孔隙布比和限顆粒絕密度躺。例題嗓：巖石藝在水溶提液作用催下表庸現(xiàn)出委來的殿性質(zhì)梨，稱有為水理滾性質(zhì)。主愛要包程括：(三)巖石窩的水技理性索質(zhì)吸水曬性軟化券性抗凍念性膨脹蜻性崩解鄭性1.巖石閱的吸拔水性巖石寫在一謊定的炭實驗圖條件晝下吸收欺水分的能真力，稱妙為巖石案的吸圖水性。吸水默率(Wa)：巖石庸試件邊在大仇氣壓外力和命室溫描條件倚下自怨由吸悟入水竹的質(zhì)板量(mw1)與巖襲樣干斜質(zhì)量(ms)之比嚷，用抖百分幟數(shù)表逝示。1.巖石怕的吸蘭水性巖石乳的飽棉和吸指水率(W痛p)：是指引巖石梅試件地在高要壓(一般臥壓力獲為15屯MP夢a)或真羽空條直件下捧吸入迫水的惱質(zhì)量(mw2)與巖江樣干柄質(zhì)量(ms)之比旦，用帶百分鹽數(shù)表我示。巖石畝的吸江水率(Wa)與飽懲和吸皺水率(Wp)之比啦，稱串為飽水紋系數(shù)。它拾反映歇了巖神石中峰大、嗚小開娘空隙謀的相書對比咽例關(guān)尊系。2.巖石慎的軟順化性巖石露浸水限飽和韻后強度肺降低的性熊質(zhì)，齊稱為軟化冠性軟化抵系數(shù)(KR)為巖躺石試唱件的涌飽和吩抗壓宜強度(σcw)與干輩抗壓魚強度(σc)的比怕值巖石槍中含傘有較距多的親水娛性和可溶搶性礦物跪，大簡開空隙較多娃，巖虛石的膊軟化辮性較蝕強，頂軟化笛系數(shù)肌較小飽。KR＞0.竿75，巖乓石的怒軟化浙性弱要，工縮慧程地洲質(zhì)性荷質(zhì)較丸好KR＜0.叼75，巖涼石軟執(zhí)化性息較強海，工惠程地項質(zhì)性吃質(zhì)較饑差常見置巖石群的軟添化系既數(shù)彈性蛙模量佳隨含史水量澤的變脹化情響況泊松蘋比隨熄含水文量的霸變化牢情況粘聚緒力隨料含水謎量的墨變化龜情況內(nèi)摩句擦角泳隨含殲水量授的變完化情蹦況3.巖石形的抗紐奉凍性巖石摩抵抗蒼凍融送破壞憶的能燈力，哄稱為抗凍欲性?？箖鲇嵪禂?shù)(Rd)：巖妄石試便件經(jīng)民反復(fù)錯凍融饞后的福干抗悅壓強煤度(σc2)與凍顯融前明干抗弱壓強護度(σc1)之比芹，用咽百分紙數(shù)表煎示。質(zhì)量匙損失簡率(Km)：凍集融試狹驗前史后干箭質(zhì)量踐之差(ms1－ms2)與試饞驗前技干質(zhì)在量(ms1)之比咬，以追百分嗓數(shù)表寸示。Rd＞75％，Km＜2％，抗凍守性高吸水浴率Wa＜5％、跨軟化縮慧系數(shù)KR＞0.組75，飽永水系切數(shù)小貪于0.眼8的巖逗石，種抗凍擔(dān)性高風(fēng)。3.巖石巴的抗唐凍性4.巖石輝的膨耕脹性膨脹劉性：巖石腦吸水釘后體政積增奪大引瞞起巖谷石結(jié)列構(gòu)破腳壞的發(fā)性能咬稱膨慚脹性扁。一般揭含有臟粘土籮礦物農(nóng)的巖廢石均尚具有—定的武膨脹任性，企特別洪是含撕有蒙脫巨石類愚礦物的巖老石膨峰脹性氏最大很。在鐵順路建動設(shè)中湯，膨算脹巖雹地段當(dāng)路塹退邊坡稱坍滑小將造革成嚴(yán)奏重危疊害。鉆井都工程自中，岸鉆遇扯膨脹宿性巖吼石容厘易導(dǎo)俗致井微眼縮脆徑、臭井壁仙坍塌央等問贏題。5.巖石釋的崩最解性崩解迎性：巖石且被水愁浸泡機，內(nèi)勺部結(jié)要構(gòu)遭喝到完君全破湯壞呈日碎塊界狀崩畝開散城落的妖性能請。具顏有強孟烈崩合解性綁的巖爛石和像土，這短時狹間內(nèi)善即發(fā)過生崩獲解。我國嗽西北匪地區(qū)牽的黃任土，仍在水黎中浸民泡一烈天左陵右即網(wǎng)崩解新，西制南某芬地風(fēng)警化鈣蓄泥質(zhì)衰粉砂需巖置公于水少中僅責(zé)十多樸分鐘闊就全放部崩啞解了眠。(四)巖石特的熱谷理性量質(zhì)巖石墾的熱鮮理性是指界巖石校溫度禍發(fā)生飲變化炎時所思表現(xiàn)鵝出來雨的物韻理性猾質(zhì)?？ǎ崦浀だ淇s）溫度兆升高體積耗膨脹強度亞降低變形伶特性敏改變體脹祝系數(shù)得與線蹤蝶脹系斷數(shù)體脹罪系數(shù)獲：溫航度上幟升1℃所引憤起的判體積劫增量捕與初似始體夠積的扮比值延。線脹泄系數(shù)蛛：溫孫度上顯升1℃所引貓起的雪長度兩增量好與初室始長梅度的憲比值瞞。巖石趕的導(dǎo)寸熱率巖石伶的導(dǎo)信熱率是度挽量巖綁石的懸熱傳漲導(dǎo)能糊力的場參數(shù)樣，是去指當(dāng)懲溫度偶上升1℃時，辟熱量現(xiàn)在單炭位時我間內(nèi)姐傳遞從單位好距離緩的損飯耗值逐。巖石尾導(dǎo)熱喚率的尊影響粒因素騎：礦物相組成及、結(jié)伴構(gòu)構(gòu)甚造以岡及賦內(nèi)存環(huán)徑境。第三室節(jié)務(wù)巖霧石的表各向要異性塊和滲勤透性巖石比的不時連續(xù)銹性巖石復(fù)的不比均勻獲性巖石飽的各償向異近性巖石笛的滲童透性1.巖石閱的不奇連續(xù)牧性巖石傍中普筒遍存蓬在的結(jié)構(gòu)丟面，無嶼論是物質(zhì)枯分異贈面還是物質(zhì)泊不連娛續(xù)面，都旦會使恥結(jié)構(gòu)姐面兩擁側(cè)附麗近的宇巖石劉物理力學(xué)絕性質(zhì)呈現(xiàn)失不連運續(xù)變礦化。對于壁裂隙爸性巖疫石，耽通常選采用護裂縫耳率作匙為定叔量評勝價巖達石被溜裂隙狼切割旋后破給碎程傅度的治指標(biāo)鴉。巖石及中的胸裂隙單向決裂隙螞(或擺裂隙慕頻率莖)單向梯裂隙指一綱組結(jié)皺構(gòu)面在的法榮線方軌向上井每單通位長篩度(m裁)內(nèi)，法線榜與結(jié)繳構(gòu)面痛的交德割數(shù)驕目，以Kd布(1岡/m洲)表示硬。即乎單向絨裂隙利率的籠倒數(shù)豪為成閘組結(jié)持構(gòu)面求之間秒的平賄均間候距，認(rèn)以d表示洗。式中極：Kd刊—單向槳裂隙切（1/陵m）d許—結(jié)構(gòu)駁面間徐平均票間距(m童)平面瘋裂隙尸率平面承裂隙吧率Ka是指棵巖石頃單位授面積討上諸掀裂隙靜所占撲有的倦面積潮總與燥總面聾積的總比值才。式中米：li手—第i條裂眾隙面野長度(m蛋)；ti雹—第i條裂怕隙面碑的寬絮度(m促)；A磁—被測條量的知巖石背總面影積(m內(nèi))。不均仆勻性：是指煎天然沒巖體籌的物襪理、允力學(xué)皂性質(zhì)涂隨空對間位丈置不悠同而映異的叢特性師。分銀析現(xiàn)鍛場巖塔體試乘驗資爹料時弓可采硬用綜軍合性西的統(tǒng)蜻計特提征—偏差鬧系數(shù)V(酬%)來估趕算巖蚊體的絡(luò)不均旨勻性兔。標(biāo)準(zhǔn)向差估仗計值各觀僵測值xi的算柿術(shù)平竟均值2.巖石雄的不輪均勻遮性3.巖石曲的各直向異璃性巖石勉各向醫(yī)異性是指崖天然徒巖體紡的物澆理力貪學(xué)性段質(zhì)隨甩空間樹方位型不同考而異徑的特吐性，份具體仗表現(xiàn)劑在它訪的強度畜及變贊形特攜性等各擦方面賣。在天苗然巖宴體條調(diào)件下豪，使可巖體趨具有繳各向足異性磨的基值本原垃因是繳由于槍巖石魚內(nèi)普觀遍存鄉(xiāng)豐在著層理羊、片潛理、虹夾層和定向畏裂隙馬（斷孩層）系統(tǒng)黎所致會。目療前在錄實際紡工程儀中對笑于成首層巖膚體