岩石力学性质及其影响因素

岩石的力学性质指的是岩石在受到力的作用下表现出来的变形反应方面的性质，如刚性、柔性、弹性、朔性、脆性、韧性以及强度等，其主要取决于岩石本身的内在因素，如成分、结构、构造等，同时也受地质环境因素，如围压、温度、溶液、孔隙压力、时间及岩石变形的应力状态等条件的影响。

岩石变形特征不仅与受力大小、方向性质有关，而且与岩石本身的力学性质有关。因此，研究各种外界因素对岩石力学性质的影响，对于分析和阐明岩石变形是十分重要的。

岩石力学性质及其影响因素

主要的岩石力学性质的刚性、柔性、弹性、塑性、脆性、韧性以及强度等的定义如下。刚性和柔性指的岩石在力的作用下是否出现变形的性质，否则刚性，是则柔性。弹性和塑性指的是岩石在力的作用下是否出现可恢复的变形的性质，否则塑性，是则弹性。脆性和韧性指的岩石在力的作用下是出现破裂的变形还是流动而不破裂的变形的性质，前者是脆性，后者是韧性。强度指岩石在力的作用下出现屈服或破裂时承受的最大应力。岩石处于地下深处，承受着周围岩体对它施加的围压作用、地下热量对其的加热作用、地下流体对其的物理和化学作用以及时间因素的作用等。所有这些因素在很大程度上可改变岩石的力学表现。

一、围压因素

岩石所处深度越大，围压也越大，这种压力，一方面增强了岩石的韧性;另一方面大大提高了岩石的强度极限，弹性极限也有所增高。

图3-44为石灰岩在常温时从0.1MPa到约400MPa的围压下进行实验而得出的应力一应变曲线。当围压为0.1MPa、施加压应力到280MPa时，石灰岩表现为弹性，超过此值岩石就破裂。当围压增大到100MPa以上，石灰岩受到400MPa左右的压应力时，开始显示塑性变形。围压在200MPa时，石灰岩压缩了30%还未破裂，表明岩石的韧性大大增加了。上述实验还表明，岩石的强度极限是随围压的增加而加大的。当围压为0.1MPa时，即在地表条件下，这种石灰岩的抗压强度也可达到280MPa:围压为100MPa时，其抗压强度将大于390MPa:围压在400MPa时，石灰岩的抗压强度可增高到800MPa以上。此外岩石种类不同，围压的影响可以有很大的变化。

上述情况表明，在近地表，大多数岩石表现为脆性，断裂相对较发育。当处于地壳深处时，岩石就变为具有高度韧性的物质，甚至呈现出粘性流动特征，因此，褶皱就相对比较发育。

围压对于岩石力学性质影响的原因在于，围压使固体物质的质点彼此接近，增强了岩石的内聚力，从而使晶格不易破坏，因而不易断裂。

二、温度因素

许多岩石在常温常压下是脆性的，随着温度的升高，岩石的强度降低，弹性减弱，韧性显著增强，因而有利于发生形变。图3-45是格里格斯(D.T.Griggs，1951)对大理岩进行实验所作出的应力一应变曲线。在室温和1000MPa围压下，对大理岩施加压力时，大理岩的弹性极限为200MPa左右:温度增高到150C时，弹性极限降低为100MPa左右。这个实验表明，温度升高对岩石变形和抗压强度的影响。

矿物与岩石一样，温度升高，弹性极限和抗压强度明显降低，易于塑性变形。图3-46是磁黄铁矿在围压100MPa和不同温度下的应力-应变曲线。温度从25C逐级升高到500C，弹性极限和抗压强度逐级降低，而且温度升得越高，二者降得越快。

温度增高对岩石力学性质影响的原因是，由于温度增高时，岩石质点的热运动增强从而减弱它们之间的联系能力，使物质质点更容易位移。因此，当温度升高到适当程度时，较小的应力也能使岩石发生较大的塑性变形。