❶ 岩石學及其研究意義
岩石學（petrology，來自希臘文petra—岩石，和logos—論述和解釋）作為研究岩石的學科，在地球科學中佔有重要地位。岩石學主要研究岩石的產出方式、組成特徵、分類命名、岩石成因、形成環境和資源背景，包括岩相學（petrography，lithology）和岩理學（petrogenesis）兩方面。傳統上，岩相學主要是在野外地質調查的基礎上，在顯微鏡下對岩石進行系統描述和分類命名，屬於描述岩石學范疇。隨著科學技術的進步，岩相學的研究已經拓展到將顯微鏡觀察與現代分析測試技術相結合，全面研究岩石的礦物組成、化學成分和物理性質（光性礦物學、岩石化學、礦物化學、岩石物理、礦物物理等）。岩理學又稱為成因岩石學，主要研究岩石的成因和形成過程：就是在深入的岩相學研究基礎上，結合實驗研究和理論分析，通過比較、歸納、演繹深入認識岩石的形成過程，理解地球上發現的（以及來自其他星球的）各種各樣岩石的多樣性的起因，分析人類難以直接觀察的地球內部岩石物質的性質，進而為探討地球和行星系統動力學過程提供知識儲備和理論支撐。岩相學是岩理學的基礎，也是地質類大學生首先要掌握的內容，因此，本書將把討論的重點放在岩相學部分。岩理學是岩相學的深化，也是現代地球科學理論的基石。正如Philpotts ＆ Ague（2009）在 《火成岩和變質岩岩石學原理》 一書中指出的，自然界提供的有關岩石形成事件和過程的證據是零碎的，這就要求岩石學家把這些零碎的證據組合起來，才能構成一個連貫的故事。
由於岩石是地質歷史時期發生的地質事件的產物，是地球和行星歷史的實物 「檔案」。因此，對岩石的特徵、時空分布規律、形成時的物理化學環境和岩石成因過程的研究，可以為解決有關地球乃至太陽系形成和演化歷史的重大問題作出貢獻。另一方面，礦石也是岩石，人類社會賴以生存的礦產資源就賦存在岩石之中，而岩石的性質對人類賴以生存的地下水、油氣資源的賦存狀態以及地表的地質作用、地質災害都有重要影響。因此，對各類岩石的研究，不僅是認識地球的需要，也是實現資源的永續利用、預防和減輕地質災害、保護人類的生存環境、促進人類社會可持續發展的需要。
岩石學在解決地質學重大科學問題方面的作用，可以從以下例子中體現出來。
◎岩石圈組成和深部過程的岩石學探針：對於大陸岩石圈組成和深部過程，人類難以直接觀察，就需要結合岩石學探針技術和地球物理方法來間接進行研究。岩石學探針技術是通過對各種岩石樣品的綜合研究，分析岩石所處地質時期的岩石圈組成、結構和深部過程。主要的研究對象包括：(1)產於火山岩中的深源捕虜體（Pearson et al.，2003），例如，我國遼寧復縣古生代金伯利岩，道縣、信陽和阜新中生代火山岩，以及漢諾壩、鶴壁、山旺、女山等地新生代玄武岩中，都存在上地幔橄欖岩、下地殼麻粒岩的捕虜體（鄭建平，2009）；(2)因構造運動抬升剝露到地表的高級變質地體以及中下地殼甚至上地幔剖面，例如，義大利下地殼剖面（馬昌前，1998）；(3)火成岩的源區示蹤和岩漿房過程分析，其中，鎂鐵質－超鎂鐵質岩石主要反映地幔組成和過程，長英質岩石主要反映地殼的組成及其內部過程，而中性岩往往是地殼分異－混合和殼幔相互作用的產物。在研究方法上，不相容元素和同位素比值反映了岩漿源區化學成分的變化；而相容元素反映了礦物穩定性的變化，可提供有關地殼和地幔深處壓力、溫度和流體條件的信息。地球物理資料反映的是現今岩石圈的深部結構，代表了晚近時期地質作用留下的綜合信息，主要包括岩石波速測量（路鳳香等，2006）、現今地表熱流測量（Rudnick ＆ Gao，2003）等。例如，我國開展的深部探測技術與實驗研究，利用深地震反射技術，了解地殼底部30km以上的精細的地殼結構（董樹文等，2011）。地球物理模型與岩石學模型的結合，將對岩石圈結構和組成提出更全面的約束。
◎大地構造環境的岩石學分析：20世紀60年代中期建立的板塊構造理論，發端於大陸漂移、海底擴張和地幔對流假說和模式。這一理論不僅解釋了地震、火山、山鏈的分布樣式，而且解釋了大陸和海底的形成機制，也為地質歷史時期不斷變化著的地球氣候及其對生物演化過程的影響提供了新解釋（NRC，2008）。有些岩石類型和岩石組合，只有在特定的大地構造環境中才能出現（莫宣學等，2009），因此，結合其他的地質標志，就能從岩石學上分析有關岩石產出的古構造環境。例如，鈣鹼性岩漿岩常常出現在與大洋板塊俯沖有關的島弧和陸弧環境中，而鹼性岩或雙峰式岩漿岩則代表了與地殼伸展有關的構造環境。在沉積岩中，碳酸鹽岩和石英砂岩通常形成於穩定的構造環境內，而長石砂岩、雜砂岩則形成於構造活動強烈的地區；在克拉通內部形成的碎屑沉積岩富含石英和長石，而在活動大陸邊緣則多形成富含岩屑和長石的碎屑沉積岩。又如，麻粒岩是大陸下地殼的代表性岩石，而藍片岩、榴輝岩等高壓－超高壓變質岩則是板塊俯沖－碰撞環境的產物。
◎盆－山關系的岩石學印跡：地質學上最初爭論最大的問題就來自對沉積岩的觀察。英國地質學家、火成學派的創始人詹姆斯·郝頓（James Hutton，1726～1797年）就曾根據沉積地層的厚度、沉積岩的各種特徵以及沉積岩中化石的存在，推測過地球的年齡（Hutton，1788）。今天，對盆地中沉積岩的觀察仍然是認識造山帶的演化過程和盆－山關系的切入點。盆地和山嶺是陸地表面的兩個基本構造單元，它們在時間和空間上相互依存，在物質和能量上相互交換，二者具有密切的耦合關系。在碰撞造山帶，構造活動直接控制盆地的發育和演化過程。一個典型的實例是印度板塊與歐亞板塊在始新世的碰撞，造成了青藏高原的隆升和周緣盆地的形成（許志琴等，2007）。山嶺的隆升和剝蝕產生了大量的碎屑沉積物，這些沉積物分布於印度板塊及其邊緣海盆地中，如孟加拉扇新生代以來沉積物的總體積就達到了12×106km3，為解決與青藏高原形成演化相關的科學問題打開了一扇窗口。例如，關於印度板塊和歐亞板塊的碰撞是何時發生的問題，在巴基斯坦西北部Waziristan地區的古近系－新近系地層中就記錄了這次事件造成的不整合接觸，從而可以將碰撞時間限定在66～55Ma之間（Beck et al.，1995）。研究表明，在俯沖帶或垮塌的造山帶，大規模岩漿活動產生的熱和力學效應可導致上覆岩石快速的抬升和剝蝕，表現為岩漿侵入與粗碎屑岩堆積近於同時，新形成的岩漿岩直接作為弧前盆地的沉積物源（Kimbrough et al.，2001）。這一系列過程可以發生在短短的幾百萬年之間，其信息被記錄在造山帶和相關盆地的各類岩石中。
◎礦產資源的岩石學專屬性：人類可資利用的礦產資源大都取自地殼淺部的三大類岩石中。深入研究岩石的特徵和形成過程，對於了解有用物質的遷移和聚集機制，指導找礦勘探有重大的價值。例如，岩漿岩蘊藏了大量的金屬和非金屬礦產，其中，金剛石主要產於金伯利岩和部分鉀鎂煌斑岩中，Cr、Ni礦與鎂鐵質－超鎂鐵質岩石有關，Mo、W、Sn礦常與某些花崗岩有關，一些超大型的斑岩銅礦產於與大洋板塊俯沖有關的中酸性淺成岩漿岩中，而Li和稀土礦可以在偉晶岩中尋找。目前世界上最大的銅礦是智利的丘基卡馬塔（Chuquicamata）和埃爾特尼恩特（El Teniente）斑岩銅礦，銅總儲量分別達6935萬噸和6776萬噸。值得注意的是，煤、油頁岩等可燃性有機礦產以及石油、天然氣等能源幾乎全是沉積成因的，而賦存於沉積岩及沉積變質岩中的密西西比河谷型（MVT）及沉積噴流型（SEDEX）Pb－Zn礦床，其儲量佔Pb、Zn總儲量的1/2，產量佔Pb、Zn總產量的2/3（趙振華等，2003）。變質岩中直接產出了不少金屬礦產，如Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Fe及稀有、稀土等礦產，其中變質岩中的鐵礦床佔全世界鐵礦總儲量的80％以上。W、Sn、Mo、Sb和稀土等礦產為我國優勢礦產，我國內蒙古白雲鄂博碳酸岩型REE－Nd－Fe礦床是世界上最大的稀土礦床。據研究，該稀土礦受控於中元古代的古火山機構，礦床產於火成白雲石碳酸岩體和部分脈狀碳酸岩中（郝梓國等，2002）。
需要指出的是，石油天然氣不僅賦存於沉積岩中，在多種類型的結晶岩中也有產出，尤以火山岩可作為油氣藏的優質儲層或蓋層（Petford ＆ McCaffrey，2003）。目前，在世界范圍內已發現了300多個與火山岩有關的油氣藏，實際探明儲量的火山岩油氣藏169個，其中不乏大型油氣藏，如利比亞錫爾特盆地（Sirte Basin）的拿法拉（Nafoora）油田。我國也先後在准噶爾、三塘湖、松遼、海塔、二連、渤海灣等盆地不斷發現了火山岩油氣田，顯示了火山岩油氣勘探開發的巨大潛力（賈承造等，2007）。
◎過去全球變化的岩石學線索：(1)今天形成的不同類型的沉積物的相對量與地質歷史時期是完全不同的，這種差別是否意味著地球環境發生了顯著的變化？例如，現今地球上形成的白雲岩很少，主要出現在波斯灣及荷蘭Antilles等異常的環境中，而在前寒武紀時期，形成的白雲岩是石灰岩的3倍以上。與現今相比，前寒武紀時期，蒸發鹽（岩）十分稀少，為什麼？ 是否25億年以來，海水成分已經發生了變化？ 是不是自前寒武紀以來，由於剝露出地表被風化的岩石成分發生了變化，因而由河流帶到大洋中的物質也就出現了變化？(2)大多數進化生物學家認為，生命物質是在38億年前在還原環境中由無生命的物質進化而來的，因為原始的細胞不能抵抗氧化作用。這就意味著，在地球早期的大氣圈中，氧很少或幾乎沒有。然而，太古宙的鐵礦含有磁鐵礦，表明既有Fe2＋，也有Fe3＋，這就要求大氣中有氧存在。這些鐵礦中所含的氧化鐵物質是一開始就有的（原生）？還是後來隨大氣中自由氧的增多而逐漸氧化而來的（Blatt et al.，2006）？(3)地球現今的大氣圈很適於生物生存，但對早前寒武紀岩石的研究表明，在地球形成初期，大氣中幾乎沒有氧氣，而富含甲烷。大氣中氧氣的增多和甲烷的減少是內在因素，還是外在因素造成的？是由於地球深部活動的變化引發的，還是與地外天體的撞擊有關？(4)新元古代，在全球范圍內廣泛沉積了一套冰成岩系，這些沉積記錄表明當時地球曾經歷了一次極其嚴重而漫長的冰期，不僅陸地全部被冰川覆蓋，而且海洋也被完全凍結，稱為雪球地球（Snowball Earth）。「雪球地球」 是如何形成的，又是如何消失的？這些問題的答案記錄在相關的岩石中。(5)大規模的火山活動可能只延續幾天，但火山噴發出的大量氣體和火山灰對氣候的影響可能達數年之久。例如，1991年6月15日菲律賓的Pinatubo火山噴發，據估計就有2000萬噸的SO2和火山灰顆粒噴發到了20km高的大氣中。含硫酸的氣體會轉化為硫酸鹽氣溶膠，那些微米級的液滴中75％是硫酸。火山噴發之後，這些氣溶膠顆粒會在平流層中停留3～4年。這些火山物質減少了太陽輻射到達地球表面的量，降低了對流層的溫度，於是會對大氣環流產生明顯影響。因此，研究地質歷史時期熔結凝灰岩大爆發（ignimbrite flare－up）對全球變化和生命演化的影響，有著十分重要的意義。
◎地外岩石研究對早期地球和太陽系演化的啟示：據認為，月球是在一次對地球的撞擊事件中形成的，撞擊會抹去地球更早的岩石記錄，所產生的熱量甚至會使地球成為一個熔融的星球。加上後來地球表面始終不斷的板塊構造運動的改造，對古老岩石的保存產生了不利的影響。目前，在地球上發現的最老的岩石大約為40億年，大陸殼中老於36億年的岩石只佔0.0001％（Nutman，2006）。在岩石 「檔案」 中，從45.3億年撞擊產生月球到地球上保存的最古老岩石（40億～38億年）的這段時間里，地球上保留的歷史記錄幾乎為零。與地球上缺少最早期的岩石不同，在太陽系形成的初始階段之後，許多隕石基本上完好地留在圍繞太陽不停運行的軌道上。因此，隕石（包括後來從月球和火星上落下的一些岩石）就成了這個起始階段的主要實物檔案。需要指出的是，在澳大利亞西部30億年老的石英岩中，找到了地球上最老的礦物——碎屑鋯石。測年顯示，最老的鋯石年齡達到了44億年，這些鋯石的稀土元素以及氧和鉿同位素的研究表明，在距今45億～42億年之時，地球上就有花崗質陸殼甚至有大洋存在（Harrison et al.，2005）。近年來，地球上發現的38億年之後的記錄越來越多。例如，在我國北方的鞍山地區就發現了大量36億～38億年的岩石和鋯石，在冀東、信陽、焦作及其他地區也有始太古代－古太古代的岩石和鋯石存在（劉敦一等，2007）。
❷ 岩石力學性質的試驗研究
理論源於實踐，並需要得到實踐的檢驗。試驗是一切科學研究的基礎，岩石力學的研究也是從試驗開始的，盡管古代有關的試驗記錄尚未發現，但數千年前埃及和希臘人在修建金字塔及寺廟時，已確實考慮到岩石的強度問題［3］。秦昭王（公元前306～前251年）時李冰父子修建的都江堰，西漢楚襄王劉注（公元前128～前116年）的墓室——徐州龜山漢墓，隋開皇大業（公元581～618年）年間李春修建的趙州橋，1230年建成的英國Wells 大教堂等，都是古代岩體工程的傑出代表，顯示了古代人民對岩石力學性質的良好理解。時至今日，利用Google等搜索工具，不難在INTERNET上得到相關圖片和文字介紹。當然，沒有成功的古代工程也為數不少。正如文獻［4］所說，All of the earlier activity was，of course，concted without the benefit of modern knowledge.In some case the projects were successful，often dramatically so；but，in other case，we know that they were unsuccessful.Many cathedrals were not so fortunate as that at Wells and collapsed ring or shortly after construction。
文藝復興時期Da Vinci的「不同長度鐵絲的強度試驗」［3］，可能是目前已知最早的力學試驗記錄（大約公元1500年）。Galielo G在1638年報告了空心梁和實心梁的直接拉伸強度和彎曲強度，在研究彎曲強度時採用了懸臂梁端頭載入的方式［5］。
有記載的第一台岩石力學試驗機大約是1770年由E.-M.Gauthey製造的，其目的是設計Sainte Genevieve教堂的立柱。該試驗機利用杠桿系統載入，得到了邊長5cm立方體岩石的壓縮強度，並注意到長柱體岩石的強度小於立方體岩石的強度。18世紀後期至19世紀初，由於橋梁（石橋和鐵橋）的大量興建，激發了試驗機的設計和製造；而每一試驗機的設計和製造都將當時的技術水平發揮到極限。19世紀80年代的試驗機已經能夠自動記錄試樣的載荷-位移曲線。1865年，第一個商業實驗室在倫敦開業，擁有一台載荷1000000 lb的設備，壓縮試驗的最大試樣可以達到長21.5ft，斷面邊長32 in。1910年，在Pittsburgh 的兵工廠（Arsenal Ground），後移至 Washington 的標准局（Bureau of Standards），安裝了最大壓縮載荷10000000 lb的試驗機，試樣的最大長度也增大到30ft［6］。
圖1-1 大理岩常規三軸壓縮全程曲線
曲線上數字是圍壓，單位MPa
在試驗機載荷不斷增加的同時，試驗機的載入方式也在改進完善。由機械載入變為液壓載入，由單向載入變為准三向載入（Pseudo-triaxial compression）。即將圓柱體岩樣放置在液壓腔中，利用油壓對岩樣進行側向載入，在維持側限壓力（也稱圍壓Confining pressure or ambient pressure）的同時，對岩樣進行軸向壓縮。Von Karman 於1911年發表的大理岩（Carvala marble）常規三軸壓縮試驗曲線是標志性的工作（圖1-1），最高圍壓達到326MPa［7］。試驗結果表明，對大理岩而言，脆性只是應力較低時的表現；而在較高應力狀態（如地質條件）下，岩石完全可以產生很大的塑性變形而顯示出延性。對某些粗晶大理岩圍壓達到3MPa時，即可顯示延性變形特徵［8］。
茂木清夫設計了對長方柱體試樣進行三向不等壓載入的真三軸試驗機，從1967年開始發表了一系列文章［9］，論述中間主應力對岩樣強度、變形、脆性和延性的作用。圖1-2是典型的一組試驗結果。隨著中間主應力的增加，白雲岩（Dunham dolomite）試樣的強度有所增加，而屈服過程的塑性變形減小，岩石趨於脆性。脆性破壞消耗的能量小，而延性破壞消耗的能量大。圖1-2的試驗結果表明，在最小主應力一定時，增加中間主應力對維持岩石的完好並沒有多大作用。無疑實際岩體處於復雜的應力狀態，其破壞方式需要研究。
真三軸試驗可以在三個方向利用固體承壓板進行載入［10］，為了減少載入板之間的干涉和摩擦的影響，真三軸試驗機後來多採用液壓載入最小主應力［11］。
文獻［12］介紹了高溫高壓三軸載入試驗機的發展過程、主要特徵以及相應的岩石力學試驗成果。Griggs 型裝置，以固體鉛（Pb）或鹽（NaCl）作為圍壓介質，利用兩個活塞分別產生圍壓和主應力差，圍壓達到3GPa，溫度達到1500℃，可以進行長達數月的高溫蠕變試驗［13，14］。立方加壓（Cubic press）系統，利用6個液壓缸在3個方向對立方體試樣進行真三軸載入，如文獻［15，16］利用2MN（200 tons）的立方加壓系統對邊長42mm的岩樣進行試驗，700℃的溫度從壓頭傳入岩樣。如果將圓柱試樣置入固體介質內，也可以利用立方加壓系統進行高圍壓、高溫試驗。文獻［17］對直徑2.9mm、長8.5～9.5mm的石英試樣進行圍壓 7GPa、溫度2000℃的三軸壓縮試驗；文獻［18］的立方加壓系統，700MPa 的工作壓力可以使液壓缸載荷達到5 MN（500 tons），可以對直徑8mm、長16mm的試樣進行圍壓3.7GPa、主應力差4GPa、溫度1000℃的三軸壓縮試驗，圍壓介質是葉蠟石（pyrophyllite）。
圖1-2 中間主應力對白雲岩試樣強度和變形的影響
最小主應力σ3=125MPa，曲線上數字是中間主應力σ2，單位：MPa
圖1-3 岩石試樣單軸壓縮的全程曲線［20］
1—查爾考灰色花崗岩Ⅰ；2—印第安納石灰岩；3—田納西大理岩；4—查爾考灰色花崗岩Ⅱ；5—玄武岩；6—佐倫霍芬石灰岩
1935年，Spaceth W提出剛性試驗機的設想之後，開始了對混凝土全程曲線的研究。此後的30餘年，為提高試驗機剛度採取了各種措施，主要有提高試驗機支架剛度、與岩樣並聯安裝附加剛性設施、減小載入油缸長度等，最後甚至利用水銀作為載入液壓缸的工作介質。但直到1966年，Cook N G W才在液壓-熱力混合載入的剛性試驗機上，得到岩石試樣單軸壓縮的全程曲線［19］。全程曲線的獲得表明，岩石爆炸式的破壞是由試驗機剛度不足引起的，岩石達到強度之後仍然可以承載。標志性的工作是，1968年Wawersik W R對該試驗機作了改進，採取人工伺服控制的方法，得到了一系列岩石試樣單軸壓縮的全程曲線（圖1-3），並指出，根據岩樣單軸壓縮破壞的穩定與否，可以將岩石分為Ⅰ類和Ⅱ類材料［20］。這一觀點至今仍存在爭論。
近代力學試驗機以載入控制和數據採集的計算機處理為主要特徵。試驗機的剛性支架和反饋控制實現了脆性材料的可控破壞，從而對岩石達到強度極限之後的破壞過程有所認識，並研究岩石破壞過程中的承載、變形特性，開創了岩石力學研究的新紀元。圖1-4a是在伺服試驗機MTS上得到的煤試樣單軸壓縮過程中的軸向應力、軸向應變和環向應變，圖1-4b對局部曲線作了5：1的放大。試驗過程中以試樣環向變形增加速率4mm/3600sec控制軸向載入［21］，試驗機每秒采樣一次，共3600組數據。在載入過程中，煤試樣局部會產生脆性破壞，使環向變形突然增大；為維持環向變形的恆定速率，試驗機會伺服控制軸向卸載，減小環向變形後再繼續進行軸向載入。
圖1-4 伺服試驗機上得到的煤試樣單軸壓縮過程
a—試驗的全過程；b—局部的放大圖
現在，岩石變形引起顆粒結構的細觀變化，已經利用電鏡掃描、CT技術等進行研究；岩石破壞過程中聲音、電磁現象也利用各種設備進行測試［22～27］。
❸ 為什麼要進行岩石全分析
進行岩石全分析的原因有以下幾方面：
1、了解岩石的化學組成，進行化學分類、命名。
2、作礦物含量及參數的計算。
3、研究岩石成分在成岩過程中的變化。
4、研究岩石成分在時間、空間上的演化。
5、判別岩漿岩的成因。
6、恢復變質岩的原岩。
7、研究沉積岩的沉積環境。
8、研究岩石成分與成礦的關系。
❹ 談談對岩石力學的體會
1、岩石力學：岩石力學是研究岩石的力學性質的一門理論和應用科學，是探討岩石對周圍物理環境中力場的反應。
❺ 研究岩石流變力學性質有什麼意義
主要研究：①岩石應力，包括岩體內應力的來源、初始應力(構造應力、自重應力等)、二次應力、附加應力等。初始應力由現場量測決定，常用鑽孔應力解除法和水壓致裂法，有時也用應力恢復法。二次應力和附加應力的計算常用固體力學經典公式，復雜情況下採用數值方法。②岩石強度，包括抗壓、抗拉、抗剪（斷）強度及岩石破壞、斷裂的機理和強度准則。室內用壓力機、直剪儀、扭轉儀及三軸儀，現場做直剪試驗和三軸試驗，以確定強度參數（粘聚力c和內摩擦角φ）。強度准則大多採用庫倫－納維准則。這個准則假定對破壞面起作用的正應力會增加岩石的抗剪強度，其增加量與正（壓）應力的大小成正比。其次採用莫爾准則，也可採用格里菲思准則和修正的格里菲思准則。③岩石變形，包括單向和三向條件下的變形曲線特性、彈性和塑性變形、流變（應力-應變-時間關系）和擴容。岩石流變主要包括蠕變和鬆弛。在應力不變時岩石的變形隨時間不斷增長的現象稱為蠕變。在應變不變時岩石中的應力隨時間減少的現象稱為鬆弛。岩石擴容是指在偏應力作用下，當應力達到某一定值時岩石的體積隨偏應力的增大而增大的現象。研究岩石變形在室內常用單軸或三軸壓縮方法、流變試驗和動力試驗等，多數試驗往往結合強度研究進行。為了測定岩石應力達到峰值後的應力與應變關系，必須應用伺服控制剛性壓力機。野外試驗有承壓板法、水壓法、鑽孔膨脹計法和動力法等。根據室內外試驗可獲得應力與應變關系和應力-應變-時間關系以及相應的變形參數，如彈性模量、變形模量、泊松比、彈性抗力系數、流變常數等。④岩石滲流，包括滲透性、滲流理論、滲流應力狀態和滲流控制等。對大多數岩石假定岩石中的水流為層流，流速與水力梯度呈線性關系,遵循達西定律。岩石滲透性用滲透系數表示,該系數在室內用滲透儀測定，在野外用壓水和抽水試驗測定。滲流理論借流體力學原理進行研究。穩定滲流滿足拉普拉斯方程。多數岩石內的孔隙（裂隙）水壓力可用K.泰爾扎吉有效應力定律計算。為了減小大壩底面滲透壓力、提高大壩的穩定性，應當採取滲流控制措施，如抽水、排水、設置灌漿帷幕以延長滲流途徑等。⑤岩石動力性狀，研究爆炸、爆破、地震、沖擊等動力作用下岩石的力學特性、應力波在岩石內的傳播規律、地面振動與損害等。動力特性在室內用動三軸試驗研究，野外用地球物理性、爆炸沖擊波試驗等技術進行研究，波的傳播規律借固體力學的理論進行研究。
❻ 一般來說，礦岩石的機械力學性質有哪些
岩礦石的機械力學性質一般包括岩礦石的強度、堅固性以及穩固性，這些性質對於采礦來說非常重要。
❼ 岩石力學性質的影響因素分析
6.2.1 岩石成分對岩石力學性質的影響
影響岩石力學性質的因素很多，除受力條件和賦存環境等外在因素外，還有沉積岩石物質成分和結構構造等內在因素，因此，沉積岩的沉積特徵與力學性質對岩石的變形機制和井下支護對策的研究具有重要意義。有關岩石成分和結構對岩石力學性質的影響研究，已取得了有意義的定性認識: 如石英含量越高，強度越大; 細顆粒岩石的強度較高; 抗壓強度隨著孔隙率的增加而減少等。近些年來，利用高倍顯微鏡、掃描電鏡及 CT 技術研究岩土的微觀、宏觀結構，取得了一定成果。國內學者就軟岩工程地質特徵進行了研究，取得了有意義的研究成果。但從目前的研究現狀看，岩石 ( 體) 力學中的沉積特徵研究開展得還不夠深入，沉積岩石學與力學研究和工程應用沒有融為一體，因而沒有真正發揮應有的作用。基於沉積岩石學特徵，應用相關儀器，對不同岩性的岩石試樣進行試驗，建立沉積特徵參數與宏觀力學性質之間的定量關系，取得了有意義的研究成果。岩石中的裂隙，按成因分為原生裂隙與次生裂隙兩大類。裂隙的存在，導致岩體的連續性被破壞，削弱岩體內的連接力，降低岩體的堅固性和穩定性。原生裂隙是指成岩過程中生成的裂隙，也叫成岩裂隙，如沉積岩的層理面、節理面、不整合面以及在成岩過程中因脫水密實而出現的與層理垂直或斜交的有一定分布規律的裂隙面。次生裂隙指岩層生成以後產生的，主要包括構造裂隙和礦壓裂隙。構造裂隙是在岩體形成後，在地殼運動過程中產生的，在岩體內除了一些明顯裂隙外，還有很多閉合的、很難分辨的細微裂隙。由於地質構造作用力的不同，可分為張裂隙和剪裂隙。由於岩體內存在著這些大大小小的裂隙，構成明顯的弱面，所以在開采過程中，常會發生無預兆的冒頂事故。礦壓裂隙是在開采過程中，由岩體內礦山壓力所造成的。天然岩體總是被各種裂隙分割成塊體，這些塊體之間既相互聯系又相互影響。岩石的非均質性、層理性、裂隙性，對岩石的物理力學性質有重大的影響，岩石物理力學性質的連續或不連續、均勻或不均勻、各向同性或各向異性，都取決於這些結構特徵。
6.2.2 水對岩石力學性質的影響
地殼中的岩石，尤其是沉積岩，大部分都含有水分或溶液，有的含有油氣。L.Müller( 1974) 曾指出過，岩體是兩相介質，即由礦物 - 岩石固相物質和含於孔隙和裂隙內水的液相物質組成，它們都會降低岩石的彈性極限，提高韌性和延性，使岩石軟化，易於變形，其變形與強度特徵受到重要影響。
( 1) 兗州煤田
由表6.3 至表6.5 可以看出，隨含水量增加，岩石的單軸抗壓強度和彈性模量均急劇降低，但降低的速率受岩性控制，不完全相同，主要取決於岩石結構狀況、結晶度和是否含有親水性粘土礦物等因素。影響岩石力學性質的主要因素有岩石岩性、構造分布、水的作用等，通過上面的分析得出如下認識:
表6.3 兗州煤田自然含水狀態下力學性質試驗結果
注: 采樣地點東灘煤礦。
不同岩性的岩石具有不同的形變速率和強度特徵，岩石力學性質主要表現為，隨著碎屑顆粒粒度由粗到細，即由砂岩到泥岩變化，碎屑岩的強度與剛度均迅速衰減。隨構造發育程度的不同，區域岩體表現的力學性質存在很大差異，構造發育區，岩體的完整性遭到破壞，岩石被切割或破碎成帶，力學強度降低; 非構造發育區，岩體完整，岩體力學強度高。水對岩石力學性質亦有重要影響，在乾燥或較少含水量情況下，岩石在峰值強度後表現為脆性和剪切破壞，應力 - 應變曲線具有明顯的應變軟化特性; 隨著含水量的增加，岩石單軸抗壓強度和彈性模量均急劇降低，表現為塑性破壞，且應變軟化特性不明顯。另外，砂岩的孔隙度對力學性質影響也很明顯 ( 表6.6，表6.7) ，同是細砂岩，當孔隙率分別為 2.3%、8.0%、11.4% 時，自然狀態下的抗壓強度分別為 796.0MPa、492.0MPa、158.0MPa; 同是中砂岩，當孔隙率分別為 4.4% 、12.7% 、15.7% 、17.8% 時，自然狀態下的抗壓強度分別為 700.0MPa、398.6MPa、539.0MPa、115.0MPa; 說明隨著孔隙度的增高，岩體抗壓強度有迅速減小的趨勢。
表6.4 兗州煤田 3 煤層頂板岩樣測試參數
注: 采樣地點東灘煤礦。
表6.5 兗州煤田岩石物理力學性質 ( 一)
表6.6 兗州煤田岩石物理力學性質(二)
注:采樣地點東灘煤礦。
表6.7 兗州煤田岩石物理力學性質(三)
注:采樣地點東灘煤礦。
( 2) 龍固井田
巨野煤田龍固井田山西組 3 煤層頂底板砂岩含水層，統稱為 3 砂。井田內有 60 孔揭露，砂岩厚 4.80～75.65m，平均 26.7m。以細砂岩為主，局部為中砂岩和粉砂岩，裂隙局部發育，充填有方解石脈。3 砂共發現漏水點 9 層次，漏水孔率為 15.0%，漏水點深711.28～ 905.36m。該層位 L - 2 和 L - 15 孔抽水 2 次，單位涌水量 0.00811～ 0.01509L / s·m，滲透系數 0.00993～ 0.02746m / d，水位標高 34.97～ 35.12m，礦化度 6.88～ 7.79g / L，水質類型為 SO4- K + Na 型，屬弱富水的裂隙承壓含水層。根據抽水試驗，水位恢復緩慢，如 L -2 號孔抽水後 24h 恢復水位尚比靜止水位低 4.74m，表明 3 砂徑流不暢，補給條件差。3 砂是 3 煤層直接充水含水層。根據研究的需要，把龍固井田富水性分區劃分為5 個級別: 極強、強、中等、弱、極弱。通過對研究區鑽探、水文等資料進行分析，對研究區不同級別的富水性進行了圈定 ( 圖6.3) 。由圖6.3 可知: 龍固井田內總體富水性主要呈南北分布、東西分帶的特點，井田大部分區域富水中等，約占井田的 1/2。其中，富水性比較弱的區域主要分布在井田的東南部，靠近邢庄斷層，北部跨過陳廟斷層的區域小面積出現; 井田富水性強的區域主要分布在井田東北部陳廟斷層與田橋斷層交叉區域以及井田北部靠近張樓斷層的小塊區域，總體來說，龍固井田 3 煤頂板富水性中等 - 偏強，影響了煤層頂板岩石力學的強度 ( 表6.8) ，降低了頂板穩定性。
圖6.3 龍固井田 3 煤頂板砂岩富水性分區
表6.8 龍固井田3煤頂板岩石物理力學性質試驗
續表
6.2.3 構造結構面對岩石力學性質的影響
對於不同岩性的岩石，破壞機制存在差異，軟質岩石在單軸壓縮條件下為剪張破壞，在一定側壓條件下為弱面剪切破壞和塑性破壞，並且隨著側壓的增大，岩石應力 - 應變曲線由應變軟化狀態向近似應變硬化狀態過渡，並伴有體積膨脹現象。中硬岩石在單軸壓縮條件下為脆性張裂破壞，隨著側壓的增加，岩石進入剪切破壞; 岩石應力 - 應變曲線表現出一定的應變軟化特性。硬質岩石在側壓范圍內均為脆性張裂破壞和剪切破壞，破壞時發出較大的聲響和振動，岩石應力 - 應變曲線表現出明顯的脆性和應變軟化特性，說明岩性對岩石力學性質具有重要的控製作用。
煤礦開采實踐證明，煤層頂板穩定性存在局部變化，與斷層、褶皺活動相關，斷層的存在可以改變頂板冒落的一般規律，使頂板沿斷層切下，導致工作面突然冒頂和來壓。無論是正斷層還是逆斷層，在斷層下盤靠近斷層面附近最易冒頂，當巷道掘進到斷層區時，一般出現比較大的圍岩變形，支護十分困難。頂板岩體中發育的小褶皺常使頂板條件惡化，由於撓曲滑動作用，褶皺的層理面上擦痕遍布，使頂板穩定性降低。
斷層帶附近煤岩體力學性質的變化特徵與正斷層的形成過程和特點密切相關 ( 圖6.4) 。在斷層的形成過程中斷層面附近為一明顯的應力集中帶，其變形破裂也最明顯，在該帶煤岩層強度大幅度降低，遠離斷層，應力作用減小，變形破裂也變弱，因此平面上越靠近斷層，煤層孔隙和裂隙越發育，煤岩體力學強度也越低 ( 圖6.5) 。正斷層形成的過程中，上盤為主動盤，斷裂面形成後，上盤會因重力作用向下滑動，而產生次生壓力，此外，正斷層使斷塊在不規則斷層面上活動或斷塊內小斷塊之間相互作用產生局部壓力。正斷層的這些特徵勢必導致上盤裂隙發育程度大於下盤，上、下盤相對滑動產生的次生應力不僅會使上盤的破壞程度大於下盤，而且會使伴生的剪裂隙和張裂隙進一步扭轉，轉化為張扭性裂隙。
圖6.4 斷層與煤層裂隙和孔隙率的關系
煤層頂板穩定性的局部變化與斷層、褶皺的活動有關。研究表明 ( 圖6.5) ，斷層帶附近煤岩體破碎，煤岩體中裂隙的發育程度隨著與斷層面距離的變小而增強，煤岩體力學強度越靠近斷層越低。裂隙的力學性質向斷層面方向由張性向張扭、壓扭性再到張性轉化，正斷層附近宏、微觀裂隙發育程度和影響寬度表現為上盤明顯高於下盤，且斷層對煤岩體力學強度影響寬度明顯高於對宏、微觀裂隙影響寬度，一般為落差的 2～4 倍。由於采動影響，破壞了岩體中原岩應力的平衡狀態，引起采場周圍岩體內的應力重分布，形成支承壓力區和卸載區，隨著工作面推進頂板沉積岩層經歷了一個在煤壁前方支承壓力作用下的壓縮 ( 密) 變形和沿層面方向的剪切滑移變形，最後在采空空間沿層面產生拉張離層破壞的過程，最終導致煤層頂板失穩。
圖6.5 斷層附近煤岩體單軸抗壓強度的變化L—距斷層距離; H—斷層落差
6.2.4 沉積結構面對岩石力學性質的影響
沉積結構面與成岩後所形成的構造結構面是有區別的，對岩體力學性質的影響也各不相同。沉積結構面分布廣，延展好，相互間高度貫通，使沉積岩體具有許多特有的力學特徵 ( 圖6.6) 。所以研究沉積結構面對岩體力學性質的影響具有重要意義。
圖6.6 不同結構類型岩體應力應變曲線( 據張倬元等，1994)
沉積結構面是沉積岩體特有的性質，由於沉積結構面的存在使沉積岩體力學性質呈各向異性。根據層理面上的強度特徵將層理進一步分為弱面型與非弱面型。
1) 非弱面型層理是在水動力較強、變化不大，或者說是在持續較強的水動力條件下形成的，並保存在砂岩和粉砂岩中的沉積構造，如交錯層理、水平層理、平行層理等。岩體受力變形過程中一般不會沿這些層理面破壞。
2) 弱面型層理是在水動力強弱交替的條件下形成的，當水動力弱時形成泥質岩、雲母片、植物碎屑和炭質等定向排列而呈現層理，這類層理的細層之間粘結較弱，形成沉積弱面，如交錯層理、砂紋層理、潮汐層理、互層層理和水平層理等，岩體受力變形過程中，岩體易產生垂直於沉積結構面的張性破壞或沿沉積弱面的剪切破壞。
層系或層系組界面、岩層面以及不整合面均為沉積弱面，對岩石 ( 體) 力學性質具有重要影響。如老頂砂岩與直接頂或煤層沖刷形成的接觸面，由於砂岩與泥岩力學性質差異較大，岩性界面黏聚力差，砂體下直接頂泥岩層往往易離層破壞，因此在成岩作用過程中接觸面附近常發育有較多的垂直接觸面的原生裂隙，造成岩體的不連續性，對頂板穩定性影響很大。
沉積岩體中軟弱夾層實質上是具有一定厚度的岩體軟弱結構面，它與圍岩相比，具有顯著低的強度和顯著高的壓縮性，其抗壓、抗剪和抗拉強度均低於圍岩，在采動影響下軟弱夾層易於沿層面脫落。
因沉積結構面受力作用的方式不同，沉積岩體變形破壞機制也不相同。
層理構造是沉積岩最基本的特徵，沉積岩體中的層理面在地質上代表的是一種沉積環境向另一種沉積環境過渡的轉換面，代表一個沉積間斷，其形態具有多樣性，層理面上往往有大量的植物碎屑、雲母片等軟弱成分的定向排列，在力學性質上屬於一種弱結構面。層理越發育，其頂板的穩定性越差。B.A.布克林斯基用衰減函數描述岩體內部移動等值線，當考慮岩體分層性時，計算出的移動等值線不是平滑的而是出現折線形狀，線的轉折發生在兩個岩性不同的接觸面處。由於層理的存在使岩體力學性質呈各向異性，圖6.9 展示了沉積岩體各向異性變形特徵。在室內對層狀岩石試件的實驗結果表明，載入方向不同，岩石表現出不同的力學性質 ( 表6.9; 圖6.7，圖6.8) 。
表6.9 沉積結構面對岩體力學性質影響統計
圖6.7 沉積結構面對陸源碎屑岩彈性模量影響曲線
由以上分析，總結出下面幾點結論:
1) 垂直層理方向載入時的彈性模量比平行層理方向載入時的彈性模量低，這是因為層面間結合力較差，甚至有空隙，因此，垂直層理方向易被壓縮，應變數大所致。
圖6.8 沉積結構面對陸源碎屑岩抗壓 ( A) 、抗拉 ( B) 強度影響曲線
2) 岩石的強度表現為平行層理方向載入時的抗拉強度大於垂直層理方向的抗拉強度，而平行層理方向載入時的抗壓強度與凝聚力小於垂直層理方向的抗壓強度與凝聚力。
3) 縱波速度和動彈性模量亦表現出垂直於層理方向比平行於層理方向低的特徵，且各向異性指數表現為頂板泥岩明顯大於老頂砂岩，這是由於頂板泥岩層面富集植物碎屑和碎片以及水平層理發育所致。
由此可知，由於沉積岩體中層面和層理的存在，導致沉積岩體的力學性質明顯地表現為各向異性或橫觀同性特徵 ( 圖6.9) 。
圖6.9 各向異性變形測試結果( 據郭志，1981)
❽ 科學家對岩石和礦物的研究的意義
首先 我們生產生活所需的礦產資源基本上都來源於岩石和礦物，（2）人類工程活動大多在岩石圈范圍內開展，岩石的性質直接決定著工程的穩定性（3)岩石是研究各種地質構造和地貌的物質基礎；(4)岩石是研究地殼歷史的依據。
❾ 岩石力學性質及其影響因素
主要的岩石力學性質的剛性、柔性、彈性、塑性、脆性、韌性以及強度等的定義如下。剛性和柔性指的岩石在力的作用下是否出現變形的性質，否則剛性，是則柔性。彈性和塑性指的是岩石在力的作用下是否出現可恢復的變形的性質，否則塑性，是則彈性。脆性和韌性指的岩石在力的作用下是出現破裂的變形還是流動而不破裂的變形的性質，前者是脆性，後者是韌性。強度指岩石在力的作用下出現屈服或破裂時承受的最大應力。岩石處於地下深處，承受著周圍岩體對它施加的圍壓作用、地下熱量對其的加熱作用、地下流體對其的物理和化學作用以及時間因素的作用等。所有這些因素在很大程度上可改變岩石的力學表現。
1.圍壓因素
岩石所處深度越大，圍壓也越大，這種壓力，一方面增強了岩石的韌性；另一方面，大大提高了岩石的強度極限，彈性極限也有所增高。
圖3-44為石灰岩在常溫時從0.1MPa到約400MPa的圍壓下進行實驗而得出的應力-應變曲線。當圍壓為0.1MPa，施加壓應力到280MPa時，石灰岩表現為彈性，超過此值岩石就破裂。當圍壓增大到100MPa以上，石灰岩受到400MPa左右的壓應力時，開始顯示塑性變形。圍壓在200MPa時，石灰岩壓縮了30%還未破裂，表明岩石的韌性大大增加了。上述實驗還表明，岩石的強度極限是隨圍壓的增加而加大的。當圍壓為0.1MPa時，即在地表條件下，這種石灰岩的抗壓強度也可達到280MPa；圍壓為100MPa時，其抗壓強度將大於390MPa；圍壓在400MPa時，石灰岩的抗壓強度可增高到800MPa以上。此外，岩石種類不同，圍壓的影響可以有很大的變化。
圖3-44 石灰岩在不同圍壓下的應力-應變曲線
（據E.Robertson）
上述情況表明，在近地表，大多數岩石表現為脆性，斷裂相對較發育。當處於地殼深處時，岩石就變為具有高度韌性的物質，甚至呈現出粘性流動特徵，因此，褶皺就相對比較發育。
圍壓對於岩石力學性質影響的原因在於，圍壓使固體物質的質點彼此接近，增強了岩石的內聚力，從而使晶格不易破壞，因而不易斷裂。
2.溫度因素
許多岩石在常溫常壓下是脆性的，隨著溫度的升高，岩石的強度降低，彈性減弱，韌性顯著增強，因而有利於發生形變。圖3-45是格里格斯（D.T.Griggs，1951）對大理岩進行實驗所作出的應力-應變曲線。在室溫和1000MPa圍壓下，對大理岩施加壓力時，大理岩的彈性極限為200MPa左右；溫度增高到150℃時，彈性極限降低為100MPa左右。這個實驗表明，溫度升高對岩石變形和抗壓強度的影響。
礦物與岩石一樣，溫度升高，彈性極限和抗壓強度明顯降低，易於塑性變形。圖3-46是磁黃鐵礦在圍壓100MPa和不同溫度下的應力-應變曲線。溫度從25℃逐級升高到500℃，彈性極限和抗壓強度逐級降低，而且溫度升得越高，二者降得越快。
圖3-45 溫度和溶液狀態對大理岩變形的影響
（據D.T.Griggs，1951）
圖3-46 在圍壓100MPa和不同溫度作用下，磁黃鐵礦的應力-應變曲線
（據R.C.Bruce et al.，1973）
溫度增高對岩石力學性質影響的原因是，由於溫度增高時，岩石質點的熱運動增強，從而減弱它們之間的聯系能力，使物質質點更容易位移。因此，當溫度升高到適當程度時，較小的應力也能使岩石發生較大的塑性變形。
3.流體因素
在乾燥和潮濕狀態下，岩石的力學性質是大不相同的。野外觀察和室內實驗都證實了這一點。當岩石中有溶液或水汽時，通常可降低岩石的彈性極限，增加岩石的塑性，岩石易於變形。
一種機制是在應力作用下，溶液有利於重結晶作用，它可促使某些礦物溶解，也可促使某些新礦物形成，因而有利於岩石的塑性變形。另一種機制是溶液的加入使分子的活動力加強，因此，隨著分子活動力的增強，岩石分子之間的凝聚力必然降低，從而降低了岩石和礦物的強度。第三種機制是岩石孔隙內流體通常具有一定的孔隙壓力，這種壓力可以減小岩石內摩擦力。一般情況下，岩層中孔隙壓力增大會使岩石屈服強度降低，因而易於變形。在沉積物堆積時，一些流體封閉在粒間孔隙內，水就是其中常見的一種。沉積物被壓實後，其中部分雖被擠出，但大部分仍然留在岩層中，可以產生很大的孔隙壓力。
對比圖3-45下面兩條曲線，濕大理岩比干大理岩更容易發生塑性變形，如果產生10%的變形量所需要的壓應力，對於干大理岩是300MPa，而對於濕大理岩只需要200MPa左右。表3-2列舉了七種岩石在潮濕條件下抗壓強度的降低率，其中頁岩抗壓強度降低率最大，為60%。
礦物也具有這種性質，如雲母片在潮濕的空氣里遠比在乾燥的空氣里更易彎曲。圖3-47中曲線A、B、C、D表示在乾燥條件下，隨著溫度的不斷升高，石英的彈性極限依次降低，而塑性相應增大。在乾燥條件下950℃的曲線應在C、D線之間，但在潮濕條件下，950℃的E曲線卻下降到曲線D以下，表明其強度大大降低。
如圖3-48所示，當孔隙壓力增加時，岩石的屈服強度隨之降低，即圖中由點g降到點a。
表3-2 七種岩石在乾燥和潮濕狀態下的抗壓強度及強度降低率
圖3-47 溶液和溫度對石英變形的影響
（圍壓1400MPa）
圖3-48 印第安納石灰岩在近70MPa圍壓下的壓縮變形中，孔隙壓力對應力-應變曲線的影響
（據P.Robinson，1959）
實驗還表明，同一岩石，因流體介質性質不同，其強度降低程度也不相同。例如：處於圍壓為1000MPa的大理岩，在煤油介質內的抗壓強度為810MPa；但在水中，其抗壓強度降低為156MPa，僅為在煤油中的抗壓強度的五分之一。
4.時間因素
時間對於岩石的力學性質與變形的影響有以下三個方面：
（1）快速施力與緩慢施力對岩石變形的影響
快速施力，不僅加快岩石的變形速度，而且會使其脆性變形加強。例如，瀝青和潮濕粘土是韌性物質，在快速沖擊力作用下，會像脆性物質一樣被破壞。如緩慢施力，則會使脆性物質發生塑性變形。長時間緩慢持續施力，使物體破壞所需要的應力遠比迅速施力使之破壞所需要的應力小得多。當岩石受到緩慢的長時間外力的作用時，質點有充分時間固定下來，於是產生了永久變形。當快速變形時，質點來不及重新排列就破裂了，所以就呈現出脆性變形的特徵。
（2）重復受力對岩石變形的影響
使岩石多次重復受力，雖然作用力不大，也能使岩石破裂。圖5-49表示一種金屬破裂時的應力與發生破裂所需要加力次數之間的關系。從圖中可以看出，當應力次數增加時，破裂時的應力值就降低，降低為200MPa時，圖上曲線便趨於水平，這時的應力值代表了物體在重復受力情況下發生破裂的最低應力極限，稱為疲勞極限或耐力極限。用低於疲勞極限的應力作用於物體次數再多，也不能使物體破裂。
（3）長期作用對岩石變形的影響
流變實驗可觀察長期作用對岩石變形的影響。通常有等應變率實驗和蠕變實驗兩種，前者對岩石施加一個恆定的很小的應變速率來觀察應力變化情況，後者對岩石施加一個恆定的較小的應力來觀察應變長期變化情況。基本的結論是：長時間的緩慢變形會降低材料的彈性極限；彈性不斷降低，彈性變形逐漸減小，塑性變形不斷緩慢增加；脆性降低，韌性增強，並可呈現流變特徵。
石灰岩在常溫常壓下是脆性的，彈性極限為250MPa。但在較長時間的實驗中，雖然只受到140MPa的壓應力作用，便可以發生塑性變形。第一天縮短了0.006%，10天後縮短了0.011%，再後變形速度減慢（圖3-50）。上述的變形包括了彈性變形和塑性變形兩部分，當外力取消後彈性變形部分隨之消失，但塑性變形部分保留了下來。
圖3-49 某種金屬的耐力曲線
（據M.P.Bilings，1972）
圖3-50 在140MPa的壓應力作用下石灰岩的蠕變曲線
（據D.T.Griggs，1939）
根據蠕變的變化特點，可將蠕變過程分為三個階段（圖3-51）：第一階段可稱為過渡蠕變階段，相當於曲線AB段，在此階段內應變速率不斷減小，達到B點時降為最小值；第二階段為平穩蠕變階段，又稱定常蠕變，相當於曲線的BC段，在該階段內蠕變速率保持常量，是蠕變速率最小的一個階段；第三階段為加速蠕變階段，相當於曲線的CD段，在本階段內隨著時間增長，蠕變速率顯著加快，到D點後，試件完全破壞。
岩石在恆定外力作用下都會發生蠕變現象，只是不同的岩石其蠕變快慢不同而已。溫度對蠕變快慢的影響也很大，溫度越高，蠕變越快（圖3-52）。蠕變是岩石流動性的一種表象，它與液體的流動相似，所不同的是液體流動的分子運動是各自獨立的，而蠕變流動是靠晶體的滑移來實現的。
圖3-51 蠕變曲線
a—典型的蠕變曲線；b—低溫和低應力下的蠕變曲線；c—高溫和高應力下的蠕變曲線
圖3-52 蠕變增大麴線
（據A.H.Sully，1949）
恆定應力作用下，蠕應變隨溫度增高而增大
吉格奈格斯（Gignoux）早在1948年就指出：「只要有足夠的時間，任何岩石在任何應力下都能夠流動。」在流變的意義下，岩石的變形和應力都受時間因素的影響。應當看到，開展岩石流變學和高溫、高壓條件下岩石力學實驗研究，將會有助於推動成因構造地質學和大地構造學的發展。
最後將圍壓、溫度、流體和時間對岩石力學性質和岩石變形的影響定性地概括於表3-3中。
表3-3 岩石力學性質及其與影響因素的關系
「＋」表示提高、增強，「-」表示降低、減弱。
❿ 你觀察過岩石和土壤嗎,知道人們為什麼一直對岩石和土壤進行研究嗎
岩石與土壤之間的關系：土壤是由於岩石一系列的變化而形成的。
裸露的岩石經過風化作用變成成土母質，成土母質在微生物和低等植物的作用下變成原始土壤後經草本植物和木本植物的作用變成成熟的土壤，土壤的侵蝕堆積又是岩石圈沉積岩的重要來源，岩石是古代火山爆發後所形成的物質，經過很多自然原因慢慢形成了土壤。
大約在200年前，人們可能認為高山、湖泊和沙漠都是地球上永恆不變的特徵。可現在我們已經知道高山最終將被風化和剝蝕為平地，湖泊終將被沉積物和植被填滿，沙漠會隨著氣候的變化而行蹤不定。地球上的物質永無止境地運動著。
暴露在地殼表面的大部分岩石都處在與其形成時不同的物理化學條件下，而且地表富含氧氣、二氧化碳和水，因而岩石極易發生變化和破壞。表現為整塊的岩石變為碎塊，或其成分發生變化，最終使堅硬的岩石變成鬆散的碎屑和土壤。
礦物和岩石在地表條件下發生的機械碎裂和化學分解過程稱為風化。由於風、水流及冰川等動力將風化作用的產物搬離原地的作用過程叫做剝蝕。土壤，是由一層層厚度各異的礦物質成分所組成大自然主體。土壤和母質層的區別表現在於形態、物理特性、化學特性以及礦物學特性等方面。由於地殼 、水蒸氣、 大氣和生物圈的相互作用，土層有別於母質層。它是礦物和有機物的混合組成部分，存在著固體，氣體和液體狀態。疏鬆的土壤微粒組合起來，形成充滿間隙的土壤的形式。這些孔隙中含有溶解溶液（液體）和空氣（氣體） 。因此，土壤通常被視為有多種狀態 。土壤由岩石風化而成的礦物質、動植物，微生物殘體腐解產生的有機質、土壤生物（固相物質）以及水分（液相物質）、空氣（氣相物質），氧化的腐殖質等組成。固體物質包括土壤礦物質、有機質和微生物通過光照抑菌滅菌後得到的養料等。液體物質主要指土壤水分。氣體是存在於土壤孔隙中的空氣。土壤中這三類物質構成了一個矛盾的統一體。它們互相聯系，互相制約，為作物提供必需的生活條件，是土壤肥力的物質基礎。
可以研究土壤的類型，形成原因，特點，對農業生產的影響等等。