第三章岩石的物理、水理与热学性质第1节岩石的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。所谓物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态。与工程密切相关的物理性质有密度和空隙性。1、岩石的密度岩石密度(rockdensity)是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3。它是建筑材料选择、岩石风化研究及岩体稳定性和围岩压力预测等必需的参数。岩石密度又分为颗粒密度和块体密度，各类常见岩石的密度值列于表3-1。表3-1常见岩石的物理性质指标值32(一)颗粒密度岩石的颗粒密度(ρs)是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。如基性、超基性岩浆岩，含密度大的矿物较多，岩石颗粒密度也大，一般为2.7～3.2g／cm3；酸性岩浆岩含密度小的矿物较多，岩石颗粒密度也小，多变化在2.5～2.85g／cm3之间；而中性岩浆岩则介于上二者之间。又如硅质胶结的石英砂岩，其颗粒密度接近于石英密度；石灰岩和大理岩的颗粒密度多接近于方解石密度，等等。岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。(二)块体密度块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石试件的含水状态，又有干密度(ρd)、饱和密度(ρsat)和天然密度(ρ)之分，在未指明含水状态时一般是指岩石的天然密度。各自的定义如下：Vmsd=ρ(3-1)33Vmsatsat=ρ(3-2)Vm=ρ(3-3)式中：ms、msat、m分别为岩石试件的干质量、饱和质量和天然质量；V为试件的体积。岩石的块体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密切相关。致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度很接近，随着孔隙、裂隙的增加，块体密度相应减小。岩石的块体密度可采用规则试件的量积法及不规则试件的蜡封法测定。二、岩石的空隙性岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。同时，由于岩石经受过多种地质作用，还发育有各种成因的裂隙，如原生裂隙、风化裂隙及构造裂隙等。所以，岩石的空隙性比土复杂得多，即除了孔隙外，还有裂隙存在。另外，岩石中的空隙有些部分往往是互不连通的，而且与大气也不相通。因此，岩石中的空隙有开型空隙和闭空隙之分，开型空隙按其开启程度又有大、小开型空隙之分。与此相对应，可把岩石的空隙率分为总空隙率(n)、总开空隙率(no)、大开空隙率(nb)、小开空隙率(na)和闭空隙率(nc)几种，各自的含义如下：%100)1(%100×?=×=sdvVVnρρ(3-4)%10000×=VVnv(3-5)%100×=VVnvbb(3-6)bvaannVVn?=×=0%100(3-7)0%100nnVVnvcc?=×=(3-8)式中：Vv、Vvo、Vvb、Vva、Vvc分别为岩石中空隙的总体积、总开空隙体积、大开空隙体积、小开空隙体积及闭空隙体积；其它符号意义同前。一般提到的岩石空隙率系指总空隙率，其大小受岩石的成因、时代、后期改造及其埋深的影响变化范围很大。常见岩石的空隙率见表3-1，由表可知，新鲜结晶岩类的n一般小于3％，沉积岩的n较高，为1％～10％，而一些胶结不良的砂砾岩，其n可达10％～20％，甚至更大。岩石的空隙性对岩块及岩体的水理、热学性质及力学性质影响很大。一般来说，空隙率愈大，岩块的强度愈大、塑性变形和渗透性愈大，反之愈小。同时岩石由于空隙的存在，使之更易遭受各种风化营力作用，导致岩石的工程地质性质进一步恶化。对可溶性岩石来说，空隙率大，可以增强岩体中地下水的循环与联系，使岩溶更加发育，从而降低了岩石的力学强度并增强其透水性。当岩体中的空隙被粘土等物质充填时，则又会给工程建设带来诸如泥化夹层或34夹泥层等岩体力学问题。因此，对岩石空隙性的全面研究，是岩体力学研究的基本内容之一。岩石的空隙性指标一般不能实测，只能通过密度与吸水性等指标换算求得，其计算方法将在水理性质一节中讨论。第2节岩石的水理性质岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有吸水性、软化性、抗冻性及渗透性等。一、岩石的吸水性岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常用吸水率、饱和吸水率与饱水系数等指标表示。(一)吸水率岩石的吸水率(W