① 岩石力学性质的影响因素分析
6.2.1 岩石成分对岩石力学性质的影响
影响岩石力学性质的因素很多，除受力条件和赋存环境等外在因素外，还有沉积岩石物质成分和结构构造等内在因素，因此，沉积岩的沉积特征与力学性质对岩石的变形机制和井下支护对策的研究具有重要意义。有关岩石成分和结构对岩石力学性质的影响研究，已取得了有意义的定性认识: 如石英含量越高，强度越大; 细颗粒岩石的强度较高; 抗压强度随着孔隙率的增加而减少等。近些年来，利用高倍显微镜、扫描电镜及 CT 技术研究岩土的微观、宏观结构，取得了一定成果。国内学者就软岩工程地质特征进行了研究，取得了有意义的研究成果。但从目前的研究现状看，岩石 ( 体) 力学中的沉积特征研究开展得还不够深入，沉积岩石学与力学研究和工程应用没有融为一体，因而没有真正发挥应有的作用。基于沉积岩石学特征，应用相关仪器，对不同岩性的岩石试样进行试验，建立沉积特征参数与宏观力学性质之间的定量关系，取得了有意义的研究成果。岩石中的裂隙，按成因分为原生裂隙与次生裂隙两大类。裂隙的存在，导致岩体的连续性被破坏，削弱岩体内的连接力，降低岩体的坚固性和稳定性。原生裂隙是指成岩过程中生成的裂隙，也叫成岩裂隙，如沉积岩的层理面、节理面、不整合面以及在成岩过程中因脱水密实而出现的与层理垂直或斜交的有一定分布规律的裂隙面。次生裂隙指岩层生成以后产生的，主要包括构造裂隙和矿压裂隙。构造裂隙是在岩体形成后，在地壳运动过程中产生的，在岩体内除了一些明显裂隙外，还有很多闭合的、很难分辨的细微裂隙。由于地质构造作用力的不同，可分为张裂隙和剪裂隙。由于岩体内存在着这些大大小小的裂隙，构成明显的弱面，所以在开采过程中，常会发生无预兆的冒顶事故。矿压裂隙是在开采过程中，由岩体内矿山压力所造成的。天然岩体总是被各种裂隙分割成块体，这些块体之间既相互联系又相互影响。岩石的非均质性、层理性、裂隙性，对岩石的物理力学性质有重大的影响，岩石物理力学性质的连续或不连续、均匀或不均匀、各向同性或各向异性，都取决于这些结构特征。
6.2.2 水对岩石力学性质的影响
地壳中的岩石，尤其是沉积岩，大部分都含有水分或溶液，有的含有油气。L.Müller( 1974) 曾指出过，岩体是两相介质，即由矿物 - 岩石固相物质和含于孔隙和裂隙内水的液相物质组成，它们都会降低岩石的弹性极限，提高韧性和延性，使岩石软化，易于变形，其变形与强度特征受到重要影响。
( 1) 兖州煤田
由表6.3 至表6.5 可以看出，随含水量增加，岩石的单轴抗压强度和弹性模量均急剧降低，但降低的速率受岩性控制，不完全相同，主要取决于岩石结构状况、结晶度和是否含有亲水性粘土矿物等因素。影响岩石力学性质的主要因素有岩石岩性、构造分布、水的作用等，通过上面的分析得出如下认识:
表6.3 兖州煤田自然含水状态下力学性质试验结果
注: 采样地点东滩煤矿。
不同岩性的岩石具有不同的形变速率和强度特征，岩石力学性质主要表现为，随着碎屑颗粒粒度由粗到细，即由砂岩到泥岩变化，碎屑岩的强度与刚度均迅速衰减。随构造发育程度的不同，区域岩体表现的力学性质存在很大差异，构造发育区，岩体的完整性遭到破坏，岩石被切割或破碎成带，力学强度降低; 非构造发育区，岩体完整，岩体力学强度高。水对岩石力学性质亦有重要影响，在干燥或较少含水量情况下，岩石在峰值强度后表现为脆性和剪切破坏，应力 - 应变曲线具有明显的应变软化特性; 随着含水量的增加，岩石单轴抗压强度和弹性模量均急剧降低，表现为塑性破坏，且应变软化特性不明显。另外，砂岩的孔隙度对力学性质影响也很明显 ( 表6.6，表6.7) ，同是细砂岩，当孔隙率分别为 2.3%、8.0%、11.4% 时，自然状态下的抗压强度分别为 796.0MPa、492.0MPa、158.0MPa; 同是中砂岩，当孔隙率分别为 4.4% 、12.7% 、15.7% 、17.8% 时，自然状态下的抗压强度分别为 700.0MPa、398.6MPa、539.0MPa、115.0MPa; 说明随着孔隙度的增高，岩体抗压强度有迅速减小的趋势。
表6.4 兖州煤田 3 煤层顶板岩样测试参数
注: 采样地点东滩煤矿。
表6.5 兖州煤田岩石物理力学性质 ( 一)
表6.6 兖州煤田岩石物理力学性质(二)
注:采样地点东滩煤矿。
表6.7 兖州煤田岩石物理力学性质(三)
注:采样地点东滩煤矿。
( 2) 龙固井田
巨野煤田龙固井田山西组 3 煤层顶底板砂岩含水层，统称为 3 砂。井田内有 60 孔揭露，砂岩厚 4.80～75.65m，平均 26.7m。以细砂岩为主，局部为中砂岩和粉砂岩，裂隙局部发育，充填有方解石脉。3 砂共发现漏水点 9 层次，漏水孔率为 15.0%，漏水点深711.28～ 905.36m。该层位 L - 2 和 L - 15 孔抽水 2 次，单位涌水量 0.00811～ 0.01509L / s·m，渗透系数 0.00993～ 0.02746m / d，水位标高 34.97～ 35.12m，矿化度 6.88～ 7.79g / L，水质类型为 SO4- K + Na 型，属弱富水的裂隙承压含水层。根据抽水试验，水位恢复缓慢，如 L -2 号孔抽水后 24h 恢复水位尚比静止水位低 4.74m，表明 3 砂径流不畅，补给条件差。3 砂是 3 煤层直接充水含水层。根据研究的需要，把龙固井田富水性分区划分为5 个级别: 极强、强、中等、弱、极弱。通过对研究区钻探、水文等资料进行分析，对研究区不同级别的富水性进行了圈定 ( 图6.3) 。由图6.3 可知: 龙固井田内总体富水性主要呈南北分布、东西分带的特点，井田大部分区域富水中等，约占井田的 1/2。其中，富水性比较弱的区域主要分布在井田的东南部，靠近邢庄断层，北部跨过陈庙断层的区域小面积出现; 井田富水性强的区域主要分布在井田东北部陈庙断层与田桥断层交叉区域以及井田北部靠近张楼断层的小块区域，总体来说，龙固井田 3 煤顶板富水性中等 - 偏强，影响了煤层顶板岩石力学的强度 ( 表6.8) ，降低了顶板稳定性。
图6.3 龙固井田 3 煤顶板砂岩富水性分区
表6.8 龙固井田3煤顶板岩石物理力学性质试验
续表
6.2.3 构造结构面对岩石力学性质的影响
对于不同岩性的岩石，破坏机制存在差异，软质岩石在单轴压缩条件下为剪张破坏，在一定侧压条件下为弱面剪切破坏和塑性破坏，并且随着侧压的增大，岩石应力 - 应变曲线由应变软化状态向近似应变硬化状态过渡，并伴有体积膨胀现象。中硬岩石在单轴压缩条件下为脆性张裂破坏，随着侧压的增加，岩石进入剪切破坏; 岩石应力 - 应变曲线表现出一定的应变软化特性。硬质岩石在侧压范围内均为脆性张裂破坏和剪切破坏，破坏时发出较大的声响和振动，岩石应力 - 应变曲线表现出明显的脆性和应变软化特性，说明岩性对岩石力学性质具有重要的控制作用。
煤矿开采实践证明，煤层顶板稳定性存在局部变化，与断层、褶皱活动相关，断层的存在可以改变顶板冒落的一般规律，使顶板沿断层切下，导致工作面突然冒顶和来压。无论是正断层还是逆断层，在断层下盘靠近断层面附近最易冒顶，当巷道掘进到断层区时，一般出现比较大的围岩变形，支护十分困难。顶板岩体中发育的小褶皱常使顶板条件恶化，由于挠曲滑动作用，褶皱的层理面上擦痕遍布，使顶板稳定性降低。
断层带附近煤岩体力学性质的变化特征与正断层的形成过程和特点密切相关 ( 图6.4) 。在断层的形成过程中断层面附近为一明显的应力集中带，其变形破裂也最明显，在该带煤岩层强度大幅度降低，远离断层，应力作用减小，变形破裂也变弱，因此平面上越靠近断层，煤层孔隙和裂隙越发育，煤岩体力学强度也越低 ( 图6.5) 。正断层形成的过程中，上盘为主动盘，断裂面形成后，上盘会因重力作用向下滑动，而产生次生压力，此外，正断层使断块在不规则断层面上活动或断块内小断块之间相互作用产生局部压力。正断层的这些特征势必导致上盘裂隙发育程度大于下盘，上、下盘相对滑动产生的次生应力不仅会使上盘的破坏程度大于下盘，而且会使伴生的剪裂隙和张裂隙进一步扭转，转化为张扭性裂隙。
图6.4 断层与煤层裂隙和孔隙率的关系
煤层顶板稳定性的局部变化与断层、褶皱的活动有关。研究表明 ( 图6.5) ，断层带附近煤岩体破碎，煤岩体中裂隙的发育程度随着与断层面距离的变小而增强，煤岩体力学强度越靠近断层越低。裂隙的力学性质向断层面方向由张性向张扭、压扭性再到张性转化，正断层附近宏、微观裂隙发育程度和影响宽度表现为上盘明显高于下盘，且断层对煤岩体力学强度影响宽度明显高于对宏、微观裂隙影响宽度，一般为落差的 2～4 倍。由于采动影响，破坏了岩体中原岩应力的平衡状态，引起采场周围岩体内的应力重分布，形成支承压力区和卸载区，随着工作面推进顶板沉积岩层经历了一个在煤壁前方支承压力作用下的压缩 ( 密) 变形和沿层面方向的剪切滑移变形，最后在采空空间沿层面产生拉张离层破坏的过程，最终导致煤层顶板失稳。
图6.5 断层附近煤岩体单轴抗压强度的变化L—距断层距离; H—断层落差
6.2.4 沉积结构面对岩石力学性质的影响
沉积结构面与成岩后所形成的构造结构面是有区别的，对岩体力学性质的影响也各不相同。沉积结构面分布广，延展好，相互间高度贯通，使沉积岩体具有许多特有的力学特征 ( 图6.6) 。所以研究沉积结构面对岩体力学性质的影响具有重要意义。
图6.6 不同结构类型岩体应力应变曲线( 据张倬元等，1994)
沉积结构面是沉积岩体特有的性质，由于沉积结构面的存在使沉积岩体力学性质呈各向异性。根据层理面上的强度特征将层理进一步分为弱面型与非弱面型。
1) 非弱面型层理是在水动力较强、变化不大，或者说是在持续较强的水动力条件下形成的，并保存在砂岩和粉砂岩中的沉积构造，如交错层理、水平层理、平行层理等。岩体受力变形过程中一般不会沿这些层理面破坏。
2) 弱面型层理是在水动力强弱交替的条件下形成的，当水动力弱时形成泥质岩、云母片、植物碎屑和炭质等定向排列而呈现层理，这类层理的细层之间粘结较弱，形成沉积弱面，如交错层理、砂纹层理、潮汐层理、互层层理和水平层理等，岩体受力变形过程中，岩体易产生垂直于沉积结构面的张性破坏或沿沉积弱面的剪切破坏。
层系或层系组界面、岩层面以及不整合面均为沉积弱面，对岩石 ( 体) 力学性质具有重要影响。如老顶砂岩与直接顶或煤层冲刷形成的接触面，由于砂岩与泥岩力学性质差异较大，岩性界面黏聚力差，砂体下直接顶泥岩层往往易离层破坏，因此在成岩作用过程中接触面附近常发育有较多的垂直接触面的原生裂隙，造成岩体的不连续性，对顶板稳定性影响很大。
沉积岩体中软弱夹层实质上是具有一定厚度的岩体软弱结构面，它与围岩相比，具有显著低的强度和显著高的压缩性，其抗压、抗剪和抗拉强度均低于围岩，在采动影响下软弱夹层易于沿层面脱落。
因沉积结构面受力作用的方式不同，沉积岩体变形破坏机制也不相同。
层理构造是沉积岩最基本的特征，沉积岩体中的层理面在地质上代表的是一种沉积环境向另一种沉积环境过渡的转换面，代表一个沉积间断，其形态具有多样性，层理面上往往有大量的植物碎屑、云母片等软弱成分的定向排列，在力学性质上属于一种弱结构面。层理越发育，其顶板的稳定性越差。B.A.布克林斯基用衰减函数描述岩体内部移动等值线，当考虑岩体分层性时，计算出的移动等值线不是平滑的而是出现折线形状，线的转折发生在两个岩性不同的接触面处。由于层理的存在使岩体力学性质呈各向异性，图6.9 展示了沉积岩体各向异性变形特征。在室内对层状岩石试件的实验结果表明，加载方向不同，岩石表现出不同的力学性质 ( 表6.9; 图6.7，图6.8) 。
表6.9 沉积结构面对岩体力学性质影响统计
图6.7 沉积结构面对陆源碎屑岩弹性模量影响曲线
由以上分析，总结出下面几点结论:
1) 垂直层理方向加载时的弹性模量比平行层理方向加载时的弹性模量低，这是因为层面间结合力较差，甚至有空隙，因此，垂直层理方向易被压缩，应变量大所致。
图6.8 沉积结构面对陆源碎屑岩抗压 ( A) 、抗拉 ( B) 强度影响曲线
2) 岩石的强度表现为平行层理方向加载时的抗拉强度大于垂直层理方向的抗拉强度，而平行层理方向加载时的抗压强度与凝聚力小于垂直层理方向的抗压强度与凝聚力。
3) 纵波速度和动弹性模量亦表现出垂直于层理方向比平行于层理方向低的特征，且各向异性指数表现为顶板泥岩明显大于老顶砂岩，这是由于顶板泥岩层面富集植物碎屑和碎片以及水平层理发育所致。
由此可知，由于沉积岩体中层面和层理的存在，导致沉积岩体的力学性质明显地表现为各向异性或横观同性特征 ( 图6.9) 。
图6.9 各向异性变形测试结果( 据郭志，1981)
② 岩石力学的特点
岩石力学的诞生是以解决岩石工程稳定性问题和研究岩石的破碎条件为目的而诞生的。其研究介质不仅非常复杂，而且存在许多力学性质不稳定性或不确定性因素，这就使得本学科独立的、完善的、系统的基础理论难以建立、岩石力学的发展始终引用和发展固体力学、土力学、工程地质学等学科的基本理论和研究成果，或者引用这些相关学科的研究成果来解决岩石工程中的问题，因此，偏重不同行业应用的岩石力学往往有不同的定义，迄今岩石力学也没有统一的定义。
美国地质协会岩石力学委员会于1964年提出的岩石力学定义为：岩石力学是研究岩石力学性状的一门理论和应用科学，是力学的一个分支，是研究岩石在不同物理环境的力场中产生各种力学效应的学科。该定义概况了岩石破碎和稳定两方面的主题，也概括了岩石在不同物理环境中各种应力状态下的变形、破坏规律。这是一个较广泛、较严密并得到广泛认可的定义。
岩石力学又称为岩体力学。但随着科学技术的发展，岩石与岩体已有严格的区分，因此有人认为应将岩石力学改为岩体力学更切合本学科的研究主题。但是，岩石力学这一名词沿用已久且使用普遍，所以岩石力学和岩体力学是同一学科。研究内容岩石力学的内容分为基础理论和工程应用两个方面。
基础理论主要研究：
①岩石应力，包括岩体内应力的来源、初始应力(构造应力、自重应力等)、二次应力、附加应力等。初始应力由现场量测决定，常用钻孔应力解除法和水压致裂法，有时也用应力恢复法。二次应力和附加应力的计算常用固体力学经典公式，复杂情况下采用数值方法。
②岩石强度，包括抗压、抗拉、抗剪（断）强度及岩石破坏、断裂的机理和强度准则。室内用压力机、直剪仪、扭转仪及三轴仪，现场做直剪试验和三轴试验，以确定强度参数（凝聚力和内摩擦角）。强度准则大多采用库伦－纳维准则。这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正（压）应力的大小成正比。其次采用莫尔准则，也可采用格里菲思准则和修正的格里菲思准则。
③岩石变形，包括单向和三向条件下的变形曲线特性、弹性和塑性变形、流变（应力-应变-时间关系）和扩容。岩石流变主要包括蠕变和松弛。在应力不等时岩石的变形随时间不断增长的现象称为蠕变。在应变不变时岩石中的应力随时间减少的现象称为松弛。岩石扩容是指在偏应力作用下，当应力达到某一定值时岩石的体积随偏应力的增大而增大的现象。研究岩石变形在室内常用单轴或三轴压缩方法、流变试验和动力试验等，多数试验往往结合强度研究进行。为了测定岩石应力达到峰值后的应力与应变关系，必须应用伺服控制刚性压力机。野外试验有承压板法、水压法、钻孔膨胀计法和动力法等。根据室内外试验可获得应力与应变关系和应力-应变-时间关系以及相应的变形参数，如弹性模量、变形模量、泊松比、弹性抗力系数、流变常数等。
④岩石渗流，包括渗透性、渗流理论、渗流应力状态和渗流控制等。对大多数岩石假定岩石中的水流为层流，流速与水力梯度呈线性关系,遵循达西定律。岩石渗透性用渗透系数表示,该系数在室内用渗透仪测定，在野外用压水和抽水试验测定。渗流理论借流体力学原理进行研究。稳定渗流满足拉普拉斯方程。多数岩石内的孔隙（裂隙）水压力可用K.泰尔扎吉有效应力定律计算。为了减小大坝底面渗透压力、提高大坝的稳定性，应当采取渗流控制措施，如抽水、排水、设置灌浆帷幕以延长渗流途径等。
⑤岩石动力性状，研究爆炸、爆破、地震、冲击等动力作用下岩石的力学特性、应力波在岩石内的传播规律、地面振动与损害等。动力特性在室内用动三轴试验研究，野外用地球物理性、爆炸冲击波试验等技术进行研究，波的传播规律借固体力学的理论进行研究。
③ 岩石力学参数分布特征
岩石是岩体的组成物质，它的工程地质特性一般不直接决定岩体的稳定性，但它是影响岩体稳定性的重要因素之一。在完整块状结构的岩体与松软岩体中，结构面对岩体变形破坏不起主导作用，岩石的特性与岩体的特性并无本质的区别。岩体的工程地质特性包括物理性质、水理性质与力学性质三大方面，但最重要的是力学性质。表征岩石的基本力学性质有弹性、塑性、硬化、强度、刚度和韧性等等。岩石种类不同，变形程度不同，所显现出来的力学性质也不一样。有的性质是相对而言的，如脆性和韧性。现在一般是以破裂后残余应变或临近破裂前总应变量的大小来度量，如按破裂前的最大应变小于 3% 定为脆性，大于 5%为韧性，介于 3%～5%是过渡性的。因此，在进行工程地质和顶板岩体质量及稳定性评价时，要对沉积岩石的变形力学特性进行专门研究。
岩石的力学性质主要指岩石的变形与强度特性。为了研究岩石强度和变形特性及岩石发生破裂的发展过程，利用岩石力学试验机对圆柱形岩石试件进行单轴或三轴压缩试验是基本手段之一。岩石的变形特征最直观的表达方法是通过应力 - 应变关系曲线来表示( 图6.1) 。在刚性实验机上获得的岩石应力 - 应变曲线较好地再现了岩石的应变强化和应变软化特性，对于大多数岩石，当应力超过岩石的抗压强度时，由于内部微裂纹扩展，岩石表现为渐进破坏，强度逐渐降低 ( 应变软化) ，同时伴随着体积膨胀 ( 扩容) ，直至达到一个残余强度值。因此，由峰值强度至残余强度这一区段可以看作岩石由完整发展到破碎的过程。
理想岩石的变形过程大体上可分为 3 个阶段 ( 图6.1) : 弹性变形阶段、塑性变形阶段与破坏阶段。弹性阶段即应力与应变之间成直线关系，当外力除去后，变形即可完全恢复。塑性阶段是随应力的增大，应变急剧增大，二者之间呈凸形的曲线关系，而且除去外力之后变形也不能完全恢复。当外力增大到一定限度之后，试件将发生破坏。
图6.1 理想岩石的应力 - 应变曲线
然而，实际的岩石具有不同的矿物成分与结构，甚至还可以具有一定的微小裂隙，其变形过程远比理想岩石复杂。R.P.米勒对 28 种岩石进行了大量的单轴抗压试验之后，归纳出 6 种类型的应力 - 应变关系 ( 图6.2) 。
第Ⅰ类: 弹性，应力 - 应变曲线具有非常接近直线的变形特点，主要为弹性变形，变形不大时突然破裂，多属脆性岩石。属于这一类型的有玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云岩和较硬的石灰岩等。
策Ⅱ类: 弹 - 塑性，应力 - 应变曲线呈简单函数关系，卸载时显示出较大的残余变形。属于这一类型的有较软的石灰岩、粉砂岩、凝灰岩等。
图6.2 在单轴压缩下岩石直至破坏时典型的应力 - 应变曲线
第Ⅲ类: 塑 - 弹性，应力 - 应变曲线开始凹向上微弯，而后逐渐变成凹向下微弯，不表现屈服，而以脆性断裂的形式破坏。属于这一类型的有砂岩、花岗岩、平行于片理方向受力的片岩和一些辉绿岩等。
第Ⅳ类: 塑 - 弹 - 塑性，应力 - 应变曲线开始凹向上弯，中间有一段接近直线段，接着是凹向下弯，从总体上看，曲线呈陡挺的 S 型。属于这一类型的有变质岩、大理岩和片麻岩等。
第 V 类: 弹 - 塑 - 弹性，应力 - 应变曲线呈舒缓的 S 型。属于这一类型的有垂直于片理方向受力的片岩等。
第Ⅵ类: 弹 - 塑 - 蠕变，即岩石试件变形到一定阶段之后变形随时间而增大。应力 -应变具有一段不长的初始直线部分，随后进入塑性变形阶段，可以产生较大的塑性变形。属于这一类型的有岩盐、钾矿石和其他蒸发岩类等。
这 6 种类型中，第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类曲线都是在开始阶段有凹向上弯的部分，实验证明:这是由于实验岩石具有较大的孔隙率、微裂隙或片理组织，随着应力作用加大，微孔隙、微裂隙被封闭或压密，开始阶段的应力 - 应变曲线正反映这一过程。
岩石的变形特性可以用一系列变形参数来表达。对于拉伸或压缩变形来说，最主要的变形参数有变形模量 ( E) 和泊松比 ( μ) 。
兖州煤田山西组主采 3 煤层及其顶板岩层均形成于浅水三角洲沉积，沉积岩性由陆源碎屑岩的砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质岩及粘土岩和煤层组成。由于顶板岩性及其组合的差异，顶板稳定性不同，生产实践表明，一般砂岩顶板稳定性高，初次垮落步距大，而泥岩顶板稳定性差，初次垮落步距较小。
表6.1 3 层煤物理力学性质
表6.2 不同岩性的直接顶、老顶、底板物理力学性质
从力学角度出发，沉积岩性对顶板稳定性的影响主要取决于岩石的力学强度。试验表明 ( 表6.1，表6.2) ，任何一种岩石力学性质的变化范围都很大，并与其他岩石有较大范围的交叉，如兖州煤田中砂岩的单轴抗压强度为 48.7～ 76.8MPa，粉砂岩为 34.0～57.0MPa，泥岩为 29.5～ 40.1MPa，煤层为 11～ 18MPa，其他参数也具有类似的特点，反映出相同类型的岩石，其力学性质差异较大，也说明影响沉积岩石力学性质的因素之多，如沉积岩石的成分、结构、胶结成分、胶结类型和支撑类型都影响着岩石力学性质。尽管同一岩性的岩石力学性质变化较大，但仍可以看出，单轴抗压强度和抗拉强度以及岩石质量指标以砂岩类最大，粉砂岩次之，泥岩较小，煤层最小。因此岩性类型对岩石强度和岩石质量均有重要的影响。
④ 褶曲构造对岩石的物理力学性质会产生什么影响
答：水对岩石性质影响，我们从成分、结构、构造等几方面分别进行阐述。一、岩石中的结合水有对岩石产生三种作用：连结作用、润滑作用、水楔作用。1、连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。2、润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。3、水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。二、岩石中的重力水：对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。1、孔隙压力作用：孔隙压力，减小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。2、溶蚀－潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。三、水对岩石的膨胀性和崩解性有影响。1、膨胀性：软岩浸水后体积增大和响应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。（1）膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。（2）膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。2、崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。水对岩石的软化作用岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数(ηc)表示。ηc定义为岩石试件的饱和抗压强度(Rcw)与干抗压强度(Rc)的比值。
⑤ 岩石的力学性质和岩石试样的室内试验
为了确定岩石材料的力学性质，通常需要从现场岩体取回岩块或岩心，将其加工成一定形状的岩石试样（rock specimen or sample），简称岩样。利用各种力学试验机对岩样进行加载。在此过程中，测量、记录岩样所承受的载荷和产生的变形。有时限于试验条件，仅测量岩样直至破坏过程中所承受的最大载荷，即通常所说的强度，主要包括轴向压缩强度、间接拉伸强度和抗剪强度等。
对柱状岩样的单向压缩试验，通常称为单轴压缩试验（uniaxial compression test），在试验原理和试验方法上最为简单。不过，由于试验机加载压头的摩擦作用，抑制了岩样端部的侧向膨胀，因而岩样内应力状态并不是均匀的单向压应力。此外，由于试样内倾角大于内摩擦角的裂隙，在无侧压时完全不能承载，更使岩样单轴压缩的破坏形式复杂，强度离散。
图1-8 岩样横截面形状对单轴压缩强度的影响
（据崛部富男，1952）
岩石材料的特殊性质，使得岩样的形状会影响其强度。例如具有相同截面面积的圆形、六边形、四边形、三角形试样的强度差别很大（图1-8）［55］。随着岩样棱数减少，抗压强度降低，说明边缘的棱角容易损坏，不能用来作为有效的承载面积。然而如果进行严密仔细的试验，四边形和圆形柱体岩样的强度差异也并不明显［56］。这从另一方面说明，由于岩石材料内部构造的特殊性，岩样的强度受到加工精度、试验条件和试样缺陷的强烈影响，某一具体试验结果未必就是岩石材料的真实力学性质。
双面剪和直接剪也是常用的试验方法，该方法用于确定岩石的剪切强度和摩擦系数（图1-9）。不过，在双面剪切试验中破裂面局部出现拉应力，并非单纯的剪切力；直接剪切试验中，由于水平力位置不同而产生弯矩，需要不均匀分布的正应力来平衡。这就是说，在剪切破裂面上不可能出现均匀的正应力和剪切应力，因而，相关试验结果与岩石的剪切摩擦特性并不完全一致。此外，由于岩石抗拉强度较低，实际上不可能实现正应力为零的纯剪切破坏（第3.1节予以具体说明）。
图1-9 双面剪和直接剪试验方法
a—双面剪切试验；b—直接剪切试验
⑥ 岩石有哪些物理力学性质影响其工程性质的因素有哪些
影响岩石工程地质性质的因素
矿物成分、结构、构造、水、风化作用
1
．矿物成分
岩石是由矿物组成的，岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接的影响。
例如，石英岩的抗压强度比大理岩的要高得多，这是因为石英的强度比方解石的强度高
的缘故，由此可见，尽管岩类相同，结构和构造也相同，如果矿物成分不同，岩石的物理力
学性质会有明显的差别。
对岩石的工程地质性质进行分析和评价时
,
更应该注意那些可能降低岩石强度的因素。
例如，
花岗岩中的黑云母含量过高，
石灰岩、
砂岩中粘土类矿物的含量过高会直接降低岩
石的强度和稳定性。
2
．结构
结晶联结是由岩浆或溶液结晶或重结晶形成的。矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢
固地联结在一起，结合力强，空隙度小，比胶结联结的岩石具有更高的强度和稳定性。
联结是矿物碎屑由胶结物联结在一起的，胶结联结的岩石，其强度和稳定性主要取决于
胶结物的成分和胶结的形式，同时也受碎屑成分的影响，变化很大。
例如：
粗粒花岗岩的抗压强度一般在
120
～
140Mpa
之间，
而细粒花岗岩则可达
200
～
250Mpa
。
大理岩的抗压强度一般在
100
～
120MPa
之间，而坚固的石灰岩则可达
250MPa
。
3
．构造
构造对岩石物理力学性质的影响，主要是由矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结
构的不连续性所决定的。
某些岩石具有的片状构造、板状构造、千枚状构造、片麻状构造以及流纹构造等，岩
石的这些构造，
使矿物成分在岩石中的分布极不均匀。一些强度低、易风化的矿物，多沿一
定方向富集，
或成条带状分布，
或形成局部聚集体，
从而使岩石的物理力学性质在局部发生
很大变化。
4
．水
实验证明，
岩石饱水后强度降低。
当岩石受到水的作用时，
水就沿着岩石中可见和不可见的
孔隙、
裂隙侵入，
浸湿岩石自由表面上的矿物颗粒，
并继续沿着矿物颗粒间的接触面向深部
侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。
如石灰岩和砂岩被水饱和后，其极限抗压强度会降低
25
％～
45
％左右。
5
．风化
风化作用过程能使岩石的结构、
构造和整体性遭到破坏，
空隙度增大、
容重减小，
吸水性和
透水性显著增高，
强度和稳定性大为降低。
随着化学过程的加强，
则会使岩石中的某些矿物
发生次生变化，从根本上改变岩石原有的工程地质性质
希望能帮到你，麻烦给“好评”
⑦ 岩石的力学性质指标主要有哪些各自的含义及特征如何
岩石的力学抄指标主要有抗压强度、抗剪强度和弹性模量及变形模量等等。关于强度主要关注抗剪强度，岩石的抗剪强度和变形模量受到很多复杂因素影响，影响的规律也较复杂，一般受岩石的类型、完整性、风化程度及含水条件等诸多因素的控制;软岩一般破碎、风化程度高，浸水状态时，强度低，反之，则强度和模量都较大。
⑧ 沉积特征与岩石力学参数相关性
6.3.1 沉积特征与岩石力学性质的关系
沉积岩的沉积特征对其力学性质、岩石变形、井下顶板支护对策的研究均具有重要意义，下面以兖州煤田为例从几个不同方面进行分析。
1) 兖州煤田主采煤层顶板岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩和粘土岩，岩性不同，岩石力学性质差异很大 ( 表6.10，表6.11) 。同一岩性层的抗压强度变化范围也很大，例如同是细砂岩，由于矿物成分比例、胶结物成分、胶结类型不同，其抗压强度有很大变化。一般情况下砂岩颗粒由大到小，岩石力学强度表现为由高到低。据不完全统计，泥岩、页岩为不稳定顶板的占 67%。而砂岩、石灰岩则几乎都为稳定型顶板。粉砂岩和砂质泥岩类则多为中等稳定顶板。
表6.10 不同岩性的抗压强度
表6.11 含煤岩系岩石力学强度类型
2) 不同岩性的组合关系也显示有不同的岩石力学性质。
·煤层 - 老顶砂岩组合，顶板结构为全硬型或为性质相近的坚硬岩层，具有下硬上软型结构，这种组合的顶板岩石强度高，较稳定，不易垮落，属稳定型顶板 ( Ⅰ级) 。
·煤层 - 泥岩 - 老顶砂岩组合或煤层 - 粉砂岩 - 老顶砂岩组合，顶板结构为下软上硬型结构，这种组合的顶板岩石力学强度次之，软岩层较易垮落，老顶砂岩稳定，属中等稳定型顶板 ( Ⅱ级) 。
·煤层 - 泥岩 - 粉砂岩 - 老顶砂岩或煤层 - 粉砂岩 - 泥岩 - 老顶砂岩组合，顶板结构为下软上硬型结构，这种组合的顶板岩石力学强度更低，下部软岩层极易垮落，直接顶分层厚度较薄，不同岩性层之间形成层理弱面，当顶板悬空时，沿层理面易出现离层而发生顶板冒落。分层越多，其顶板的整体性越差，顶板越不稳定。这种组合的顶板岩石力学性质较弱，属不稳定型顶板 ( Ⅲ级) 。
3) 对沉积岩而言，岩石碎屑之间凭借胶结结构连接在一起，形成固结岩石，因而其力学性质除与碎屑颗粒的矿物成分有关外，也与胶结作用和胶结类型等因素相关 ( 表6.11) 。胶结作用是碎屑沉积物转变为碎屑岩的主要成岩作用，胶结物的成分和胶结作用方式对岩石力学性质有极其重要的影响。碎屑岩中常见的胶结物有硅质、钙质、铁质和粘土质等，这些物质通过成岩阶段的重结晶、胶体的脱水陈化、成岩自生矿物的形成等方式把松散的碎屑胶结起来。试验结果表明，硅质胶结、铁质胶结的碎屑岩强度最高，抗水性强; 钙质胶结的碎屑岩，强度高，但易被水溶解; 泥质粘土质胶结的碎屑岩强度最低，抗水性弱，易泥化和软化。
表6.12 东滩煤矿 4305 -1 运输顺槽顶板岩样测试结果
续表
从表6.12 中的数据也可以看出，同是细砂岩，抗压强度有不同数值，最大者67.8MPa，最小者为 44.6MPa，经研究发现，抗压强度高的砂岩属于硅质胶结，裂隙不发育，即使有少量节理存在，一般被矿物质充填; 抗压强度低的砂岩为泥质胶结，存在大量裂隙、各种层理及生物碎屑。
6.3.2 测井曲线特征与岩石力学性质的关系
测井资料不仅可以定量分析个别点的岩体强度，而且可以确定所测井段的岩层强度，这对于查明较薄的软弱层是很有意义的。根据测井曲线的突向不同，可以反映岩性在垂向的变化规律，但是所确定的同一岩层，在测井曲线上所表现的并不是一条平直的光滑直线，而是有一定规律弯曲的，说明同一岩层的不同位置具有不同的物理力学性质，曲线的弯曲可以是沉积方面或构造方面作用产生的结果。
利用视电阻率曲线间接获得岩石抗压强度的主要原理是: 在沉积岩表面往往吸附离子形成 “电偶层”，外层离子在外电场作用下形成电流，增加了岩石的导电能力，根据一般造岩矿物的溶解度情况，当岩石颗粒变细时，特别是在地层水矿化度较低的情况下，有一部分矿物水解，使溶液中离子数目增加，岩石的电阻率降低，岩石颗粒间的胶结物不同也影响电阻率的高低。例如在其他条件不变的情况下，硅质胶结比泥质胶结的砂岩电阻率高。另外，岩石的孔隙度增大也会使岩石的视电阻率降低。因此，用视电阻率测井曲线可以间接测定岩层的力学性质。
自然伽马曲线形态特征可以从下面几个方面分析。
1) 曲线的幅度是测井曲线形态的重要特性之一，它可以反映出沉积体的粒度、分选性及泥质含量等沉积特征的变化，再把沉积性质与力学性质相结合。粗粒沉积物是高能环境中的产物，一般具有低自然伽马值; 细粒沉积物是低能环境中的产物，一般具有高自然伽马值，根据自然伽马曲线幅度的变化，可以了解环境能量的变化。
2) 曲线形态，反映沉积过程中物源供应与水动力条件等的沉积特征。单层砂岩的顶、底部测井曲线形态，一般可分为渐变型和突变型两大类，反映砂岩沉积初期、末期的物源与水动力条件。
3) 曲线的次级形态如曲线光滑程度与水动力条件对沉积物改造持续时间的长短有关。曲线光滑，说明沉积时水动力作用强、时间长; 若曲线锯齿多，则说明沉积时水动力作用弱、时间短。一般测井曲线的锯齿形态有 4 种类型，即箱形、钟形、漏斗形和菱形( 图6.10) 。
图6.10 测井曲线主要形态
6.3.2.1 兖州煤田测井特征
兖州煤田进行煤田开采时，进行了大量的测井，本次研究重点以兖州煤田为例，对其测井曲线所反映出的岩石力学特征进行研究。
由图6.11 可以看到在井深 559.20m 处有一层厚 13.9m 的粗砂岩，视电阻率曲线表现为砂层上部两个高峰值，砂层下部出现低值段。通过具体分析表明，粗砂岩的上部石英含量高，致密坚硬，裂隙很少发育，孔隙度亦较低，岩体力学强度高，因此视电阻率值高;砂层下部长石含量增加，裂隙发育，岩体切割，力学性质相对上部减弱，视电阻率亦随之降低。自然伽马曲线也能反映上述特点，特别是在砂层低部裂隙的出现，使岩体强度降低，自然伽马曲线对应出现高峰值。
由图6.12 可以看到，在孔深 542.65m 处有一层厚 13.6m 的中砂岩，视电阻率曲线表现为多个峰值，说明岩性分布不均一。当视电阻率处于低峰，伽马曲线表现为高峰值时，对应的中砂岩岩层的沉积环境为低能状态，水动力条件较弱，沉积的细粒物质较多，泥质含量高，岩层表现为弱力学性质，而且局部发育的裂隙也导致岩体强度降低，使测井曲线峰值不断变化。
图6.13 和图6.14 也可以用类似方法分析顶板各分层的力学性质，利用视电阻率曲线特点，结合伽马曲线分析、测定岩层的强度特征。
6.3.2.2 龙固井田
龙固井田为鲁西南地区新发现大煤田，本次研究对之进行了分析，有利于煤田勘探的进行与研究。
由图6.15 可以看出，L -2 号孔 798.60～802.30m 处粉砂岩为缓波状层理，均一，充填黄铁矿，抗压强度较高，为104.4MPa; 至780.05～782.13m 层段粉砂岩呈参差状断口，含煤线，单轴抗压强度较低，为 67.2MPa。图6.16 中 L -21 号孔 967.87～971.40m 层段细砂岩具冲刷构造，夹粉砂岩包裹体及薄层，以石英为主，次为长石，具裂隙，充填方解石及黄铁矿。抗压强度较低，为 42.4MPa; 981.89～955.80m 处细砂岩以石英为主，其次为泥质岩屑，含较多暗色矿物，夹煤线及黄铁矿薄层，发育高角度裂隙，抗压强度较高，为 135.2MPa。
图6.11 鲍 2002 -2 号孔柱状图及测井曲线
图6.12 鲍 2002 -3 号孔柱状图及测井曲线
图6.13 东滩补 33 号孔柱状图及测井曲线
图6.14 兴隆庄生 18 号孔柱状图及测井曲线
⑨ 力学强度理论问题
当研究岩石破碎问题时，可借助力学分析任何部位的受力情况。当岩石单向受力内，其强度条容件可以直接通过实验求得，通常采用单位断裂面上受力的极限——极限强度，来表示断裂的条件。但地下的岩石往往处于三向的复杂应力状态，即σ1、σ2、σ3有许多不同的组合，都可能使岩石破坏。当然不可能把岩石的各种可能的应力组合（有无穷种）统统事先测量一遍，得出相应于各种情况的岩石强度数值来。因此，为了简化，得找出岩石破坏的共同原因（主要原因），这就是强度理论要讨论的问题。
由于对破碎的认识不同和观察研究的角度不同，目前有多种强度理论。此外，由于岩石千变万化，大多数理论计算值仅是一个近似解。
大体上分，物体破坏时有两种不同现象：“滑移”和“断裂”。对这两种破坏形式在理论上也就分成两大类。
塑性材料常呈滑移破坏。滑移线迹和剪应力方向大致吻合。而脆断面则常常和正应力方向相垂直，破碎时没有明显的残余变形。岩石由于是不均匀质体，其破坏类型就比较复杂，绝不是“滑移”和“脆断”两种类型能全面概括的：如在压头的下方，炸药的邻近，岩石被挤成粉末状破碎；如岩石和工具的磨蚀等现象，也难以归入上述两种破坏类型。
⑩ 影响岩石力学性质的因素
(一)围压
设地壳深部一岩块与地表距离为，上覆岩层密度为ρ，重力加速度为g，则该岩块受上覆岩层的压力为σz。在σz的作用下，岩块有水平方向扩张的趋势，但由于围岩的制约，不允许横向扩张，即ex=ey=0，因此，水平方向的压应力σx=σy。则有：
构造地质学(第二版)
式中：μ为泊松比。在地壳深处，岩石处于高温、高压状态，延性明显增加，应力差减小。当μ=0.5时：σx=σy=σz=ρgz，τxy=τxx=τyz=0。此时岩石处于静水压力状态。
带有围压的岩石力学实验是将圆柱形试件放在密封压力室内，四周用油或气体施加围压σ2=σ3，由活塞施加轴向载荷σ1。以σ1-σ3为纵坐标，以应变ε为横坐标，即可绘制出应力-应变曲线。
在不同围压下进行的大理岩三轴实验表明(图3-31)，随着围压增加，岩石弹性极限增大，延性增强，强度及破坏前的应变增大。但岩石类型不同，所受影响的程度不同。
图3-31 大理岩在不同围压下应力-应变曲线
(据Karman，1912)
对碳酸盐类岩石及砂岩来说，围压对弹性极限的影响较小，对延性影响较大。例如，Carrara大理岩(图3-31)在围压为零时呈现脆性，在应变小于1%时即发生脆性破裂；当围压增加到50MPa时出现脆-延性过渡状态；当围压达68.5MPa时则出现明显的延性流动。
对大部分硅酸盐类岩石来说，围压的加大将使弹性极限有显著提高，但破裂前的永久变形量提高不大。玄武岩和花岗岩在室温下脆-延性转化的围压为1000MPa，而石英岩在2000MPa时仍为脆性。
围压对岩石力学性质影响的原因在于围压增加使固体物质质点彼此靠近从而增加了岩石内聚力。
(二)温度
在地壳常温层以下，温度随深度的增加而增加。估计地壳底部温度可高达1100～1300℃。因此，在研究地壳岩石变形时必须考虑温度因素。
在固定围压、不同温度条件下进行的岩石力学实验表明，温度升高可降低岩石的弹性极限和强度，促进岩石的延-脆性转化。
图3-32是花岗岩在500MPa围压、各种温度下的应力-应变曲线。在室温情况下花岗岩是脆性的；在300℃时已产生显著的永久变形；在800℃时几乎是完全延性的。
图3-32 花岗岩在500MPa围压各种温度下应力-应变曲线
(据Griggs et al.)
温度还可以促进蠕变和松弛现象的发生和发展。
温度升高产生延性的原因是由于在高温条件下岩石内部分子的热运动增强，因此削弱了岩石的内聚力，使晶粒容易产生滑移。
(三)孔隙液压
地壳的岩石中含有各种原生或次生的孔隙或裂隙。对结晶岩石来说，原生孔隙或裂隙往往存在于矿物颗粒接触面间或矿物内部(如气、液包裹体)，沉积碎屑岩的孔隙存在于碎屑颗粒之间。人们用孔隙率表示岩石中孔隙的多少：
构造地质学(第二版)
式中：n为孔隙率；Vv为岩石中孔隙的体积；Vs为不含孔隙岩石的体积。一般情况下，砂的孔隙率为40%，Handin et al.(1963)给出Berea砂岩的孔隙率为18.2%，Repetto粉砂岩的孔隙率为5.6%，Hasmark白云岩的孔隙率为3.5%。
如果岩石的孔隙中含有水，在成岩过程中孔隙缩小将造成孔隙内的液体对矿物颗粒产生一种压力，这种压力与矿物表面垂直，称为孔隙液压。根据石油、天然气开发的实际资料，孔隙液压随着岩石埋藏深度的增加而增加，但并非呈简单的线性关系，在一定深度上两者趋近相等。设λ=孔隙液压/围压，则随着深度增加，λ→1。
由于孔隙液压与矿物颗粒表面垂直，所以将直接减缓围压的作用。设围压为P，孔隙液压为Ps，则有效围压Pe=P-Ps。因此孔隙液压对岩石力学性质的影响与围压相反：它使岩石的延性、强度和弹性极限降低，脆性增加。
图3-33是印第安纳石灰岩在68.950MPa围压条件下不同孔隙压力时的应力-应变曲线。当孔隙压力为0时(曲线⑦)，在实验的高围压当孔隙压力为0时(曲线⑦)，在实验的高围压情况下灰岩的弹性极限及强度很高，并出现应变硬化；当孔隙液压与围压相等时(曲线①)，由于孔隙液压与围压抵消，应力-应变曲线与单轴实验相同；当孔隙液压小于围压时，应力-应变曲线介于曲线①和⑦之间。从图3-33中可以清楚看出，随着孔隙液压增高，石灰岩弹性极限、强度及延性变形迅速减小。
图3-33 印第安纳石灰岩的应力-应变曲线
(据Spencer，1981)
围压68.950MPa；孔隙压力：①68.950MPa，②65.055MPa，③55.160MPa，④41.370MPa，⑤34.475MPa，⑥27.580MPa，⑦0MPa
孔隙中的流体对变形的另一种作用称为水弱化作用。如不含水石英在500MPa围压下500℃时可承受3500MPa应力，当含水量为0.1%时，同等条件下的强度仅为100～200MPa。
(四)时间
时间对岩石力学性质的影响是多方面的。如快速加力岩石可表现脆性变形，缓慢加力脆性物质也能出现塑性变形。又如，当多次、重复加力时，在没有达到岩石强度极限的情况下可使岩石发生脆性破坏。或者说，多次重复加力可以降低岩石的破坏强度(图3-34)。当在重复加力情况下破坏应力降低到某一极限值时，如继续降低应力，无论重复加力多少次也不能引起岩石破裂。该极限值称为疲劳极限。
图3-34 某金属耐力曲线
(据M.P.Billings，1972)
在地质构造的应力-应变解析中，时间对岩石变形的影响主要体现在应变速率、蠕变和松弛三个方面。
1.应变速率
应变速率是指单位时间内应变的变化量：
构造地质学(第二版)
式中：
图3-35 500℃，500MPa条件下Yule大理岩在不同应变速率下的应力-应变曲线
(据Heard，1963)
随着应变速率降低，岩石强度降低，弹性极限下降，塑性变形增加。图3-35是500℃，500MPa条件下不同应变速率时Yule大理岩应力-应变曲线。从图中可以看出，在应变速率为4.0×10-1/s时，182MPa应力才可以产生10%的应变；应变速率为3.3×10-8/s时，小于45MPa的应力即可产生10%的应变。
一般认为，地壳缓慢运动的应变速率
构造地质学(第二版)
式中：E为扩散激活能；R为Bolzman气体常数；T为绝对温度；A为具有应变速率量纲的实验常数；σ为应力差；f(σ，t)是与温度和应力差有关的常数。
2.蠕变
蠕变是指岩石在恒定载荷作用下应变随时间缓慢增长的现象。在地壳变形过程中，时间以百万年计，因此蠕变现象是重要的。尽管实验室实验中很难模拟如此长时间内的蠕变变形，但可以充分显示时间对岩石变形的影响。
图3-36是索伦霍芬石灰岩蠕变实验曲线。该石灰岩在室温常压下，强度为251.06MPa。在长期实验中，在恒定137.30MPa压力作用下即发生变形：第一天缩短0.006%，10天后缩短0.011%，100天后缩短0.016%，400天后的缩短量超过0.019%。
典型蠕变曲线由三部分组成(图3-37)：①过渡蠕变阶段(AB段)，应变速率在该阶段随时间递减，达到B点时应变速率最小，如果在该阶段卸载应变恢复为零；②稳定蠕变阶段(BC段)，应变速率保持常量，如果在该阶段卸载，将保留一部分永久变形；③加速蠕变阶段(CD段)，应变速率随时间增加，达D点时岩石发生破坏。
图3-36 索伦霍芬石灰岩在恒定应力下的蠕变曲线
(据Griggs，1939)
图3-37 典型蠕变曲线
蠕变的应变以下式表示：
εt=εe+εⅠ(t)+εⅡ(t)+εⅢ(t) (3-38)
式中：εe为瞬时弹性应变；εⅠ(t)、εⅡ(t)和εⅢ(t)分别为过渡蠕变、稳定蠕变和加速蠕变。
蠕变受温度的影响很大，温度升高使蠕变容易发生并使蠕变速率加大(图3-38)。
蠕变也受应力控制。图3-39是在不同载荷下雪花石膏的蠕变曲线。曲线表明：应力越大，稳定蠕变持续时间短，变形迅速进入加速蠕变阶段。
图3-38 不同温度条件下蠕变曲线
(据A.H.Sully，1949)
图3-39 不同载荷下雪花石膏的蠕变曲线
(据Griggs，1940)
围压不同蠕变量也有很大变化：随着围压增加蠕变变形减小。
3.松弛
松弛是指应变保持不变时随着时间应力逐渐减小的现象。
蠕变、松弛和应变速率共同说明时间对岩石变形的意义。在以百万年为时间单位的地质历史时期中，时间因素对岩石变形的影响是巨大的。
(五)外力作用方式
外力作用方式不同，岩石的力学行为也不同。在张力的作用下岩石容易发生脆性破裂，在同等环境的压缩条件下，岩石则显示延性(图3-40)。
图3-40 围压为300MPa、在不同温度条件下索伦霍芬石灰岩在拉伸或压缩下应力-应变曲线
(据Spencer，1981)
索伦霍芬石灰岩的拉伸和压缩实验表明：外力作用方式不同，灰岩的脆延性转化的条件不同，拉伸时脆性转化为延性所需温度远远大于压缩时的转化温度。在400℃、300MPa围压的压缩条件下，已发生脆延性转化，在此条件的拉伸情况下灰岩仍为脆性变形。