矿物与岩石

四川交通职业技术学院道桥系第二章矿物与岩石李大碚制作四川交通职业技术学院道桥系1、矿物：自然界具有一定化学成分和物理性质的单质体及化合物。（不是地球上地质作用所特有的产物，而是自然界（包括宇宙）物质存在的普遍形式）矿物是构成岩石的基本单元。目前自然界已被发现的矿物约3300多种，而主要的常见矿物约有200多种，其中常见的造岩矿物（构成岩石的矿物）也只有30多种，如石英、长石、方解石等等。2、岩石：岩石是地壳发展过程中，由一种或多种矿物组成、在成分和结构上具有一定规律的集合体。岩石是构成地壳的最基本单位。按其成因，分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类；按矿物组成分单矿盐、复矿盐。一、基本概念：四川交通职业技术学院道桥系四川交通职业技术学院道桥系一、矿物的基本知识：1、晶体和非晶体区别：在固态矿物中，绝大部分都属结晶体。晶体为具有格子构造的固体,晶体在形成和发育过程中，如果条件适宜，能生成具有规则的几何多面体外形-晶格，但大多数矿物晶体在发育时受到空间条件的限制，往往不具有多面体外形，或者只具有几个不完整的面，这种晶体称为晶粒或晶块。极细微的晶体，称为隐晶，组成质点不是有规则排列，没有规则的几何多面体外形也称玻璃质体.四川交通职业技术学院道桥系2、原生矿物、次生矿物、变质矿物的本质区别：①原生矿物也称内生矿物。在成岩或成矿的时期内，从岩浆熔融体中经冷凝结晶过程中所形成的石英、长石、云毋、角闪石、辉石和橄榄石等；或热液成矿过程中所形成的方铅矿、方解石等．均是原矿物〕②次生矿物也叫外生矿物。是指原生矿物遭受化学风化而形成的新矿物，如正长石经水解作用后形成高岭石，高岭石再经水解后形成铝土矿；次生矿物在化学成分上与原生矿物之间有一定的承袭关系。③变质矿物是指在变质作用过程中所形成的矿物，如区域变质的结晶片岩中的蓝晶石和十字石；碳酸岩围岩接触带中的硅灰石、石榴子石等。一、矿物的类型：四川交通职业技术学院道桥系二、岩石的工程地质性质一、岩石的物理性质：1、岩石的相对密度：岩石固体部分的质量（不包括孔隙）与其同体积4C.‘水的质量的比。一般介于2.5-3.3。2、岩石的密度：包括孔隙在内的单位体积岩石的质量，大小取决于组成岩石的矿物密度、孔隙性及其含水情况；它是评价岩石密实程度和坚固性的指标。一般介于2.3-3.1之间。四川交通职业技术学院道桥系3、岩石的孔隙性：指岩石孔隙和裂隙发育的程度，对岩石的强度和透水性有着重要的影响。一般用孔隙度或孔隙比来表示。⑴.岩石的孔隙度(n=V/V总)：指岩石中孔隙、裂隙的体积V与岩石总体积V的百分比。⑵.岩石的孔隙比（e=V/U）：指岩石中孔隙、裂隙的体积V与该岩石内固体矿物颗粒的体积U的比值，一般用小数表示。四川交通职业技术学院道桥系随着岩石孔隙度的增大，透水性增大，岩石的强度降低，削弱了岩石的整体性；同时，又由于孔隙的存在．加大了岩石内部与水、气接触面积，加快了风化速度，使孔隙又不断增大。四川交通职业技术学院道桥系岩石开始破坏时所能承受的荷载为极限荷载，用平均应力表示时则称为岩石的极限强度。又常简称为强度。1、抗压强度（R）：岩石单向受压时，所能承受的最大压力，单位为Pa。公式为：R=P/A抗压强度通常是在室内用压力机对岩样（试件）进行加压试验。岩石的力学性质四川交通职业技术学院道桥系2、抗拉强度()：=P/A岩石的抗拉强度=(3％～5％)R岩石的抗弯强度=(7％～15％）R3、抗剪切强度：⑴抗切强度：岩样在无垂直压力只加水平推力条件下的抗剪切力的强度。实质上是直接测试岩石粘聚力（c）值的方法。⑵抗剪强度：两块岩样在垂直接合面上在一定压应力(6)的作用下，岩样接触面之间所能承受的最大剪切力，又称为摩擦强度。⑶抗剪断强度：在一定压应力(6)的作用下岩样被剪断时,剪破面上所能承受的最大剪应力。岩石的抗剪强度=(6％--8％）Rctgtgc四川交通职业技术学院道桥系1、岩石按强度分类：据岩石饱和单轴（向）极限抗压强度（Rb）将岩石划分为三类硬质岩石Rb30MPa软质岩石Rb:5--30MPa极软岩石Rb5MPa四川交通职业技术学院道桥系三、岩石的水理性质：1、岩石的吸水性：⑴吸水率：W1=（mw1/ms）100%(常压)⑵饱水率W2=（mw2/ms）100%(真空或高压)⑶饱水系数(Kw)=W1/W22、岩石的抗冻性：⑴强度损失率Rl=（R2-R1）/R2⑵质量损失率Kd=（m一m1）/m一般认为：Rl25％,Kd2％，W1＜0.5％．＞0．75的岩石是抗冻的岩石。四川交通职业技术学院道桥系3、岩石的软化性：软化系数=Rw/Rc＞0．75时，属弱软化或不易软化的岩石为抗水、抗风化和抗冻性强的岩石，如未受风化作用的岩浆岩和某些变质岩，均属此类；当＜0．75时，一般认为属于易软化的岩石，其工程性质较差，如沉积岩类的大部分均属此类。4.岩石的透水性：用渗透系数衡量。四川交通职业技术学院道桥系四、影响岩石工程性质的因素：内因:组成岩石的矿物成分:单矿岩比复矿岩耐风化。矿物的硬度大，岩石抗压强度高。矿物的相对密度大，岩石相对密度也大，岩石抗压强度高。深色矿物的（橄榄石、辉石、角闪石和黑云母）抗风化能力要比浅色矿物的（石英、长石、白云母）抗风化能力差。在岩浆岩中酸性岩比基性岩的抗化学风化能力高；沉积岩抗风化能力要比岩浆岩和变质岩高。四川交通职业技术学院道桥系结构、构造等:结晶结构的岩石孔隙度小，吸水率低。在荷载作用下变形小，弹性模量大，抗压强度高，细晶岩石的强度要高于同成分的粗晶岩石的强度，胶结连结基底胶结：力学性质完全取决于胶结物的性质。孔隙胶结：强度和稳定性较好的结构。接触胶结:强度和稳定性很差。四川交通职业技术学院道桥系片理构造、流纹构造等影响岩石的物理力学性质.层理、节理、裂隙和各种成因的孔隙，使岩石结构的连续性与整体性受到一定程度的影响或破坏，从而使岩石的强度和透水性在不同方向上发生明显的差异外因:即由来自岩石外部的客观因素，如气候环境、风化作用、水文特性等。