巖石的力學性質(zhì)

關于巖石的力學性質(zhì)一、巖石的變形特性

(一)巖石彈性、塑性概念巖石的變形有兩種情況：一種是外力撤除后巖石的外形和尺寸完全恢復原狀，這種變形稱為彈性變形或可逆變形；另一種是外力撤除后巖石的外形和尺寸不能完全恢復而產(chǎn)生殘留變形，這種情況稱為塑性變形或不可逆變形。衡量巖石彈性的指標：彈性模量：波松比：

ε`為橫向應變，ε為縱向應變。

第2頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

圖(a)——脆性巖石的變形曲線脆性巖石破壞前沒有明顯的不可逆變形，當外載一旦達到彈性極限，巖石立即破壞。

圖(b)——塑脆性巖石的變形曲線

OA是彈性變形段，A點之后即轉入塑性變形區(qū)。形變由彈性變形轉為塑性變形時的載荷稱為屈服極限或流變極限。到達D點后，巖石即發(fā)生破碎。

圖(c)——塑性巖石變形曲線在較小的載荷作用下就開始塑性變形，其后形變隨變形時間的延長而增長，曲線傾角趨近于零。第4頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

巖石從變形到破壞有三種形式：破壞前不存在任何不可逆的變形，則這種破壞稱為脆性破壞；破壞前發(fā)生大量的不可逆變形，且沒有明顯的彈性變形階段，則這種破壞形式稱為塑性破壞；破壞前經(jīng)歷明顯的彈性變形和塑性變形階段，則巖石的這種破壞形式稱為塑脆性破壞。

三種破壞形式的巖石分別稱為脆性巖石，塑性巖石，塑脆性巖石。

(二)巖石的應變破壞形式第5頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2.衡量巖石彈塑性的指標

為衡量巖石的彈塑性，引入塑性系數(shù)的概念.

巖石的塑性系數(shù)(Kn)：巖石破碎前所消耗的總能量與彈性變形所消耗能量之比。第6頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

按塑性系數(shù)的大小將巖石分為6級（見表）。

Kn＝1稱為脆性巖石；

1﹤Kn﹤6稱為塑脆性巖石Kn≧6稱為塑性巖石。第7頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

(三)巖石的變形特性

彈性理論認為理想材料的彈性應變都是暫時的，并隨著應力的解除而完全可以恢復。在彈性范圍內(nèi)應力和應變的關系服從虎克定律。

實驗得知，在任何應力狀態(tài)下，礦物都服從虎克定律，而巖石大都不遵守虎克定律。這是因為礦物可以認為是均質(zhì)連續(xù)的，而巖石則不是，受力后常伴有空隙的壓實過程。

由表可以看出：巖石的彈性模量是變化的。實驗證明它與應變種類和所加載荷的大小都有很大關系第8頁,共53頁，2024年2月25日，星期天巖石E105公斤/厘米2μ巖石E105公斤/厘米2μ粘土0.030.38~0.45花崗巖2.6~6.00.26~0.29致密泥巖-0.25~0.35玄武巖6~100.25頁巖1.2~2.50.10~0.20石英巖7.5~10-砂巖3.3~7.80.30~0.35正長石6.80.25石英巖1.3~8.50.28~0.33閃綠巖7~100.25大理巖3.9~9.2-輝綠石7~110.25白云巖2.1~16.5-巖鹽-0.44

巖石的彈性模量和波桑比第9頁,共53頁，2024年2月25日，星期天巖石彈性模量的變化特點:

（a）載荷小時，彈性模量變化不大，只有當載荷大時，這種差別才顯著；（b）拉伸時其彈性模量要隨載荷的增加而減少。相反，壓縮時彈性模量會隨載荷的增加而增加。這是由于在受壓縮的情況下，二相鄰晶粒的表面原子或表面離子間的距離逐漸縮小，使引力增加，相應地也增加了彈性模量；而在拉伸的情況下卻與此相反。（c）巖石的彈性模量不會超過組成它的礦物的彈性模量。這是因為彈性模量在很大程度上決定于相互作用的分子力，而巖石中顆粒接觸處的相互作用的力通常小于礦物顆粒間的相互作用力。應變ε應力σ121-拉伸2-壓縮第10頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(四)影響巖石彈性、塑性和脆性的因素

影響巖石變形特性的因素主要有巖石的組成成分、受力條件、溫度和濕度等。

1．巖石類型及其組成成分①一般巖漿巖和變質(zhì)巖的彈性模數(shù)大于沉積巖，而塑性系數(shù)則相反。②對于巖漿巖和變質(zhì)巖來說，如果組成巖石的礦物具有高的彈性模數(shù)，則巖石也有高的彈性模數(shù)，但是巖石的彈性模數(shù)不會超過造巖礦物的彈性模數(shù)。③對于沉積巖來說，彈性模數(shù)決定于巖石的碎屑和膠結物以及膠結狀況。在膠結物和膠結狀況相同的情況下，碎屑顆粒的彈性模數(shù)大，則巖石的彈性模數(shù)也大；在碎屑顆粒成分相同的情況下，膠結物為硅質(zhì)者，巖石的彈性模數(shù)最大，膠結物為鈣質(zhì)者次之，膠結物為泥質(zhì)者最小。第11頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2．巖石結構、構造

①造巖礦物顆粒的大小對彈性模數(shù)有較大的影響。細粒巖石的彈性模數(shù)大于粗粒巖石，如細砂巖的E=3.0x104MPa，而粗砂巖的E=2.77x104MPa。②巖石越均質(zhì)致密，彈性模數(shù)越大，塑性系數(shù)越小;巖石結構缺陷越多,裂隙越發(fā)育，彈性模數(shù)越小，塑性系數(shù)越大。③層理對巖石的彈性模數(shù)也有明顯影響。平行于層理方向的彈性模數(shù)E‖大于垂直于層理方向的彈性模數(shù)E⊥

。如泥質(zhì)頁巖E‖／E⊥≈2，這是因為巖石顆粒定向排列，在垂直于層面方向加載時，在巖石的彈性限度內(nèi)形變較大，而沿平行于層理方向加載，形變較小的緣故。第12頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3．應力狀態(tài)

在不同的應力狀態(tài)下，巖石的變形性質(zhì)存在著很大的差別。在單向壓縮下巖石表現(xiàn)為脆性的巖石，如果在各向壓縮狀態(tài)下，當三向壓縮應力達到一定值時巖石會表觀出不同程度的塑性。也即在各向壓縮狀態(tài)下，隨著三向壓縮應力的增加巖石有從脆性向塑性轉變的趨勢。深部孔底的巖石受上覆巖層壓力、孔內(nèi)液柱壓力和地層孔隙壓力的綜合作用，處于三向應力狀態(tài)。模擬孔底狀態(tài)的三軸試驗試驗表明，隨著圍巖壓力增大，巖石表現(xiàn)出從脆性到塑性的轉變，并且圍巖壓力越大，巖石破壞前呈現(xiàn)的塑性也越大。對于深井鉆井，研究巖石從脆性到塑性的轉變點(即從脆性變?yōu)樗苄缘膰鷰r壓力，又稱臨界圍壓)有很大實際意義。因為脆性破壞和塑性破壞是兩種本質(zhì)不同的破壞，破碎這兩種狀態(tài)的巖石應采用不同的破碎方式、破碎工具和破碎參數(shù)。第13頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2-4第14頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

4．加載速度

巖石靜載的彈性模數(shù)E往往小于動載的彈性模數(shù)萬Ed。表列出幾種巖石的Ed和E的比值。┌─────────┬────────┬─────────┬─────┐│巖石名稱│Ed／E巖石名稱Ed／E│├─────────┼────────┼─────────┼─────┤│石英質(zhì)頁巖│1.33│粉砂巖│2.05││石灰?guī)r│1.7—1.86│黑云母片巖│1.40││絹云母片巖│2.56│陽起片巖│I.90││微風化花崗巖│2.75│粗面巖│I.15││亞砂巖│2.90│假像千閃玄武巖│1.33││鈣質(zhì)頁巖│2.56│角閃片巖│1.06│└─────────┴────────┴─────────┴─────┘表2-5第15頁,共53頁，2024年2月25日，星期天5.加載方式

同一種巖石受壓縮時，顆粒之間距離縮小，顆粒間相互作用力有所增大，故彈性模數(shù)表現(xiàn)提高，而受拉伸時，顆粒之間距離增大，顆粒間相互作用力減小，故彈性模數(shù)降低。壓縮時的彈性模數(shù)是拉伸時彈性模數(shù)的1.5～4倍。彎曲時的彈性模數(shù)是拉伸時彈性模數(shù)的1.1～1.3倍。

6．溫度

隨著孔深增加，孔底溫度也增加，溫度對巖石的變形性質(zhì)有一定的影響。特別是在超深井和地熱井中應注意這一因素。隨著溫度的升高碳酸巖類和硅酸巖類巖石的彈性極限都要降低，彈性模數(shù)變小，塑性系數(shù)增大,巖石表現(xiàn)從脆性向塑性轉化。7.濕度

濕度對巖石的變形性質(zhì)也有明顯的影響。巖石被水或石油浸濕后，其彈性模數(shù)均顯著下降。如果把泥巖的濕度從3％提高到14％，則彈性模數(shù)從7.3x104MPa下降到3.2x104MPa第16頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2-82-72-6第17頁,共53頁，2024年2月25日，星期天二、巖石的強度特性（一）巖石強度的概念巖石在載荷不斷作用下變形到一定程度就發(fā)生破壞。破壞前巖石所能承受的最大載荷稱為極限載荷，單位面積上的極限載荷稱為巖石的強度。巖石強度的單位是Pa(帕)或MPa(兆帕)。根據(jù)受力條件不同，巖石強度可分為：抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度和抗彎強度。根據(jù)應力狀態(tài)，巖石強度又可分為單向應力狀態(tài)下的強度、兩向應力狀態(tài)下的強度和三向應力狀態(tài)下的強度；根據(jù)載荷速度，巖石強度又有靜載強度和動載強度的區(qū)別。在簡單應力狀態(tài)下，通常采用單向拉伸、壓縮、剪切等試驗確定巖石的強度。在復雜應力狀態(tài)下，可以采用三軸試驗裝置確定巖石的強度。第18頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(二)影響巖石強度的因素

1．巖石的物質(zhì)成分

礦物強度與含量影響巖石的強度。例如，石英是強度較大的造巖礦物，巖石中石英含量高，并且石英顆粒在巖石中連結成骨架時，則巖石的強度也高；方解石和白云石等強度較小，因此在碳酸鹽類巖石中方解石含量增加，則巖石強度降低。

對于沉積巖，膠結物的成分對巖石強度有較大的影響。例如，硅質(zhì)膠結的砂巖，其抗壓強度高達200MPa以上，而鈣質(zhì)膠結的砂巖，強度則為20～100MPa；泥質(zhì)膠結的砂巖，強度往往在20MPa以下。巖石中膠結物所占比例越大，膠結物對巖石強度影響越大，而被膠結的巖屑或礦物對巖石強度的影響越小。

第19頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2．巖石的結構、構造

礦物顆粒大小對巖石強度有一定的影響。一般說來，細粒巖石的強度高于粗粒巖石的強度，并且顆粒越細，這種影響越大。例如，粗?；◢弾r的抗壓強度是80～120MPa，而細粒花崗巖的抗壓強度則高達200～250MPa。層理使巖石的強度具有明顯的各向異性。垂直于層理方向的抗壓強度最大，平行于層理方向的抗壓強度最小，與層理方向呈某種角度時的抗壓強度介于二者之間。表2一6列出幾種巖石的垂直于層理和平行于層理方向上的抗壓強度。第20頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2-6第21頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3．巖石的容重和孔隙度

同一種巖石，其孔隙度增加，容重降低，從而巖石強度也降低，反之亦然。例如石灰?guī)r容重由1.5x104N／m3增加到2.7x104N／m3時，其抗壓強度就由5MPa增至180MPa。又如砂巖的容重由1.87x104N／m3

增加到2.57x104N／m3

時，其抗壓強度也由15MPa增加到90MPa。

一般來說，巖石的孔隙度隨其埋藏深度的增加而減小。因此，巖石的強度隨其埋藏深度的增加而增大。例如，埋藏在深部的粘土的強度比靠近地表處的粘土的強度大。

第22頁,共53頁，2024年2月25日，星期天4．加載方式

巖石的抗壓、抗拉、抗剪和抗彎強度有很大的差別。在單向應力狀態(tài)下，巖石的抗壓強度最大，而抗拉強度最小，抗剪和抗彎強度介于抗壓和抗拉強度之間。根據(jù)巖石巖石的強度特性，選擇有效的破碎方法，是提高碎巖效率的重要途徑。

原因：因為巖石受壓縮的顆粒之間的距離縮小，顆粒間相互作用力增加，所以強度增加；而受拉伸時顆粒之間的距離增大，顆粒間相互作用力減弱，所以強度下降。

從表中數(shù)據(jù)可知，巖石的抗剪強度約為其抗壓強度的1／5～1／11；巖石的抗彎強度約為抗壓強度的1／5～1／12，而巖石的抗拉強度僅為巖石抗壓強度的1／10～1／50。利用巖石抗剪、抗彎和抗拉強度小的特點，尋求相應的破碎方法，對提高碎巖效率非常有利。第23頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2-72-8第24頁,共53頁，2024年2月25日，星期天5．應力狀態(tài)

巖石在兩向應力和三向應力狀態(tài)下，其抗壓強度比單向應力狀態(tài)下要高出許多倍。從圖中可以看出，巖石的強度極限隨著圍壓的增加而明顯增大。例如當圍壓從零增加到165MPa時，大理巖的抗壓強度從136增加到490MPa，，當圍壓從零增加到155MPa時，砂巖的強度從69增至330MPa。

巖石強度隨圍壓增加而增大的原因是：巖石的圍壓增大，各向壓縮增強，巖石的體積產(chǎn)生壓縮，使顆粒間的距離縮短，甚至使礦物顆粒內(nèi)部體積減小，結果顆粒之間、甚至顆粒內(nèi)部質(zhì)點間的相互作用力增強，從而表現(xiàn)為對外載的抗力增大。第25頁,共53頁，2024年2月25日，星期天6．載荷速度

實驗證明，巖石的強度與外載作用的速度、或者說與其內(nèi)部應力增長的速度有密切的關系。載荷速度越快，則巖石強度越高。

在動載條件下巖石強度增大主要原因：巖石的變形和破壞在一定程度上依賴于時間。如果加載速度太快，則在應力波的作用時間內(nèi)破碎變形難以得到充分的發(fā)展，因而表現(xiàn)出較大的抗力。表2—10列出一些巖石的動載和靜載抗拉強度的比較數(shù)據(jù)。第26頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2-92--9第27頁,共53頁，2024年2月25日，星期天7．巖樣的線性尺寸

大量巖塊試驗的結果說明，隨著巖樣線性尺寸的增加，巖石的強度降低。這主要是由于巖石的組成和結構的不均一性，以及裂隙和孔洞存在機率增加的緣故。因此，測定和對比巖石強度時，必須有線性尺寸的規(guī)定，否則就不能進行比較。通常作巖石的抗壓強度試驗時，要求采用5*5*5cm的立方體試樣，或者采用長度等于直徑的圓柱體巖樣。

8．濕度

水對巖石的強度起著顯著的影響。當水侵入巖石時，水就順著裂隙進入，潤濕巖石全部自由面上的每個礦物顆粒。由于水分子的加入改變了巖石的物理狀態(tài)，削弱了顆粒間的聯(lián)系，使巖石強度降低。其降低程度決定于巖石內(nèi)孔隙和裂隙的狀況、組成礦物的親水性和水的物理化學性質(zhì)。

表2—11列出幾種巖石在干燥狀態(tài)下和被水飽和時的抗壓強度。第28頁,共53頁，2024年2月25日，星期天9.溫度

溫度對巖石的單向抗壓強度

產(chǎn)生一定的影響。例如花崗巖，

其抗壓強度與試驗溫度的關系如

圖2—10所示。從曲線可以看出，

隨著溫度上升，抗壓強度下降。

在小于500℃時下降幅度較大，

而大于500℃后，下降幅度較小。2-102-10第29頁,共53頁，2024年2月25日，星期天三、巖石的表面特性

巖石的表面特性包括巖石的硬度和巖石的研磨性（一）巖石的硬度

1.概念

巖石硬度定義為巖石表面抵抗工具壓入的能力。根據(jù)測定方法的不同，巖石硬度分為壓入硬度、研磨硬度、沖擊回彈硬度等。采用不同的硬度目的在于更準確的反映巖石抵抗不同形式載荷的能力。石油工程上多采用壓入硬度，在多數(shù)情況下工程上所指的巖石硬度即為壓入硬度。

2.意義巖石的硬度是巖石綜合力學性能的反映，與巖石的強度特性、變形特性密切相關。巖石的硬度較全面反映了巖石的可鉆性，且不同的硬度反映了巖石承受不同載荷的能力。第30頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3.壓入硬度

利用一定形狀尺寸的壓頭靜壓入規(guī)定尺寸的巖樣，得到的載荷—侵深的關系曲線，用巖石破碎極限載荷除以壓頭面積即為巖石的壓入硬度，單位：MPa(兆帕)。壓入硬度測試方法最早由俄羅斯科學家史立尼爾提出，故又稱史氏硬度。特點：

①巖石壓入硬度反映了巖石的組合硬度或膠結硬度，而不是巖石中某一礦物顆粒的硬度；②壓入硬度的測定方法是使巖樣產(chǎn)生局部壓碎，而這種局部壓碎是在多向受壓狀態(tài)下進行的，類似鉆井過程中鉆頭破巖的方式，因而較準確的反映了巖石的可鉆性。第31頁,共53頁，2024年2月25日，星期天巖石壓入硬度測試儀：第32頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

按壓入硬度巖石可鉆性分級巖石可鉆性與壓入硬度存在著相關關系，一般情況下機械鉆速和壓入硬度成反比。以壓入硬度作為衡量可鉆性的指標。按壓入硬度將巖石的可鉆性分為12級。

第33頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共53頁，2024年2月25日，星期天4、影響巖石硬度的因素

(1)巖石的礦物成分

巖石膠結物成分相同，礦物顆?；驇r石碎屑成分不同時，石英及其它堅硬礦物或碎屑含量越多，則巖石硬度越大。如果碎屑成分相同，膠結物不同，則膠結物硬度越大，巖石硬度也越大。例如鈣質(zhì)膠結巖石的硬度是泥質(zhì)膠結巖石的1.4～1.8倍。另外，在膠結物成分相同的情況下，膠結形式也影響巖石硬度?；啄z結者最硬。

第35頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

(2)結構、

巖石顆粒越小，結構越致密，巖石的硬度越大。巖石多孔，裂隙發(fā)育，孔隙度高，密實度低，巖石的硬度將會下降。

(3)構造

層理對巖石硬度的影響正好與對強度的影響相反。垂直層理方向的硬度值最小，而平行層理方向的硬度值最大。這是因為沿層理方向巖石顆粒的定向排列而使硬度升高。實際測定證明：層理弱的巖石，平行層理方向的硬度與垂直層理方向的硬度之比為1.05—1.2。而層理明顯的巖石，兩者之比可達1.5～1.8左右。這說明了在垂直于巖石層理方向上鉆進比較容易。

巖石硬度的這種各向異性現(xiàn)象，可以很好地解釋孔斜的原因和規(guī)律性，并利用這一現(xiàn)象來實施定向鉆進。第36頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(4)應力狀態(tài)

在各向均勻壓縮的情況下，巖石硬度增加。各向壓力加大到100MPa時，大理巖的硬度提高到1.86倍，泥灰?guī)r提高到3.06倍,白云巖提高到1.35倍(表2～11)。對泥質(zhì)碳酸鹽巖、砂巖、粉砂巖的試驗也表明：硬度可增大到1.1—3.6倍。在常壓下硬度越低的巖石，隨著圍壓增加，其數(shù)值增長越快。

由此可見，孔底圍壓越大，巖石硬度越高，破碎巖石越難，鉆進速度將會下降。第37頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(5)載荷速度

動載時，隨著加載速度的增大，固體內(nèi)晶格扭曲沒有足夠時間得到充分松弛，破碎變形得不到充分的發(fā)展，所以破碎單位體積巖石所消耗的能量增加，使巖石抗破碎阻力增大。第38頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

從圖2—11中可以看出，隨著沖擊速度增加，大理巖的塑性系數(shù)Kn降低，而硬度Hy和屈服極限Po增高，單位體積破碎功a也不斷增大。尤其是沖擊速度大于30m/s以后，硬度和屈服極限增大更為劇烈。但是，在沖擊速度小于10m／s時，硬度變化不大。

沖擊速度對低強度、高塑性及多孔性巖石性質(zhì)的影響,要比對高強度、低塑性巖石的影響大得多。

2-11第39頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(6)液體介質(zhì)

水的侵入對巖石的硬度有很大的影響。大理巖表面被清水潤濕后其硬度下降12％,而被1％的油酸鈉水溶液浸濕后，其硬度下降23％。

在液體介質(zhì)作用下，使固體力學性質(zhì)發(fā)生變化的原因，主要是由于固—液表面產(chǎn)生潤濕和吸附所致。被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)，而表面產(chǎn)生吸附現(xiàn)象的固體稱為吸附劑。產(chǎn)生吸附現(xiàn)象時，吸附質(zhì)對吸附劑的物理—化學親和力越大，表面層吸附質(zhì)的濃度也越大，則吸附質(zhì)降低吸附劑的表面能也越多。

第40頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

(7)工具形狀和尺寸

合理的工具形狀應使工具壓入時巖石的阻力最小。在大理巖上用不同形狀的壓頭作壓入試驗時發(fā)現(xiàn)：不同形狀的壓頭，雖然接觸面積相同，但使巖石產(chǎn)生壓入破碎所需的載荷卻不一樣。這說明了不同形狀壓頭壓入巖石時所遇到的抗力是不同的，也就是說所得到的硬度值是不同的(見圖2—12)。

另外的試驗表明，工具形狀相同，其尺寸越小，測定的硬度值越大。巖石抗壓入阻力因壓入面積減小而增大的現(xiàn)象被稱為尺寸效應。尺寸效應可能是因為工具與巖石接觸面積越小，工具所覆蓋的巖石微裂隙等缺陷越少的緣故第41頁,共53頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共53頁，2024年2月25日，星期天（二）巖石的研磨性

1.巖石的研磨性的概念

在用機械方法破碎巖石的過程中，鉆頭與巖石產(chǎn)生連續(xù)的或間斷的接觸和摩擦。鉆頭破碎巖石的同時，其自身也受到巖石的磨損而逐漸變鈍。巖石磨損鉆頭的能力稱為巖石的研磨性。

鉆頭被磨損，一方面增加了鉆頭的消耗，另一方面降低了破碎巖石的效率。因此，研究巖石研磨性及其規(guī)律，將直接關系到鉆頭壽命、生產(chǎn)效率和成本。巖石研磨性是選擇碎巖工具、設計鉆頭、確定鉆進規(guī)程參數(shù)和制訂鉆頭消耗定額的依據(jù)之一。

巖石磨損鉆頭齒的主要形式為犁削磨損、磨粒磨損。第43頁,共53頁，2024年2月25日，星期天2.磨粒磨損理論

巖石對鉆頭的磨損形式以磨粒磨損為主。以下以磨粒磨損理論探討影響磨損的因素。

根據(jù)現(xiàn)代摩擦理論可知，當兩物體壓緊并作相對移動時，兩物體的表面就會產(chǎn)生磨損。磨損量的大小首先決定于兩物體間的摩擦力和移動的距離，即摩擦功。

兩物體滑動摩擦時所作的功為：

A=s·p·F·v·tN·m

式中p—接觸面上的正壓力，N／m2；F—接觸面積，m2；v—滑動速度，m／s；t—摩擦時間，s；動摩擦系數(shù)。

第44頁,共53頁，2024年2月25日，星期天

固體的體積磨損量V與摩擦功成正比，即V=δA。

此處，δ為體積磨損系數(shù)(cm3／N·m)，

H1，H2為與對磨材料的硬度有關的參數(shù)；

c為與摩擦磨損環(huán)境有關的參數(shù)。

因此：

V=δA=δ·s·p·F·v·t

從上式可以看出：材料的研磨性與摩擦力、對磨材料的性能、表面粗糙程度、摩擦面溫度、滑移速度、磨損產(chǎn)物的清除情況、參與摩擦的介質(zhì)等諸多因素有關。

巖石研磨性與任何別的力學性質(zhì)一樣，反映著巖石在具體試驗條件下的表現(xiàn)，這些條件的改變，可能導致磨損過程的劇烈變化。第45頁,共53頁，2024年2月25日，星期天3、影響巖石研磨性的因素

(1)巖石的礦物成分

巖石中造巖礦物的硬度、礦物顆粒間的硬度差，對巖石研磨性都有明顯的影響。礦物顆粒本身硬度越大，顆粒間硬度差越大，巖石的研磨性越強。石英及其它堅硬礦物的研磨性很強，其在巖石中所占比例對巖石研磨性影響很大。例如：石英砂巖的研磨性可能比長石砂巖高20倍。

第46頁,共53頁，2024年2月25日，星期天(2)結構特征

犁削磨損與巖石的表面粗糙度密切相關，通常巖石的表面粗糙度越大研磨性越強。巖石表面的粗糙度由造巖礦物粒度決定。例如粉砂巖的粒度比砂巖