科普 | 坚硬岩石

坚硬岩石是指新鲜完整的岩石，如沉积岩、火成岩、变质岩等。坚硬岩石具有很高的力学强度和很强的抗水性。以其抗压强度大于50~300公斤/平方厘米而区别于半坚硬岩石，强度大者可达数千公斤，远远超过一般建筑物的要求。对于含有大量盐岩和石膏的坚硬岩系，其易溶性形成了工程地质的特殊研究内容。

概念坚硬岩石是指颗粒牢固联结、有较高的力学强度的岩石。—般指在饱和水状态下的极限抗压强度大于50公斤/平方厘米的叫做坚硬岩石，小于60公斤/平方厘米的叫做半坚硬岩石。

基本特征坚硬岩石包括新鲜的火成岩、变质岩及固结的沉积岩，从工程地质方面来看，坚硬岩石的基本特征如下：

①新鲜岩石具有很高的力学强度，达种强度远远超过一般建筑物的要求。例如新鲜的火成岩的极限抗压强度可由数百到数千公斤/平方厘米，而普通建筑物对地基强度的要求只有数公斤/厘米2。坚硬岩石的这种高的强度是由其所特有的内部联辖(融合的、胶结的)所决定的。

②新鲜完整的坚硬岩石大多数具有很大的隔水能力。一般而言，结晶矿物互相融合联结的火成岩和变质岩多数是隔水的。颗粒被胶结物胶结起来而联结的岩石，例如砾岩、砂岩等等有时常为透水的。

③对坚硬岩石的力学强度和透水性等，最有影响的次生变化就是构造破坏作用和风化作用。虽然新鲜的岩石性质很好，但是往往都因为遭到地壳运动构造应力的破坏，形成裂隙、断裂以及破碎带，而大大地降低岩石强度和隔水能力。风化作用也是使岩石工程地质性质变坏的最主要的因素之一。因此，在对这类岩石进行工程地质释价时，需要特别注意岩石的构造破坏和风化的程度。

④某些类型的坚硬岩石是可溶性岩石，例如石灰岩、大理岩等等。因此，这些岩石的可溶性就是影响其工程地质性质的最主要因素。

坚硬岩石的饱水单轴极限抗压强度一般大于200～500kg/cm2。颗粒与颗粒之间具有遇水稳定的刚性连结，是坚硬岩石的最大特点。按其自身的特性，它们与金属和混凝土等坚硬弹性的物质近似。但是，由于坚硬岩石是由不同矿物所组成，并且常常具有层理、片理、裂隙、易于风化和溶解(主要是石灰岩)等特性，所以它们是各向异性的物质。坚硬岩石，除某些石灰岩、白云岩外，其孔隙极小(通常小于1%)，实际上是不可压缩和不溶于水的，但裂隙透水和含水。它们的力学强度指标相当高。但由于风化和裂隙的发育，常使其强度大为降低。所以，对坚硬岩石来说，主要的工程地质问题是风化和构造破坏问题。在碳酸盐岩石分布区，则还有一个岩溶作用的问题。

研究特点为了研究坚硬岩石的力学性质，可以应用对所有建筑材料的一般方法，并且可以利用关于抗压强度极限、关于岩石抗冻性等的资料作为这些性质的特征指标。

在对坚硬岩石作为结构物地基而进行评价时，总的来说，关于它们的成分和力学性质的资料往往具有局限性的意义。例如，同一种岩石(例如花岗岩)依据构造作用的影响强烈程度、风化作用的大小等等可以处在各种不同的状态。因此，坚硬岩石的名称(例如花岗岩)不可以看作是它有足够强度和稳定性的特征。

关于坚硬岩石试样的抗压强度极限的资料也不可能是用作为结构物地基岩石详细的强度特征指标。例如，岩石的试样可能具有极大的强度，而被许多裂缝分开的岩体的岩石可能是结构物的不稳定地基。

强裂隙性的花岗岩尽管有超过1000公斤/厘米2的强度极限，但比起其它的岩石来，例如与强度极限为100～150公斤/厘米2而没有裂缝的石灰质砂岩来说，这种花岗岩是相当不好的地基。因此，当评价坚硬岩石的建筑性质时，不可以只凭高强度极限数据来判定。

当评价坚硬岩石的性质时，关于它们的状态的资料，也就是关于风化和构造作用对岩石的影响的资料具有特别重大的意义。

关于岩石风化程度的初步印象可以根据天然露头和探坑、水平坑道坑壁等的检查而得到。这一概念在今后用显微镜研究岩石时而再加以精确。

运用与影响1、世界上的大部分地区是由坚硬岩石(基底岩系)或石灰岩地形组成。在这些地区岩石多孔性受到次渗透性的约束，例如岩石的裂缝、断层(断裂线)和风化地区或充满水的喀斯特岩洞。许多文献中都涉及对图像上的线性构造进行研究。然而，最有效地利用坚硬岩石地形图像的方法也许是地区水文地质分带。这种分带充分利用地理岩石记载数据、结构和岩石特征、地貌、土壤和植被的自然联系。这些特征间的相互影响和过去气候地貌的发展为研究人员将每一块地区看作“地下水水塔”奠定了充分的基础。“地下水水塔”具有补给、存储和地下水流的特定条件。

2、在坚硬岩石中采用浅孔爆破，需要面对爆破质量和爆破飞石这一难以克服的困难。针对孔浅、岩石硬，在施工中采用了增加装药、同时起爆、良好填塞、强力防护的爆破技术手段，以实现爆破破碎和周围环境安全的有机结合。

在特坚硬岩石的条件下，炸药破碎岩石主要作用在于爆炸应力波，因此应该根据爆炸应力波理论考虑爆破参数。爆破开挖的高度小，需要的炮孔深度也小，如果每个炮孔的装药量太小，就不能破岩。如果采用较大的炮孑L装药量就会造成大量的飞石，但在实际操作时必须要保证岩石的有效破碎，达到爆破破岩的目的，这就不得不增加单位岩石消耗量，相应地将每个炮孔的装药增加到一定量，使之在岩石中能够产生足够大的爆炸应力和反射拉应力，将岩石破碎。

本词条内容贡献者为:

林国庆 - 副教授 - 中国海洋大学

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