脆性是岩石的一项基本力学性质，理解岩石的脆性对岩石的破坏行为，岩石在机械作用下的破碎过程是至关重要的，但是目前在岩石学界并没有对岩石的脆性形成一致的描述和测量方法。

研究人员从各自的研究结果对岩石的脆性作出了不同的定义。Hetenyi于1966年定义岩石的脆性是低延展性。Ramsey于1967年对岩石脆性的定义是当岩石内部的凝聚力破坏后，岩石就变为脆性的了。Obert和Duvall于1967年将岩石的脆性定义为：像铸铁和岩石等材料在达到或稍微超出其屈服应力时就会发生断裂破坏的性质。脆性被定义为材料在发生破坏时表现出的极小或者无塑形流动的性质。

Hucka和Das指出，虽然岩石脆性的概念尚没有精确的定义，但对于较高脆性的岩石，观察到其具有以下一些特性：低延展性，断裂破坏，在压力作用下形成岩石粉末，抗压强度与抗拉强度的比值较高，高弹性，较大的内摩擦角和在被侵入时会形成较多的裂纹。George认为岩石脆性是岩石材料的一种性能，即在岩石发生持续变形的过程中不出现由于施加的应力超过使岩石产生微裂纹的必要应力而引起的永久变形。由于岩石脆性的定义只是描述了岩石在具体应力条件下变形和破坏的性质，所以至今还没有一个测量岩石脆性的标准。目前有五种常用的标示岩石脆性的方法，即岩石的脆性值可以通过应变、应变能、岩石内摩擦角、抗拉和抗压强度或者专门的试验得到。

1. 1)  基于应变的方法

1. 2)  基于应变能的方法

在这种方法中，脆性定义为：

式中，S₂₀—NTNU预测模型中一个冲击试验得到的岩粉（<11.2mm）的百分比。

因为基于强度比和专门试验的脆性定义简单且容易获得，所以经常用于工程分析。根据相关性分析，Kahraman于2002年得到这样的结论：B₅、B₆与TBM的掘进速率、旋转钻机的掘进速度，B₈与冲击钻机的掘进速率之间存在相关性。相反，B₅、B₆与冲击钻机的掘进速度，B₈与旋转钻机的掘进速率之间没有明显相关性。B₇与旋转钻机的掘进速率有良好的相关性。这主要是由于TBM、旋转钻机和冲击钻机的破岩过程不同造成的。冲击是冲击钻机的主导因素，这个过程与冲击试验的过程很相似。因此，B₈、B₉更适合与冲击钻机的掘进速率相关联。TBM和旋转钻机的破岩过程主要是刀具或贯入器侵入岩石，岩石被压碎，产生裂纹并传播，行程岩片。这个过程与岩石的抗拉强度有关，所以，B₅、B₆、B₇更适合关联TBM和旋转钻机的掘进速率。

B₅定义为单轴抗拉强度与巴西抗拉强度的比值，用于分析岩石材料脆性对刀具入侵岩石和TBM掘进的影响。一般来说，随着B₅的增大，岩石的脆性随之增大。

• 脆性试验

脆性试验一般和Sievers-J小钻试验一起用于测试岩石的可钻性指数（DRI）。

1. 1)  取样

岩石试样应具有岩相学和力学性质方面的代表性。避免使用风化的岩石试样是非常重要的，由爆破而造成的带有裂缝的岩块或曾在高地应力（各向异性的）状态下的岩块也要避免作为试样使用。

为了获得可靠的试验结果，每个试样的质量都应该达到15-20kg。一个试样可能包括多个岩块（每个岩块的最小质量是0.5kg）。当需要钻取岩芯取得试样时，岩芯直径必须大于32mm，所取试样的************也大于10kg，质量达不到的试样也能使用，但平行脆性试验数就会减少，结果的差异性会变大。

当进行标准脆性试验所需的必要的试验材料很难取到或需花费很多才能取到时，可以考虑进行Mini-DRI试验，在大多数情况下，做这样的试验，几百克的样品材料就足够了。

1. 2)  试验原理及步骤

目前，在Trondheim的挪威科技大学卢威科学院工程地质实验室具有进行岩石脆性（DRI、BWI和CLI）试验的设备，并积累了长期的试验经验。韩国国立首尔大学仿照NTNU的设备自制了一套相同的设备。还有一些大学及研究机构也由购置相关设备的计划。

赫尔辛基技术大学开发了升级版的DRI试验，它需要比标准DRI试验更少的试验材料，必要的试验材料时按照一定顺序排列的长625px直径800px的岩芯。

脆性试验中通过对岩石的反复冲击，很好地对岩石抵抗冲击破碎的能力进行测量。脆性试验首先是由Matern和Hjelemer于1943年在瑞典提出的。出于不同的应用，后来陆续产生了几个不同的版本。试验过程的示意图如下所示。

图2 脆性试验示意图

脆性试验主体是一个岩石冲击试验，其主要试验步骤如下：

（1）  岩石在颚式破碎机中按照规定的程序破碎，颚式破碎机的出料口大小取两次筛分间隔的平均值13.6mm。

（2）  破碎后的岩石先经过16mm孔径筛分仪器的筛分，接着再进行一次11.2mm筛分仪器的筛分。粒径大于16mm的岩石碎块用于测量岩石的密度，其干密度由烘干过后的岩石质量除以体积得到，其中岩块质量由电子天平秤称得，精确到0.01g。

（3）  在得到的粒径为11.2~16mm的岩石碎块中取体积为4725px³（相当于500g密度为2.65g/ cm³的岩石碎块）的岩石碎块作为一次试验的试样。

（4）  将试样放入特定的研钵中，用14kg的重锤对其进行重击，重锤的下落高度为625px，重击次数为20次。

（5）  将经过重击的试样再用11.2mm筛分仪器进行筛分。脆性值（S₂₀）是通过11.2mm孔筛的岩石碎块所占的百分比。脆性值取3~5次的平均值。

1. 3)  Mini-DRI脆性试验

在很多情况下，进行标准的DRI试验所必须的试验材料很难取得或需要花费很多。因此，挪威科技大学/卢威科学院修改了标准的试验方法，修改后的试验方法用很少的试验材料就能进行岩石的脆性（可钻性）试验。这些修改基于试验仪器的缩小，以达到所使用试样的体积和粒径都比标准试验小的目的。

此外，试验中还要进行足够数量的平行试验以找出修改的试验和标准试验之间的关系。

在修改的试验中，试验所用的试样的粒径大小由11.2mm~16mm减小到2~4mm，试样的质量由500g下降到15g（试样密度为2.65g/cm³），研钵盖子的质量由4025g降到115g，锤击的质量由14kg降到390g。研钵中试样体积的高度与宽度的比值把持不变，其他的参数也保持不变。

初步的试验结果：基于试样数量的限制，试验结果是很有前景的。在试验中发现了修改的试验和标准试验由良好的相关性，两种试验中脆性值（S₂₀）的相关系数R²=0.8。

相比于标准试验，缩小的试验更容易受岩石粒径和叶理的影响。因此，与试样尺寸大小相关的参数将会随岩石类型和粒径大小的变化而变化（也很可能是其它因素）。Mini-DRI试验肯定比标准DRI试验具有更多的不确定性。

（以上由玖瑞科技研发三部收集整理）