2.2.3.1 变形特征及其分类
做压入试验时，记录下载荷P与侵入深度δ的相关曲线，按岩石在压头压入时的变形曲线和破碎特性（图2-5）可把岩石分成以下3类。
图2-5 压头压入条件下的岩石变形曲线图
（a）弹-脆性岩石（石英岩）；（b）弹-塑性岩石（大理岩）；（c）高塑性岩石（盐岩）
P—压头载荷；P0—从弹性变形过渡到塑性变形载荷；Pmax—岩石产生脆性破碎载荷；
δ—岩石产生弹性变形的侵深；α—变形角
1）弹-脆性岩石
弹-脆性岩石（花岗岩、石英岩、碧石铁质岩）在压头压入时仅产生弹性变形，至A点最大载荷Pmax处便突然完成脆性破碎，压头瞬时压入，破碎穴的深度为h[图2-5（a）、图2-6（a）]。这时破碎穴的面积明显大于压头的端面面积，且h/δ＞5。
2）弹-塑性岩石
弹-塑性岩石（大理岩、石灰岩、砂岩）在压头压入时首先产生弹性变形，然后塑性变形。至B点载荷达Pmax时才突然发生脆性破碎[图2-5（b）、图2-6（b）]。这时破碎穴面积也大于压头的端面面积，而h/δ=2.5～5，即小于第一类岩石。
3）高塑性和高孔隙性岩石
高塑性（黏土、盐岩）和高孔隙性岩石（泡沫岩、孔隙石灰岩）区别于前两类，当压头压入时，在压头周围几乎不形成圆锥形破碎穴，也不会在压入作用下产生脆性破碎[图2-5（c）、图2-6（c）]，h/δ=1。因此，测试该类岩石硬度时，用P0代替Pmax采用公式（2-5）进行计算。
图2-6 岩石表面的压入与破碎穴
（a）弹-脆性岩石；（b）弹-塑性岩石；（c）高塑性高孔隙度的岩石
δ—岩石中的最大变形；h—岩石破碎穴深度
2.2.3.2 弹塑性基本概念
弹性——岩石在外力作用下产生变形，撤销外力之后恢复到初始形状和体积的能力。
脆性——岩石在外力作用下，未发生明显的塑性变形就被破碎的能力。
韧性——岩石在外力作用下产生微裂纹后，抵抗裂纹扩展的能力，常用断裂韧性来表征。它是判别工程岩体断裂稳定性的主要指标，与岩石硬度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度及弹性模量之间有着较好的相关性。
塑性——岩石在外力作用下（通常是各面压缩），在未破坏其连续性的前提下不可逆地改变自身形状和体积的能力。
岩石在弹性变形阶段服从虎克定律。虽然岩石（尤其是沉积岩）并非理想的弹性体，但用压入试验测出的弹性模量E仍可满足工程需要。弹性模量的表达式为：(www.xing528.com)
式中：E——岩石的弹性模量，MPa；
σ——屈服强度极限，MPa；
ε——屈服时的应变。
影响岩石弹性和塑性的主要因素有：
（1）岩浆岩和变质岩中造岩矿物的弹性模量越高，岩石的弹性模量也高。在碎屑颗粒成分相同的条件下，沉积岩弹性模量的次序是：硅质胶结者最大，钙质胶结者次之，泥质胶结者最小。
（2）单向压缩时岩石往往表现为弹-脆性体，但各向压缩时则表现出不同程度的塑性，破坏前都产生一定的塑性变形。这意味着在各向压缩下需要更大的载荷才能破坏岩石的连续性。
（3）温度升高使岩石的弹性模量变小，塑性系数增大，岩石表现为从脆性向塑性转化。在超深钻和地热孔施工中应注意这一影响。
人们用岩石的塑性系数来定量表征岩石的塑性及脆性大小，塑性系数为岩石破碎前耗费的总功与岩石破碎前的弹性破碎功之比：
式中：KP——岩石塑性系数；
AF——岩石破碎前耗费的总功；
AE——弹性破碎功。
在图2-5（a）中，对于弹-脆性岩石，岩石破碎前耗费的总功AF与弹性破碎功AE相等，KP=1；对于高塑性岩石，KP→∞；对于弹-塑性岩石[图2-5（b）]，KP＞1。
2.2.3.3 弹塑性分级
模拟实验与野外生产实践表明，钻进高弹-塑性岩石比钻弹-脆性岩石要慢。在钻探工艺中岩石的塑性和脆性指标对于切削型和压碎型破岩工具而言，更具有针对性。
按塑性系数的大小可把岩石分为3类6级，见表2-9。
表2-9 岩石按塑性系数的分级
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