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hardness of rock
简介
岩石抵抗工具侵入其表面的能力指标。它是影响机械方法破碎岩石效果的基本量值。按测量方法不同，主要有刻划硬度、侵入硬度和回弹硬度三种。
刻划硬度 最常用的是1824年由奥地利矿物学家摩氏(F.Mohs)提出的以十级标准矿物互相刻划法。按硬度由小到大的十级标准矿物是：1—滑石，2—石膏，3—方解石，4—萤石，5—磷灰石，6—长石，7—石英，8—黄玉，9—刚玉，10—金刚石 (表1)。测定矿物硬度时，如果被测定的矿物能被某一级标准矿物所刻划而留下痕迹，不能被低一级的标准矿物所刻划，则该矿物的硬度便在这两级之间。决定岩石的硬度时，是以组成该岩石的诸矿物硬度按含量加权平均而得出。
表1 十种标准矿物的侵入硬度(MPa)
| 矿物名称 | 滑石 | 石膏 | 方解石 | 萤石 | 磷灰石 | 长石 | 石英 | 黄玉 | 刚玉 | 金刚石 |
| 摩氏硬度标 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 赫兹硬度 | 50 | 140 | 920 | 1100 | 2370 | 2530 | 3080 | 5250 | 11500 | 25000 |
| 史氏硬度 | 50 | 204 | 1170 | 1600 | 2410 | 2930 | 4830 | 5020 | 7100 | |
| 巴氏硬度 | 30 | 160 | 840 | 1280 | 1600 | 2870 | 4450 | 4930 | 5420 |
侵入硬度 用特制工具(压头)在载荷作用下侵入岩石表面，以达到规定的破碎程度时的临界压强作为硬度指标。常用的有赫兹硬度、史氏硬度和巴氏硬度。
赫兹硬度 德国物理学家赫兹(H.R.Hertz)在1881年提出。它是通过坚硬圆珠向脆性物体表面施加载荷，当载荷增大到使压痕边缘出现伞状裂纹(现称赫兹裂纹)时，以承压接触面中心的压强作为硬度值，即
式中ph为赫兹硬度，N/mm2;Po为出现赫兹裂纹的临界载荷，N;a为压痕半径，mm。
史氏硬度 20世纪50年代初，苏联学者史莱依涅尔(Л.А.Шройнер)对岩石的侵入硬度作了系统的研究，他提出的硬度指标，在苏联和中国石油、地质和矿业部门得到比较广泛的应用。
史氏硬度是用平端压头，在载荷作用下侵入岩石，当岩石表面产生跃进式破碎时，将压头端面的临界平均压强作为岩石的硬度指标，即
式中ps为岩石的史氏硬度，N/mm2;P1为岩石表面产生跃进式破碎的临界载荷，N;S为压头的端面积，mm2。
史氏规定压头端面积为1～3mm2，只在多孔性的岩石中，采用5mm2的压头。被测定岩石表面要事先磨平。
对于跃进式破碎不明显的塑性岩石，则以载荷一侵深曲线的开始直线段最高点为决定硬度的临界载荷。
常见岩石的史氏侵入硬度见表2。
表2 岩石的史氏侵入硬度一般范围(MPa)
巴氏硬度 20世纪60年代苏联学者巴隆(Л.П.Барон)曾利用岩石的自然表面作侵入硬度测量，同时放大了压头的尺寸，其端面积一般不小于10mm2，其他方面和史氏硬度相同。巴氏硬度和史氏硬度并无一一对应关系，只在大量统计上，约为ps的70%。
美国学者莫里斯(R.I.Morris)在60年代末，利用端面具有1/8英寸(3.2mm)曲率半径的硬质合金压头侵入岩石，以单位载荷所造成第一次跃进式破碎后的侵入深度作为指标，来预估牙轮钻的钻进速度。
回弹硬度 工具冲击岩石表面，当岩石表面的弹性变形恢复时，工具将被弹出。以这种回弹能力来度量岩石的硬度便是回弹硬度。这种硬度与岩石的弹性模量有较好的相关性。常用的有肖氏硬度和回弹锤硬度。
肖氏硬度 英国科学家肖(A.F.Shore)首先提出，将嵌有金刚石端头的撞销，从一定高度坠落到材料表面，以回弹高度作为硬度的指标，若弹回到原坠落的高度，则肖氏硬度标值为140。
肖氏硬度常用于金属材料，因其仪器小巧测定方便，也被利用来测定岩石硬度。岩石的肖氏硬度大致范围为石英岩83～95，花岗石71～90，石灰岩17～76，砂岩34～66，泥灰岩10～27。
回弹锤硬度 又称施密特锤(Schmidt hammer)，是利用弹簧蓄能，使锤冲击到和岩石相接触的短杆上，然后以锤回弹的高度作为岩石硬度的指标。回弹锤的冲击功从0.74～3N·m。常用于检查浇注混凝土的质量，也作为测定岩石硬度之用。