岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。变化的大小同原有尺寸之比，叫相对变形或应变。岩石变形是岩石中点位的相对变化以及点的位移的结果。工程上最常研究的变形是由于力的影响所产生的。排除产生变形的原因后（例如卸载后）即自行消失的变形，称为弹性变形；卸载后仍余留的变形，称为塑性变形（或永久变形、残余变形）。研究岩石变形对与岩石有关的建筑物的合理设计、降低其建筑造价具有重要意义。

岩石变形性质 室内研究岩石变形性质的最普通方法是采用长度为其直径2～2.5倍的圆柱体试样进行单轴压缩试验（也可用三轴压缩试验）。在施加任何轴向应力σ后，测量轴向应变ε_x和侧向应变ε_y、轴向应力（小于形成细微裂隙的极限应力）与轴向应变的关系如图1所示，开始是线弹性段OC，然后逐渐变为曲线段CD。如果从D点卸载，则卸载曲线并不退到原点，而是产生塑性变形ε_p，卸载曲线与加载曲线形成滞回环。对岩石，反复加载与卸载，每次加、卸载都形成滞回环。这些环随着加、卸载次数的增加愈来愈窄，并彼此愈来愈靠近，最后直至每次加、卸载不出现残余变形。如图1的HH′环。直线HH′平行于直线O C，其斜率称为弹性模量E（帕），与岩石类型和组构、加荷快慢等有关，大多数岩石的E为10¹⁰帕的量级。对岩石来说，只有当应力不超过形成细微裂隙的极限值才有意义。曲线ε_y（σ）任何点与坐标原点连线的斜率σ/ε_y称为变形模量，它不是常数，而与荷载大小或范围有关，其应变ε_y包含弹性应变和塑性应变。为描述岩石的所有变形性质，可绘制各种变形量（包括纵向变形ε_y（σ）、横向变形ε_x（σ））与轴向应力间的关系曲线，见图2。在图上绘有轴向应力与下列参数的关系：①体积应变ε₀＝⊿V/V＝ε_y－2ε_x（V为岩石原来体积，⊿V为受力后的体积变化）；②横向变形系数v＝⊿ε_x/⊿ε_y（在弹性力学中称为泊松比，它是常数，但这个条件仅对于岩石材料的弹性工作阶段才是正确的）；③体积变形模量K＝σ/ε₀，岩石变形曲线上一般可分出三个特征应力R₀、R_y、R₀，从而把岩石变形分成4个阶段：第1阶段为压密阶段（0≦σ≦R₀），在该阶段内岩石中细微裂隙闭合，这阶段的特点是无横向变形，ε_y（σ）呈非线性关系。第2阶段为弹性工作阶段（R_o≦σ≦R_y），在该阶段内岩石可看作为弹性的均质材料，横向变形系数为常数。第3阶段为塑性阶段（R_y≦σ≦R_o）。当应力达到R_y时，试样内开始形成细微裂隙，从均质状态材料变为内部结构破坏的细微裂隙材料。结果横向变形系数开始突然增加，体积变形模量一般保持为常数，说明应力与试样体积缩小的线性关系。在这阶段内，材料的变形性质不可用弹性模量（杨氏模量）来表示，因为变形已不是弹性的和可恢复的。第4阶段为破坏阶段（σ≧R_c）。当应力达到R_c，细微裂隙联合成为大裂隙（宏观裂隙），引起岩石破坏，体积增大（ε_o（σ）曲线在B点弯曲），横向变形系数达到极限值v＝0.5。在σ＝R_c以后，大裂隙系统实际上把试件劈开为各个岩块，强度已无意义。

图1 当循环加、卸载时的应力～应变曲线

图2 岩石的各种变形与应力的关系

现场岩体中一般有宏观裂隙等断裂面。这些面对岩体的变形性质起着主要作用。岩体变形性质与室内试验表现的不完全相同，应当通过现场试验来研究（见岩体现场试验）。

岩石蠕变 指在应力σ不变的情况下岩石变形（或应变ε）随着时间t增长的现象，可用蠕变曲线（ε－t曲线）表示。它有两种基本类型：①稳定蠕变曲线，如图3上的花岗岩和砂岩的蠕变曲线，蠕变甚小，荷载施加后经过不长的时间就趋于稳定；②不稳定蠕变曲线，如图3上的页岩的蠕变曲线，其特点是蠕变达到一定值时就以某种常速度不停地增长，直至破坏。这种蠕变的岩石不多，主要是一些软弱岩石，但坚硬岩石的应力超过上屈服界限也可产生不稳定蠕变。软弱岩石的蠕变曲线一般可分为三个阶段，见图4。在阶段Ⅰ内，弯线向下弯在这阶段内的蠕变叫做第一期蠕变或瞬态蠕变。这阶段结束后进入阶段Ⅱ（B点），曲线具有近似不变的斜率，这阶段称为第二期蠕变或稳态蠕变。最后阶段Ⅲ称为第三期蠕变或加速蠕变，这种蠕变导致岩石迅速破坏。在阶段Ⅰ内把所加应力骤然降为零，则ε－t曲线具有PQR的形式。其中PQ＝ε_e为瞬时弹性变形，QR则随着时间慢慢退至应变为零，没有残余变形，材料仍保持弹性。在阶段Ⅱ内将所加应力骤然降为零，则ε－t曲线具有TUV的形式，最终保持一定的残余变形。图5示有用单轴压缩试验求得的石膏的一组蠕变曲线。蠕变与所加应力大小有关，在低应力时，蠕变可渐趋稳定，岩石不破坏；在高应力时，蠕变加速，引起破坏。应力愈大，蠕变速率愈大；反之愈小。蠕变还与温度有关，温度愈高，蠕变愈大，蠕变速率也愈快。为了描述岩石蠕变现象，目前有多种力学模型，例如马克斯威尔模型、伏伊特模型、广义伏伊特模型、伯格斯模型等。较常用的是伯格斯模型，见图6a。这个模型的应变ε与时间t的关系如下：

图3 在1x10⁴kp_a的常应力下和室温下的蠕变曲线

图4 岩石的典型蠕变曲线三阶段

图5 石膏的蠕变曲线；曲线上数字表示以10²KPa计的单轴压应力

图6 伯格斯模型

岩石变形

式中 t₀＝η₁/E₁，σ₀为瞬时施加荷载，e为自然对数的底，E₁、E₂、η₁、η₂为4个常数，由实验决定。这个模型模拟岩石的瞬时应变、第一期蠕变及稳定蠕变，见图6 b。某一时间后卸载产生残余变形见图6c。