巖石的物理力學性質主要由其組成成分和結構構造決定。巖石是由各種無機天然元素組合而成的固體礦物，形成單一或復合礦物構成的實體。巖石礦物中的原子、離子或分子，主要是離子質點，它們在空間中排列成規則的幾何圖形，形成晶體結構單元。非晶體結構中，質點的排列無規律，導致其物理力學性質與方向無關，為各向同性體。巖石中的礦物元素通過質點間的吸引力和排斥力保持其形狀和強度。當巖石受應力作用時，表現出彈性作用，但在一定范圍外則顯示非彈性塑性作用。根據李四光先生的觀點，地質力學必須與分子間力場的研究緊密結合。應力不僅影響顆粒間的相互作用，還影響到顆粒內部的分子和原子。離子之間的吸引力和排斥力表現為吸引力能場和排斥能場的相互作用。這種作用可用方程式表示，其中a、b是與離子間連續性鍵電子有關的常數，n經常大于m，以維持物質的平衡狀態。巖石中的礦物晶體，如NaCl、CaCO3等，由離子組成。離子可以是單個離子或復合離子，如碳酸根和硫酸根。這些離子之間的吸引力和排斥力是它們在空間中有序排列的基礎。礦物晶體的晶格結點上，正離子和負離子相間分布，形成具有電力偶的分子，產生范德華力。當巖石受力變形時，這些分子鍵可以產生電極化壓電現象，這在石英中尤為明顯。高壓下，這種現象會產生較強的分子鍵聯接作用。單原子晶體如金剛石，其原子間的非極性聯接使得原子間緊靠的程度大于離子鍵。多晶體巖石中的晶體在相互共生的情況下形成，其互作用力既有離子鍵又有極化條件的分子鍵。多晶體所形成的互作用力小于晶體內的互作用力，其彈性系數不是常量，受壓縮力時增大，受拉伸力時減小。巖石中的結晶水對晶體內鍵的強度有顯著影響。水分子能分開晶格，鍵的強度減弱。硬石膏水化后強度降低，這反映了水分子對鍵強度的影響。多晶體巖石中的晶體直接接觸，其互作用力既有離子鍵又有極化條件的分子鍵。多晶體的彈性特性受接觸面原子質點距離的影響。受壓縮力時，彈性模量增大；受拉伸力時，彈性模量減小，這表明巖石質點連結的鍵能是非均一不平衡的，且具有軟化特性。巖石中的原子質點間的結合界面在受力時會發生位移，表現出不同的力學特性。質點間的界面因原子有效應力場勢的球形特征而形成正弦曲線狀坑洼。壓剪時，剪力既要克服吸引力，也要克服從坑洼面抬升至突起高度的剪脹量。從微觀物理基礎探討巖石的力學特性，可以揭示正應力與反應力作用所反映的力學特性差異。宏觀巖石力學特性研究僅關注正應力應變，無法涵蓋反應力應變的特性。通過研究巖石組成物質的原子質點間理論強度，可以發現理論強度與實際強度之間存在顯著差異。這表明固體物質的顆粒越粗，存在的缺陷越多，其強度就越低。巖石的脆性斷裂有拉張斷裂、壓致張裂和剪切碎裂三種類型。抗剪強度是指沿巖石中某一較弱結構面發生滑移的最小剪應力。滑移面上原子力場勢的坑洼高度會因所受應力狀態的不同而變化。張剪時，剪切力要克服質點間的吸引力，滑移面的組成物質決定了摩擦系數。現代摩擦理論認為，摩擦系數不是一個固定值。張剪時，僅克服質點間的吸引力，所以剪切時不會產生剪張能。但當張剪力方向與滑移面一致時，會產生咬合作用，摩擦是一混合過程，既要克服滑移面上質點間的吸引力，又要克服機械變形阻力。從微觀角度研究巖石的力學特性，有助于正確解釋宏觀巖石力學中的問題。這種研究不僅涉及傳統的地質力學，還涉及量子力學的部分領域，為宏觀巖石力學提供物理基礎。