岩石在载荷作用下，首先发生的物理现象是变形，随着荷载的不断增加，或在恒定的荷载作用下，随时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。因此岩石变形特性研究的重点是岩石的应力-应变-时间关系。中国学者在岩石变形方面开展了重要的研究工作，尤其是岩石流变研究。岩石的变形可分为弹性变形、塑性变形和黏性变形三种。弹性变形指物体受外力作用产生全部变形，在外力去除后能够立即恢复其原有的形状和大小；塑性变形指物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全恢复原状；黏性变形指物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而变化。

室内常用单轴或三轴压缩试验、流变试验和动力试验等，多数试验往往结合岩石强度的研究进行。通常，为了测定岩石应力达到峰值后的应力-应变关系，常采用刚性试验机和伺服控制试验机。实际上，借助于高响应频率的测试系统，在普通试验机上也可以测得岩石的应力-应变全过程曲线。根据室内外试验可获得应力-应变关系和应力-应变-时间关系以及相关的变形参数，如弹性模量、泊松比、流变常数等。

在实验室对多种岩石试块作大量试验获得单轴受压的应力-应变关系曲线，典型曲线见图1。坚固的岩浆岩等岩石的应力-应变曲线近于直线，表现为弹性变形，最后呈突然脆性破坏（图1a）。较弱的石灰岩、泥岩及凝灰岩，应力-应变曲线开始近直线，而后向下弯曲，直至破坏，表现为弹塑性变形（图1b）。含有孔隙和微裂隙的坚固岩石与变质岩，当加载方向垂直裂隙、片理方向时，由于压缩过程导致的裂隙闭合，应力-应变曲线开始上凹，而后为直线，整体上表现为塑弹性变形（图1c）。岩性松软的沉积岩或片理发育的变质岩，受垂直片理方向的载荷作用，表现为塑弹塑性变形（图1d）。岩盐的应力-应变曲线开始一小段近直线，然后有非弹性的曲线部分，并继续不断的蠕变，表现为弹黏性变形（图1e）。岩石变形特征，除受岩性影响外，还受应力状态影响。例如，大理岩在三向压缩下（三轴试验，σ₂＝σ₃）所得的应力-应变曲线见图2。随着侧向应力σ₃增大，岩石强度极限提高。σ₃愈大，岩石呈现塑性变形愈明显。由白云岩的真三轴试验所得的应力-应变曲线见图3。当σ₃固定时，中间主应力σ₂增大时，岩石脆性加强，延性减弱。图4为循环加卸载条件下岩石的应力-应变曲线。当卸荷点的应力高于弹性极限，卸荷曲线偏离原加荷曲线，不再回到原点，产生了塑性变形。表征岩石的变形指标一般有弹性模量、变形模量和泊松比等。

图1 岩石单轴受压应力-应变曲线

图2 不同围压下大理岩的应力-应变曲线

图3真三缩条件下白云岩的应力-应变曲线

图4 循环荷载条件下岩石的应力-应变曲线

岩石变形除有时间效应外，湿度、温度等对岩石的变形也有影响。湿度的影响一方面表现在随含水量的增加，强度降低，变形加大，更重要的是某些含亲水性矿物的岩石遇水后会产生膨胀变形和膨胀压力，极大地影响岩石的变形。温度的影响主要表现在高温条件下，由于内部热应力会引起岩石的损伤，导致岩石的变形参数发生变化，并且塑性变形增强。此外，应力施加速率、载荷性质等也对岩石的变形有影响。