常用的岩土和岩石物理力学参数

常用的岩土和岩石物理力学参数

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下：

K

E

3(1 2 )

E

（7.2）

2(1 )

G

当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K值(利用压缩试验或者P波速度试验估计)，然后再用K和ν来计算G值。

表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。

岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1

土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980）

表7.2

各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5

中弹性常量：E1, E3, ν12,ν13和G13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E1,E2,E3, ν12,ν13,ν23,G12,G13和G23。这些常量的定义见理论篇。

均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。

横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3

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流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量Kf，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M。纯净水在室温情况下的Kf值是2 Gpa。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的Kf，不用折减。这是由于对于大的Kf流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC3D中用到的流动时间步长, tf与孔隙度n，渗透系数k以及Kf有如下关系：

tf

n

（7.3） '

Kfk

对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数C 来决定改变Kf的结果。

C

k'n

m

Kf

（7.4）

其中

m

1

K 4G/3

k k' f

其中，k——FLAC3D使用的渗透系数

k——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f——水的单位重量

考虑到固结时间常量与C 成比例，我么可以将Kf的值从其实际值（2 10Pa）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。

流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果Kf是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果Kf远比k大，则压缩过程就慢，但是一般有可能Kf对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。

在无流动情况下，饱和体积模量为：

9

'

Ku K

不排水的泊松比为：

Kf

（7.5） n

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u

3Ku 2G

（7.6）

2(3Ku G）

这些值应该和排水常量k和 作比较，来估计压缩的效果。重要的是，在FLAC3D中，排水特性是用在机械连接的流变计算中的。对于可压缩颗粒，比奥模量对压缩模型的影响比例与流动。

7.3 固有的强度特性

在FLAC3D中，描述材料破坏的基本准则是摩尔-库仑准则，这一准则把剪切破坏面看作直线破坏面：

fs 1 3N （7.7）

其中 Nφ (1 sin )/(1 sin )

1——最大主应力 (压缩应力为负);

3——最小主应力

——摩擦角

c——粘聚力

当fs 0时进入剪切屈服。这里的两个强度常数φ和c是由实验室的三轴实验获得的。当主应力变为拉力时，摩尔-库仑准则就将失去其物理意义。简单情况下，当表面的在拉应力区域发展到 3等于单轴抗拉强度的点时， ，这个次主应力不会达到拉伸强度—例如；

t

ft 3 t （7.8）

当ft 0时进入拉伸屈服。岩石和混凝土的抗拉强度通常有由西实验获得。注意，抗拉强度不能超过σ3, 这是和摩尔-库仑关系的顶点的限制是一致的。最大的值由下式给出

t

max

c

（7.9） tan

表7.4列出了一系列具有代表性的典型的岩石标本的粘聚力、摩擦角和抗拉强度值。土体的具有代表性的典型粘聚力和摩擦角的具有代表性的典型值见表7.5。土体强度用无侧限抗压强度qu表示，qu与粘聚力C和摩擦角 的关系由下式确定

qu 2ctan(45 /2) （7.10）

岩石的强度特性值（实验室测定） 表7.4

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土体的强度特性值（排水实验测定） 表7.5

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岩石物理力学性质一览表----岩石物理力学性质各项指标

土类

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岩类

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92 千枚岩 板岩 大理岩 石英岩 花岗岩 闪长岩 辉长岩 流纹岩 安山岩 玄武岩 2.3~2.7 5 2.6~2.7 2.4~2.8 2.3~2.8 2.52~2. 96 2.55~2. 98 2.5~3.3 2.3~2.7 2.5~3.1 0.4~3.6 0.5~1.8

0.45 左右 0.1~0.3 0.1~6.0 0.1~8.7 0.5~4.0 0.2~5.0 0.3~4.0 0.1~1.0 0.1~1.5 0.1~4.0 0.3~5.0 0.5~4.0

(绿泥石 片岩) 0.67~0.96 10(石英千 10~100 枚岩) 5.0(新鲜岩 60~200 体) 49~67 70~140 0.94~0.96 65~70 150~350 0.72~0.97 30~37 100~250 0.6~0.8 1.5~8.5(具 100~250 裂隙岩体) 180~300 180~300 0.81~0.91 8.3~12.0 (具 100~250 裂隙岩体) 0.3~0.95 83 180~300

1~10 7~15 2.0~4.0 15~30 7~25 10~25 15~36 15~30 10~20 15~36

1~20 2~20 4.9(裂隙较 发育岩体) 10~50 14~50 10~50 10~50 10~50 10~40 10~50

26~65 45~60 52 裂隙较 ( 发育岩体) 50~60 45~60 53~55 50~55 45~60 45~50 50~55

1.1~4.5 0.5~7.2

0.3~4.5 0.3~2.8

注：未注明为岩体的数据，均为岩石试验数据。

常用的岩土和岩石物理力学参数

[1] 唐大雄 刘佑荣 张文殊 王清 工程岩土学（第二版）地质出版社 1998 北京 [2] 重庆建筑工程学院 同济大学 岩体力学 中国建筑工业出版社 1981.10北京 [3] 工程地质手册编写委员会 工程地质手册（第三版）中国建筑工业出版社 1992.12北京

[4]李先炜 岩体力学性质 煤炭工业出版社

常用的岩土和岩石物理力学参数

泊松比范围为0~0.5，不会大于0.5。砂岩泊松比0.22左右，煤岩0.3左右。一般岩石弹性模量量级为10，单位Pa。煤岩弹性模量量级为9，Pa。

在岩石的弹性工作范围内，μ一般为常数，但超越弹性范围以后，μ随应力的增大而增大，直到μ=0.5为止。

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土的泊松比