關(guān)于常用的巖土和巖石物理力學(xué)參數(shù)

1、（E,占）（K,G）的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:E3(12)(7.2)當(dāng)v值接近0.5的時(shí)候不能盲目的使用公式3.5,因?yàn)橛?jì)算的K值將會(huì)非常的高，偏離實(shí)際值很多。最好是確定好K值（利用壓縮試驗(yàn)或者P波速度試驗(yàn)估計(jì)），然后再用K和v來(lái)計(jì)算G值。表7.1和7.2分別給出了巖土體的一些典型彈性特性值。巖石的彈性（實(shí)驗(yàn)室值）（Goodman,1980）表7.1干密度（kg/m3）E(GPa)VK(GPa)G(GPa)砂巖19.30.3826.87.0粉質(zhì)砂巖26.30.2215.610.8石灰心209028.50.2922.611.1頁(yè)巖2210-257011.10.298.84.3大理石270055.80.25

2、37.222.3花崗巖73.80.2243.930.2土的彈性特性值（實(shí)驗(yàn)室值）（Das,198Q表7.2干密度(kg/m3)彈性模量E（MPa）泊松比V松散均質(zhì)砂土147010-260.2-0.4密質(zhì)均質(zhì)砂土184034-690.3-0.45松散含角礫淤泥質(zhì)砂土1630密實(shí)含角礫淤泥質(zhì)砂土19400.2-0.4硬質(zhì)粘土17306-140.2-0.5軟質(zhì)粘土1170-14902-30.15-0.25黃土1380軟質(zhì)啟機(jī)土610-820凍土2150各向異性彈性特性一一作為各向異性彈性體的特殊情況，橫切各向同性彈性模型需要5中彈性常量：Ei,E3,V2,M3和G13；正交各向異性彈性模型有9個(gè)彈性

3、模量Ei,E2,E3,V2,M3,"白仃2和G23。這些常量的定義見(jiàn)理論篇。均質(zhì)的節(jié)理或是層狀的巖石一般表現(xiàn)出橫切各向同性彈性特性。一些學(xué)者已經(jīng)給出了用各向同性彈性特性參數(shù)、節(jié)理剛度和空間參數(shù)來(lái)表示的彈性常數(shù)的公式。表3.7給出了各向異性巖石的一些典型的特性值。橫切各向同性彈性巖石的彈性常數(shù)（實(shí)驗(yàn)室）表7.3Ex(GPa)Ey(GPa)yxZxGxy(GPa)砂巖43.040.00.280.1717.0砂巖15.79.60.280.215.2石灰心39.836.00.180.2514.5頁(yè)巖66.849.50.170.2125.3大理石68.650.20.060.2226.6花崗巖1

4、0.75.20.200.411.2流體彈性特性一一用于地下水分析的模型涉及到不可壓縮的土粒時(shí)用到水的體積模量Kf,如果土粒是可壓縮的，則要用到比奧模量M。純凈水在室溫情況下的Kf值是2Gpa。其取值依賴(lài)于分析的目的。分析穩(wěn)態(tài)流動(dòng)或是求初始孔隙壓力的分布狀態(tài)（見(jiàn)理論篇第三章流體-固體相互作用分析），則盡量要用比較低的Kf,不用折減。這是由于對(duì)于大的Kf流動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)很小，并且，力學(xué)收斂性也較差。在FLAC3D中用到的流動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)，tf與孔隙度n,滲透系數(shù)k以及Kf有如下關(guān)系：tfnKfk(7.3)對(duì)于可變形流體（多數(shù)課本中都是將流體設(shè)定為不可壓縮的）我們可以通過(guò)獲得的固結(jié)系數(shù)C來(lái)決定改變Kf的結(jié)果

5、。(7.4)Kf其中1mK4G/3(kkf其中，k'flac3D使用的滲透系數(shù)k一一滲透系數(shù)，單位和速度單位一樣（如米/秒）f一一水的單位重量9考慮到固結(jié)時(shí)間常量與C成比例，我么可以將Kf的值從其實(shí)際值（210Pa）減少,利用上面得表達(dá)式看看其產(chǎn)生的誤差。流動(dòng)體積模量還會(huì)影響無(wú)流動(dòng)但是有空隙壓力產(chǎn)生的模型的收斂速率（見(jiàn)1.7節(jié)流動(dòng)與力學(xué)的相互作用）。如果Kf是一個(gè)通過(guò)比較機(jī)械模型得到的值，則由于機(jī)械變形將會(huì)產(chǎn)生孔隙壓力。如果Kf遠(yuǎn)比k大，則壓縮過(guò)程就慢，但是一般有可能Kf對(duì)其影響很小。例如在土體中，孔隙水中還會(huì)包含一些尚未溶解的空氣，從而明顯的使體積模量減小。在無(wú)流動(dòng)情況下，飽和體積模

6、量為：KfKuK-（7.5）不排水的泊松比為:3K2G2(3KuG)(7.6)這些值應(yīng)該和排水常量k和作比較，來(lái)估計(jì)壓縮的效果。重要的是，在flac3D中，排水特性是用在機(jī)械連接的流變計(jì)算中的。對(duì)于可壓縮顆粒，比奧模量對(duì)壓縮模型的影響比例與流動(dòng)。7.3固有的強(qiáng)度特性在FLAC3D中，描述材料破壞的基本準(zhǔn)則是摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，這一準(zhǔn)則把剪切破壞面看作直線破壞面：fs13N2c河(7.7)其中N6(1sin)/(1sin)1最大主應(yīng)力(壓縮應(yīng)力為負(fù));3最小主應(yīng)力摩擦角c粘聚力當(dāng)fs0時(shí)進(jìn)入剪切屈服。這里的兩個(gè)強(qiáng)度常數(shù)4和c是由實(shí)驗(yàn)室的三軸實(shí)驗(yàn)獲得的。ft當(dāng)主應(yīng)力變?yōu)槔r(shí)，摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則就將失去其

7、物理意義。簡(jiǎn)單情況下，當(dāng)表面的在拉應(yīng)力區(qū)域發(fā)展到3等于單軸抗拉強(qiáng)度的點(diǎn)時(shí)，t,這個(gè)次主應(yīng)力不會(huì)達(dá)到拉伸強(qiáng)度一例如；(7.8)當(dāng)ft0時(shí)進(jìn)入拉伸屈服。巖石和混凝土的抗拉強(qiáng)度通常有由西實(shí)驗(yàn)獲得。注意，抗拉強(qiáng)度不能超過(guò)(73,這是和摩爾-庫(kù)侖關(guān)系的頂點(diǎn)的限制是一致的。最大的值由下式給出tcmax(7.9)tan表7.4列出了一系列具有代表性的典型的巖石標(biāo)本的粘聚力、摩擦角和抗拉強(qiáng)度值。土體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見(jiàn)表7.5。土體強(qiáng)度用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu表示，qu與粘聚力C和摩擦角的關(guān)系由下式確定qu2ctan(45/2)(7.10)巖石的強(qiáng)度特性值(實(shí)驗(yàn)室測(cè)定)表7.4摩

8、擦角(度)粘聚力(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)沙巖27.827.21.17粉質(zhì)巖32.134.7-泥質(zhì)頁(yè)巖14.434.8-廿42.070.6-右灰心42.06.721.58山脈花鹵巖51.055.1-測(cè)試場(chǎng)地玄武巖31.066.213.1土體的強(qiáng)度特性值（排水實(shí)驗(yàn)測(cè)定）表7.5粘聚力（kpa）摩擦角的最大值（度）摩擦角的殘留值（度）沙礫-3432無(wú)細(xì)沙的沙性砂礫-3532粘性良好的沙性砂礫1.03532較細(xì)的砂礫和沙的混合體3.02822細(xì)沙粒-3230粗沙粒-3430級(jí)配良好的沙粒-3332低塑性泥沙2.02825中-局塑性泥沙3.02522低塑性粘土6.02420中塑性粘土8.02010圖

9、塑性粘土10.0176有機(jī)淤泥或粘土7.02015巖石物理力學(xué)性質(zhì)一覽表-巖石物理力學(xué)性質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)土類(lèi)巖石密度(g/cm3)液限塑限塑性指數(shù)變形模量(MPa)孔隙比抗拉強(qiáng)度內(nèi)聚力C摩擦角備注碎石(堆積)類(lèi)土2.652.7土粒密度20-400.40.6一般假定0一般假定036-42黃土類(lèi)土干1.31.523-3315-208-13新黃土具有濕陷性0.81.1一般假定00.030.06（老）0.010.033頷）15-25（老）17.828.4（新）含水率%10-25粘性土1.82.0523-5516-307-254-12(壓縮模量)0.71.0一般假定00.005-0.068-26含水率%20-

10、40巖類(lèi)巖石密度(g/cm3)孔隙率吸水率軟化系數(shù)變形模量(103MPa)抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度內(nèi)聚力C摩擦角泥巖0.03-0.37（粘土巖）20.759（干粘土rn0.010.04-0.09（粘2315-30（粘±）頁(yè)巖2.32.620.4-10.00.53.20.24-0.7416-20101002-103-2015-30泥板巖2.32.80.10.50.10.30.39-0.52123199（千fer）粉砂巖10-320.071.729-59石英砂巖2.62.7154-5868102.51.93.013（寒武）54（震旦）7582.5（似內(nèi)摩擦角）摩擦系數(shù)0.54（寒武）0.49（震

11、旦）砂巖2.22.711.6-28.00.29.00.65-0.9717-41202004-258-4035-50*2.402.660.8-10.00.32.40.50-0.966.716.2（新鮮巖體）101502-158-5035-50泥灰?guī)r2.32.71.0-10.00.53.00.440.541.32.6（新鮮巖體）3.5-2040-600.31.42.84.20.32（新鮮巖體）37（新鮮巖體）灰?guī)r2.32.7716.0-520.14.450.70.9435-39502005-2010-5035-50白云巖2.12.70.3-25.00.13.06.7-328025015-2520-

12、5035-50片巖2.692.0.02-1.850.10.20.53-0.6944-72101001-101-2026-6592（綠泥石片巖）千枚巖0.43.60.51.80.67-0.9610（后英千枚巖）101001-101-2026-652.32.750.45左右0.10.35.0（新鮮石體）602007-152-2045-60大理巖2.62.70.16.00.1104.04.9（裂隙較發(fā)育巖體）52（裂隙較發(fā)育巖體）石英巖2.42.80.18.70.11.50.94-0.9665-7015035015-3010-5050-60花崗巖2.32.80.54.00

13、.14.00.72-0.9730-371002507-2514-5045-60閃長(zhǎng)巖2.522.960.25.00.35.00.60.81.58.5（具裂隙巖體）10025010-2510-5053-55輝長(zhǎng)巖2.552.0.34.00.54.018030015-3610-5050-5598流紋巖2.53.318030015-3010-5045-60安山巖2.32.71.14.50.34.50.81-0.918.312.0（具裂隙巖體）10025010-2010-4045-50玄武巖2.53.10.57.20.32.80.30.958318030015-3610-5050-55注：未注明為巖體

14、的數(shù)據(jù)，均為巖石試驗(yàn)數(shù)據(jù)。1唐大雄劉佑榮張文殊王清工程巖土學(xué)（第二版）地質(zhì)出版社1998北京2重慶建筑工程學(xué)院同濟(jì)大學(xué)巖體力學(xué)中國(guó)建筑工業(yè)出版社1981.10北京3工程地質(zhì)手冊(cè)編寫(xiě)委員會(huì)工程地質(zhì)手冊(cè)（第三版）中國(guó)建筑工業(yè)出版社1992.12北京4李先煒巖體力學(xué)性質(zhì)煤炭工業(yè)出版社泊松比范圍為00.5,不會(huì)大于0.5。砂巖泊松比0.22左右，煤巖0.3左右。一般巖石彈性模量量級(jí)為10,單位Pa。煤巖彈性模量量級(jí)為9,Pa。在巖石的彈性工作范圍內(nèi)，科一般為常數(shù)，但超越彈性范圍以后，科隨應(yīng)力的增大而增大，直到科=0.的止。“石種類(lèi)E（10的4次方MPa）為武10.102111.75650.261-0.

15、37田粒花鹵巖8.1201-8.20650.241-0.29斜長(zhǎng)化岡石6.1087-7.39840.190.22M狀花鹵巖5.4938-5.75370.130.23花崗閃長(zhǎng)巖5.5605C5.83020.201-0.23（英砂巖5.3105-5.86850.120.14“麻化岡七I5.08005.41640.160.18正長(zhǎng)巖4.83875.31040.180.26LJLJ-JU片后4.32987.01290.121-0.25幺武巖4.1366-9.62060.231-0.32安山巖3.8482-7.69650.211-0.32，云母頁(yè)巖3.3677-花崗巖2.98236.10870.170.36細(xì)砂巖2.7900-4.76220.150.25“砂巖2.5782-4.03080.10-0.22“灰?guī)r2.4056-3.82960.180.35日英石1.7946-693740.121-0.27k狀頁(yè)巖1.73192.1163-“砂巖1.66424.03060.10-0.45片麻后1.40435.51250.20-0.34"巖1.25034.11790.09-0.35大理巖0