2022年常用的岩土和岩石物理力学参数.pdf

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1、常用的岩土与岩石物理力学参数(E, ) 与(K, G) 的转换关系如下: )21 (3EK)1 (2EG(7、2) 当 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。最好就是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 与 来计算 G 值。表 7、1 与 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 干密度 (kg/m3) E(GPa) K(GPa) G(GPa) 砂岩19、3 0、38 26、8 7、0 粉质砂岩26、3 0、22 15、6 10、 8 石灰石2

2、090 28、5 0、29 22、6 11、1 页岩2210-2570 11、1 0、29 8、8 4、3 大理石2700 55、8 0、25 37、2 22、 3 花岗岩73、8 0、22 43、9 30、 2 土的弹性特性值 (实验室值 )(Das,1980) 表7、2 干密度 (kg/m3) 弹性模量E(MPa) 泊松比 松散均质砂土1470 10-26 0、2-0、4 密质均质砂土1840 34-69 0、3-0、45 松散含角砾淤泥质砂土1630 密实含角砾淤泥质砂土1940 0、2-0、4 硬质粘土1730 6-14 0、2-0、5 软质粘土1170-1490 2-3 0、15-0

3、、 25 黄土1380 软质有机土610-820 冻土2150 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, 12, 13与G13;正交各向异性弹性模型有9 个弹性模量E1,E2,E3,12, 13, 23,G12,G13与 G23。这些常量的定义见理论篇。均质的节理或就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、节理刚度与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 Ex(GPa)Ey(GPa) yx zx

4、Gxy(GPa) 砂岩43、0 40、0 0、28 0、17 17、0 砂岩15、7 9、6 0、28 0、21 5、2 石灰石39、8 36、0 0、18 0、25 14、5 页岩66、8 49、5 0、17 0、21 25、3 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数大理石68、6 50、2 0、06 0、22 26、6 花岗岩10、7 5、2 0、20 0、41 1、2 流体弹性特性用于地下水分析的模型

5、涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量Kf, 如果土粒就是可压缩的, 则要用到比奥模量M。纯净水在室温情况下的Kf值就是 2 Gpa。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或就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。这就是由于对于大的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 : ffkKnt (7、3) 对于可变形流体( 多数课本中都就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。fKnmkC(7 、

6、4)其中3/4GK1mfkk其中 ,k FLAC3D使用的渗透系数k渗透系数 , 单位与速度单位一样( 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(Pa9102)减少 , 利用上面得表达式瞧瞧其产生的误差。流动体积模量还会影响无流动但就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就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, 但就是一般有可能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

7、况下,饱与体积模量为: nKKKfu (7、 5) 不排水的泊松比为: ）G3K(22G3Kuuu (7 、 6)这些值应该与排水常量k与作比较 , 来估计压缩的效果。重要的就是, 在 FLAC3D中,精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数排水特性就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就是摩尔-库

8、仑准则 ,这一准则把剪切破坏面瞧作直线破坏面 : s13N2c Nf (7、 7) 其中)sin1/()sin1(N1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0fs时进入剪切屈服。这里的两个强度常数与 c 就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,t,这个次主应力不会达到拉伸强度例如 ; t3tf (7、 8) 当0ft时进入拉伸屈服。岩石与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3, 这就是与摩尔 -库仑关系的顶点的限制就是一致的。最大的值由下式给

9、出tanctmax(7、 9) 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、摩擦角与抗拉强度值。土体的具有代表性的典型粘聚力与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uq表示 ,uq与粘聚力C 与摩擦角的关系由下式确定/2)2ctan(45qu (7、10) 岩石的强度特性值(实验室测定 ) 表7、4 摩擦角 (度) 粘聚力 (MPa) 抗拉强度 (MPa) 沙岩27、8 27、2 1、17 粉质岩32、1 34、7 - 泥质页岩14、4 34、8 - 硅岩42、0 70、6 - 石灰石42、0 6、72 1、58 山脉花岗岩51、0 55、1 - 测试场

10、地玄武岩31、0 66、2 13、 1 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数土体的强度特性值(排水实验测定 ) 表7、5 粘聚力 (kpa) 摩擦角的最大值(度) 摩擦角的残留值(度) 沙砾- 34 32 无细沙的沙性砂砾- 35 32 粘性良好的沙性砂砾1、0 35 32 较细的砂砾与沙的混合体3、0 28 22 细沙粒- 32 30 粗沙粒- 34 30 级配良好的沙粒- 33 32 低塑性泥沙2、0

11、 28 25 中-高塑性泥沙3、0 25 22 低塑性粘土6、0 24 20 中塑性粘土8、0 20 10 高塑性粘土10、0 17 6 有机淤泥或粘土7、0 20 15 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数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岩 石 密度(g/cm3)液限 % 塑限 % 塑性指数变 形 模 量(MPa)孔隙比 %抗 拉 强度内聚力 C摩擦角备注碎 石 (堆积)类土2、65

12、2、7 土粒密度2040 0、40、6 一般假定0 一般假定 0 3642 黄 土 类土干 1、 31、5 2333 1520 813 新 黄 土 具 有湿陷性0、81、1 一般假定0 0、 030、 06(老 ) 0 、 010 、033(新) 1525(老 ) 17 、 828 、4(新) 含水率 % 1025 粘性土1、82、05 2355 1630 725 412( 压 缩 模量) 0、71、0 一般假定0 0、 0050、06 826 含水率 % 2040 岩类岩 石 密度(g/cm3)孔隙率吸水率软化系数变 形 模 量(103MPa)抗压强度抗 拉 强度内聚力 C摩擦角泥岩0、03

13、0、37( 粘 土岩) 20、 759(干粘土岩 ) 0、01 0、 040、09(粘土岩 ) 23 1530( 粘土岩) 页岩2、32、62 0、410、0 0、53、2 0、240、74 1620 10100 210 320 1530 泥板岩2、32、 0、10、 5 0、10、 0、390、123199(干精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数8 3 52 板岩) 粉砂岩1032 0、071、7 29

14、59 石 英 砂岩2、62、71 5458 68102、5 1、93、0 13(寒武) 54(震旦) 7582、5(似内摩擦角 ) 摩擦 系 数 0、54(寒武)0、 49(震旦)砂岩2、22、71 1、628、0 0、29、0 0、650、97 1741 20200 425 840 3550 砾岩2、402 、66 0、810、0 0、32、4 0、500、96 6 、 716、2(新鲜岩体 ) 10150 215 850 3550 泥灰岩2、32、7 1、010、0 0、53、0 0、440、54 1、 32、 6(新鲜岩体 )3、520 4060 0、31、4 2、84、2 0、 32(

15、新鲜岩体) 37(新鲜岩体) 灰岩2、32、77 16、052 0、14、45 0、70、94 3539 50200 520 1050 3550 白云岩2、12、7 0、325、0 0、13、0 6、732 80250 1525 2050 3550 片岩2、692 、92 0、021、85 0、10、2 0、530、69( 绿 泥石片岩 ) 4472 10100 110 120 2665 千枚岩0、43、 6 0、51、8 0、670、96 10( 石 英 千枚岩) 10100 110 120 2665 板岩2、32、75 0、45 左右0、10、3 5、0(新鲜岩体) 60200 715 2

16、20 4560 大理岩2、62、 0、16、 0 0、11、4967 70140 2、04、 4、9(裂隙较52(裂隙较精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数7 0 0 发育岩体 )发育岩体 )石英岩2、42、8 0、18、 7 0、11、5 0、940、96 6570 150350 1530 1050 5060 花岗岩2、32、8 0、54、 0 0、14、0 0、720、97 3037 100250 7

17、25 1450 4560 闪长岩2、522 、96 0、25、 0 0、35、0 0、60、 8 1、 58、 5(具裂隙岩体 ) 100250 1025 1050 5355 辉长岩2、552 、98 0、34、 0 0、54、0 180300 1536 1050 5055 流纹岩2、53、3 180300 1530 1050 4560 安山岩2、32、7 1、14、 5 0、34、5 0、810、91 8 、 312、0(具裂隙岩体)100250 1020 1040 4550 玄武岩2、53、1 0、57、 2 0、32、8 0、30、95 83 180300 1536 1050 5055

18、注:未注明为岩体的数据,均为岩石试验数据。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数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精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -

19、- - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数泊松比范围为00、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, 一般为常数 ,但超越弹性范围以后, 随应力的增大而增大,直到=0 、5 为止。岩石种类E(10 的 4 次方 MPa) 闪长岩10、 102111、 7565 0、260、37细粒花岗岩8、12018、2065 0、240、29斜长花岗岩6

20、、10877、3984 0、190、22斑状花岗岩5、49385、7537 0、130、23花岗闪长岩5、56055、8302 0、200、23石英砂岩5、31055、8685 0、120、14片麻花岗岩5、08005、4164 0、160、18正长岩4、83875、3104 0、180、26片岩4、32987、0129 0、120、25精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数玄武岩4、13669、6206

21、0、230、32安山岩3、84827、6965 0、210、32绢云母页岩3、3677 -花岗岩2、98236、1087 0、170、36细砂岩2、79004、7622 0、150、25中砂岩2、57824、0308 0、100、22中灰岩2、40563、8296 0、180、35石英岩1、79466、9374 0、120、27板状页岩1、73192、1163 -粗砂岩1、66424 、03060、100、45片麻岩1、40435 、51250、200、34页岩1、25034 、1179 0、090、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳

22、 - - - - - - - - - -第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数35大理岩0、9627 、48270、060、35炭质砂岩0、54822 、07810、080、25泥灰岩0、36580 、73160、300、40石膏0、11570 、7698 0、3土的泊松比土的种类与状态泊松比碎石土0、15-0、20砂土0、20-0、25粉土0、25粉质粘土坚硬状态0、25可塑状态0、3软塑或流动0、35粘土坚硬状态0、25可塑状态0、35软塑或流动0、42精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - - 常用的岩土与岩石物理力学参数但就是应该注意,土的泊松就是很难精确得到的,以上只就是近似值。地基与基础(顾晓鲁等主编 ,中国建工,1993, 第二版 )142 面:精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - - -