常用的岩土和岩石物理力学参数.doc

E, ν)与 (K, G) 的转换关系如下：KE3(12 )GE（ 7.2）2(1)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干密度 (kg/m 3)E(GPa)νK(GPa)G(GPa)砂岩19.30.3826.87.0粉质砂岩26.30.2215.610.8石灰石209028.50.2922.611.1页岩2210-257011.10.298.84.3大理石270055.80.2537.222.3花岗岩73.80.2243.930.2土的弹性特性值（实验室值） （ Das,1980）表 7.2干密度 (kg/m 3)弹性模量 E(MPa)泊松比 ν松散均质砂土147010-260.2-0.4密质均质砂土184034-690.3-0.45松散含角砾淤泥质砂土1630密实含角砾淤泥质砂土19400.2-0.4硬质粘土17306-140.2-0.5软质粘土1170-14902-30.15-0.25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： EE3, ν12, ν 和 G13；正交各向异性弹性模型有9 个弹性模量 E12, ν13 , ν231,131,E2,E3,12 13 和 G23。

这些常量的定义见理论篇ν,G ,G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 7.3Ex(GPa)Ey(GPa)νyxνzxGxy(GPa)砂岩43.040.00.280.1717.0砂岩15.79.60.280.215.2石灰石39.836.00.180.2514.5页岩66.849.50.170.2125.3大理石68.650.20.060.2226.6花岗岩10.75.20.200.411.2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K f，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K f 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K f ，不用折减这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差在FLAC 3D中用到的流动时间步长 ,tf 与孔隙度 n，渗透系数 k 以及 K f有如下关系：t fn（7.3）K fk '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 K f的结果。

Ck '（7.4 ）mnK f其中m1K4G/3kk 'f其中， k ' —— FLAC 3D 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K f 的值从其实际值（2 109 Pa ）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 K f 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K f 远比 k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 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：K u KK f（ 7.5）n不排水的泊松比为：3K u2Gu2(3K u（7.6 ）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 FLAC 3D 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 FLAC 3D 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：fs13N2c N（7.7 ）其中 N φ (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 f s 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， t ，这个次主应力不会达到拉伸强度 — 例如；f t3t（ 7.8）当 f t 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tmaxc（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摩擦角（度）粘聚力（ MPa）抗拉强度（MPa）沙岩27.827.21.17粉质岩32.134.7--泥质页岩14.434.8--硅岩42.070.6--石灰石42.06.721.58山脉花岗岩51.055.1--测试场地玄武岩31.066.213.1土体的强度特性值（排水实验测定）表 7.5粘聚力（ kpa）沙砾--无细沙的沙性砂砾--粘性良好的沙性砂砾1.0较细的砂砾和沙的混合体3.0细沙粒--粗沙粒--级配良好的沙粒--低塑性泥沙2.0中 -高塑性泥沙3.0低塑性粘土6.0中塑性粘土8.0高塑性粘土10.0有机淤泥或粘土7.0摩擦角的最大值（度）摩擦角的残留值（度）343235323532282232303430333228252522242020101762015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液限 %塑限 %塑性指数变形模量孔隙比 %抗拉强内聚力 C摩擦角备注度（MPa）度(g/cm3)碎石2.65~2.720~400.4~0.6一般假定一般假定 036~42（堆积）土粒密度0类土黄土类干 1.3~1.523~3315~208~13新黄土具有0.8~1.1一般假定0.03~0.06（老） 15~25（老）含水率 %土湿陷性017.8~28.4( 新) 10~250.01~0.033( 新)粘性土1.8~2.0523~5516~307~254~12（压缩0.7~1.0一般假定0.005~0.068~26含水率 %模量）020~40岩石密度(g/cm3)泥岩页岩2.3~2.62泥板岩2.3~2.8粉砂岩石英砂2.6~2.7岩1砂岩2.2~2.71砾岩2.40~2.66泥灰岩2.3~2.7灰岩2.3~2.7岩类孔隙率吸水率软化系数变形模量抗压强度抗拉强内聚力 C摩擦角（ 103）度MPa0.03~0.3720.7~59（0.0123（粘土岩）干粘土。