岩体力学 几种常见岩石哒弹性模量 推导公式
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(E v) •与(K. G)的转换关系如下:3(1-2v)G = ------------ (7.2)2(1+ v)当v 值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为汁算的K 值将会非常的高,偏离 实际值很多。
最好是确左好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 和v 来计算G 值。
表7」和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。
各向异性弹性特性一一作为各向异性弹性体的特姝情况,横切各向同性弹性模型需要 5中弹性常量:E], E 3, V 12, VI 3和On ;正交%向异性弹性模型有9个弹性模量E h E 2,E 3, V12, V13, V23,G12,G13 GlJo 这些常量的定义见理论篇。
均质的节理或是层状的岩仃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、巧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。
1 / 10页岩66.849.50」70.2125.3大理石6&650.20.060.2226.6花岗岩10.7 5.20.200.41 1.2流体弹性特性一一用于地F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…如果土粒是可压缩的,则要用到比奥模量M o纯净水在室温情况下的K「值是2 Gpa Q 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Kr,不用折减。
这是由于对于大的K(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,△"与孔隙度m渗透系数k以及心有如下关系:(7.3)对于可变形流体(多数课本中都是将流体设左为不可压缩的)我们可以通过获得的固结系数C,来决定改变&的结果。
(7.4)英中1m|z = -------------K + 4G/3 k = k /f其中,k—一FLAC3D使用的渗透系数k一一渗透系数,单位和速度单位一样(如米/秒)r r——水的单位重量考虑到固结时间常量与G,成比例,我么可以将K(的值从英实际值(2xlOSd)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。
岩体力学参数确定的方法岩体力学参数的确定方法在岩石工程实践中,首先需要了解作为研究对象的工程岩体的力学性质,并确定其特征参数。
岩石力学参数的合理确定一直是岩石力学研究和发展的难点之一。
在应用工程力学领域,如果完整地使用经典理论力学的连续性假设和定义,就会存在理解上的问题。
必须考虑假设的合理使用范围和每个物理量的适用定义。
本文讨论了地下岩体工程中根据不同的重点确定岩体参数的方法。
1、确定岩体参数的传统方法地下巷道、硐室开挖后,围岩产生应力重分异作用,径向应力减少,切向应力增加,并且随着工程不断推进,岩体应力状态不断改变。
巷道、硐室围岩处于“三高一扰动”条件下,岩体表现的力学特性是破坏条件下的稳定失稳再平衡过程。
围岩体处于一种拉压相间出现的复杂应力状态。
该类工程岩体的力学参数的确定要进行岩体的卸荷试验研究,且要依据现场工程实际条件进行卸荷条件下的应力、渗流与温度三场耦合试验研究。
需要进行循环加卸载条件下的岩体力学特性研究,进而获得岩体的力学参数特征。
地下巷道和硐室工程岩体力学参数的确定方法如下:(1)三轴应力状态下的卸荷三场耦合力学试验,获得有关参数;(2)进行岩体流变特性试验研究,获得有关岩体的流变参数。
目前在该领域要进行大量的工作,包括设备仪器的研制等,同时还要利用新的计算机技术才会实现。
二.建立力学模型确定岩体力学参数建立工程岩体力学参数模型主要是解决复杂岩体力学参数的确定问题。
为了确定复杂岩体的力学参数,需要将工程岩体视为一个连续模型。
采用确定岩体力学参数的新方法,建立了层状斜节理岩体的力学模型,并进行了力学试验,确定了岩体的基本力学参数。
1.工程岩体力学参数模型目前,关于岩石的力学性质和划分基本上有两种观点:一种观点认为岩石本身是一种连续的非各向异性材料,另一种观点认为岩石是由多晶系统组成的,存在空洞和裂缝等缺陷,这使得岩石本身的结构表现出各向异性和不连续性。
岩体一般被视为不连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假设。
(E , ν) 与(K , G )的转换关系如下:)1(2ν+=EG ()当ν值接近的时候不能盲目的使用公式,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。
表和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) 表土的弹性特性值(实验室值)(Das,1980) 表各向异性弹性特性——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:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。
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:'f f k K nt ∝∆ () 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νC 来决定改变K f 的结果。
f'K n m k C +=νν ()其中其中,'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 γ——水的单位重量考虑到固结时间常量与νC 成比例,我么可以将K f 的值从其实际值(Pa 9102⨯)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。
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:)21(3ν-=EK)1(2ν+=EG (7.2)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) ν 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2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩2210-257011.1 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/m 3) 弹性模量E(MPa) 泊松比ν 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 0.15-0.25 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:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。
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。
常见岩石力学参数岩石力学参数是指描述岩石在外力作用下的力学行为的物理性质,包括弹性模量、剪切模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于岩石的力学性质和工程应用具有重要意义。
本文将详细介绍这些常见的岩石力学参数。
1. 弹性模量(Young's modulus):弹性模量是衡量岩石弹性性质的一个重要参数,表示岩石在外力作用下产生弹性变形的能力。
弹性模量越大,岩石的刚度越大,抗弯和抗变形能力越强。
2. 剪切模量(Shear modulus):剪切模量是衡量岩石抗剪切性质的参数,表示岩石在剪切应力作用下产生剪切变形的能力。
剪切模量越大,岩石的抗剪强度越高,稳定性越好。
3. 泊松比(Poisson's ratio):泊松比是衡量岩石体积变形性质的参数,表示岩石在受到压缩应力时,横向收缩的程度。
泊松比一般介于0.1到0.4之间,数值越大,岩石的蠕变性越强。
5. 抗拉强度(Tensile strength):抗拉强度是衡量岩石抗拉性质的参数,表示岩石在受到拉伸应力时的最大承载能力。
抗拉强度一般比抗压强度要小,岩石在受到拉伸时易发生断裂。
6. 抗剪强度(Shear strength):抗剪强度是衡量岩石抗剪切性质的参数,表示岩石在受到剪切应力时的最大承载能力。
抗剪强度主要与岩石内部的粘聚力和内摩擦角有关。
除了上述常见的岩石力学参数外,还有一些与岩石稳定性有关的参数:7. 断裂韧性(Fracture toughness):断裂韧性是衡量岩石抗断裂性质的参数,表示岩石在受到裂纹扩展时的抵抗能力,能够反映岩石的破坏扩展能力。
8. 孔隙度(Porosity):孔隙度是衡量岩石孔隙结构的参数,表示岩石内部的孔隙空间占总体积的比例。
孔隙度能够影响岩石的密实程度和渗透性,对工程建筑的渗流和稳定性有重要影响。
9. 饱和度(Saturation):饱和度是衡量岩石孔隙中被水、气体或其他流体填充的程度。