岩土的物理力学性质参数

(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土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2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 ∝∆ （7.3） 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 nm k C +=νν （7.4）其中3/4G K 1m +=νf 'k k γ=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。

岩土体物理力学参数在边坡稳定性定量分析中，岩土体的物理力学参数往往直接控制着稳定系数和支护工程量。

常规的获取参数的方法主要有试验法、经验法、工程地质类比法、反演分析法等。

此外，当边坡稳定受成组结构面和岩桥共同控制时，仍常采用结构面连通率，即采用结构面和岩桥强度进行加权平均来求取潜在滑移面的综合抗剪强度。

以下对两种参数获取方法进行简单介绍。

1.试验法试验法一般可分为室内试验和现场试验两类。

现场试验试件尺寸一般较大，多为（50～70）cm×（50～70）cm，它能保持岩土体的原始状态，并能反映结构面二、三级起伏差对强度的影响，但加工困难，周期长，试验费用相对较高。

室内试验试件一般较小，多为扰动样，存在尺寸效应问题，但取样简单，可以开展各种不同工况下的试验，如三轴直剪试验、饱和固结快剪试验、饱和固结排水剪试验、慢剪试验等。

室内试验由于试验周期短，费用相对较低，可以大量开展。

目前，随着取样技术的发展，已具备取原状样的条件，且可在刚性伺服机上开展试验，能有效地确定有效正应力，控制剪切速度，试验成果较为真实可靠。

2.经验估算法可根据一些经验公式，如利用Hoek-Brown强度准则确定岩体的综合抗剪强度。

一般是在工程前期和缺乏试验的地区应用，该方法存在的问题是岩石强度权重偏大，应用在坚硬和极坚硬岩石中时，确定的抗剪强度常常偏高。

8.5.2 选择原则对于一些不重要或者工程前期缺乏试验资料的边坡，可通过经验法和工程地质类比法，初步确定岩土体的物理力学参数，以此估算边坡的稳定性和支护工程量。

对于一些已经失稳或正在变形的边坡，采用反演分析法来获取岩土体的物理力学参数是一种最有效的办法，但由于此时的抗剪强度已不是常规物理意义上的抗剪强度，而是岩土体抗剪强度参数、边界条件、地下水条件等因素的综合反映，因此，在应用时应严格注意条件的相似性。

同时，应考虑在工程有效期内工作条件的可能变化趋势对强度参数的影响，并适当进行调整。

(E, ν与) (K, G) 的转换关系如下：KE3(1 2 )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) ν K(GPa)G(GPa)砂岩 19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩26.30.22 15.6 10.8石灰石 2090 28.5 0.29 22.6 11.1页岩 2210-25711.10.298.84.3大理石 270055.8 0.25 37.2 22.3花岗岩73.80.2243.930.2土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980）表 7.2松散均质砂土 密质均质砂土松散含角砾淤泥质砂土 密实含角砾淤泥质砂土硬质粘土 软质粘土 黄土软质有机土冻土3弹性模量 E(MPa)泊松比 ν 干密度 (kg/m ) 1470 10-260.2-0.41840 34-690.3-0.45163019400.2-0.41730 6-14 0.2-0.5 1170-1490 2-30.15-0.251380610-820 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 E 3 , ν12 , ν 和 G 13 ；正交各向异性弹性模型有9 个弹性模量 E1, 131,E 2,E 3,ν12 , ν , ν 和 G 23。

这些常量的定义见理论篇。

1323 ,G 12,G 13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。

岩石的物理力学指标（目标：掌握岩石的物理力学指标及其试验方法）密度：单位体积所具有的质量称为密度，公式ρ=m/V(kg/m 3);块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度、饱和密度和天然密度之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。

试验方法：岩石颗粒密度是岩石固相物质的质量与体积的比值，采用比重瓶法或水中称量法测定。

比重瓶法测定岩石的颗粒密度，又分为土工试验方法、岩石试验方法和建筑材料试验方法三种。

岩石的块体密度是指单位体积的岩石质量，是岩石试件的质量与其体积之比。

岩石的块体密度试验量积法适用于能制备成规则试件的岩石;水中称量法适用于除遇水不崩解、不溶解和不干缩湿胀的其他各类岩石:密封法适用于不能用量积法或直接在水中称量进行试验的岩石。

岩石的比重：岩石的比重就是绝对干燥时岩石固体部分实体积(即不包含孔隙的体积)的重量与同体积水(4℃)的重量之比。

岩石的容重：单位体积内岩石(包括孔隙体积)的重量称为岩石的容重，单位（N/m ³）。

公式γ=G/V （N/m 3)，容重等于密度和重力加速度的乘积，即γ=ρg ，单位是牛/立方米（N/m ³）。

干容重：就是指不含水分状态下的容重。

一般用于表示土的压实效果，干容重越大表示压实效果越好。

最大干容重：是在实验室中得到的最密实状态下的干容重。

含水率：岩石含水率反映了岩石在天然状态下的实际情况，用烘干前的质量减去烘干后的质量与烘干后的质量之比来表示。

试验方法：烘干法。

％10000⨯-=d d m m m w岩石试件的含水率对测试成果的影响尤为明显，因为具有膨胀特性的岩石，吸水膨胀。

试验前试件的含水率应尽量接近天然含水状态，实行干法加工。

岩石膨胀特性稳定时间:膨胀试验时间一般在48h 以内，膨胀压力试验则往往超过48h 。

水理性质：岩石在水溶液作用下表现出来的性质； 吸水性：岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。

常用的岩土和岩石物理力学参数岩土和岩石物理力学参数是指描述岩土和岩石力学性质的一些重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。

以下是一些常用的岩土和岩石物理力学参数。

1.密度：岩土和岩石的密度是指单位体积的质量。

岩土和岩石的密度是其成分和结构的重要表征，常用单位是千克/立方米。

2.孔隙度：岩土和岩石内部的空隙或孔隙的体积与总体积的比值。

孔隙度是描述岩土和岩石中孔隙性质的重要参数，通常用百分比表示。

3.孔隙水压力：岩土和岩石中存在的地下水与孔隙水压力是一种重要的物理力学参数。

孔隙水压力对岩土和岩石的稳定性、渗透性和强度等产生重要影响。

4.饱和度：饱和度是指岩土和岩石中孔隙所含的水的含量与孔隙容量的比值。

饱和度是衡量岩土和岩石中含水情况的一项指标。

5.孔隙比：孔隙比是指岩土和岩石中孔隙体积与固体体积的比值。

孔隙比是岩土和岩石的一个重要参数，它关系到其渗透性、存储性以及力学性质等。

6.孔隙率：岩土和岩石中孔隙的比例，描述含孔岩体的空间特征的参数。

7.饱和度指数：饱和度指数是指岩土和岩石中各向同性材料，当孔隙度小于50%时，饱和度指数与孔隙度有关，其表征了岩土和岩石中孔隙数量和大小对其力学性质的影响。

8.波速：岩土和岩石中机械波传播的速度是一项重要的物理力学参数。

根据波速可以推算岩土和岩石的弹性模量和泊松比等力学参数。

9.阻尼比：用来描述岩土和岩石中振动能量的衰减情况，是衡量动力响应特性的一个重要参数。

10.岩石强度参数：包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等，是衡量岩石材料抵抗各种力学载荷的重要参数。

11.几何参数：岩土和岩石中的几何参数包括颗粒形状、颗粒大小分布、颗粒间隙度等，对岩土和岩石的物理力学性质具有重要影响。

总之，岩土和岩石的物理力学参数是描述其物理性质和力学性质的重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。

不同的参数描述了岩土和岩石在不同方面的力学性质，研究者和工程师需要根据具体情况选择合适的参数进行分析和计算。

表2 部分岩石的孔隙率与吸水率花岗岩0.04 7 2.80 0.95 0.10〜-1.70流纹斑岩 1.10 7.40 2.00 0.14〜-1.65闪长岩0.25 7.00 1.25 0.18〜-1.00 正长岩— 2.54 0.48安山岩0.29 〜1.13 0.70 —玄武岩 1.10 4.30 2.30 0.20〜-1.00辉绿岩 1.00 7 2.20 1.70 0.30〜-0.80霏细岩0.29 T.10 2.20 0.20〜-1.00凝灰岩 1.59 7 2.23 1.80 0.18〜-0.35 火山角砾岩0.90 7 7.54 3.20 0.34 〜2.12安山凝灰集块岩0.40 〜4.10 2.10 0.14〜-4.00砾岩 2.00 T.10 3.20 0.40〜-1.00 砂岩 1.04 7 9.30 5.04 0.14 〜4.10砂岩（第三纪） 5.00〜20.00 13.00 1.00〜-9.00砂岩（白垩纪） 2.20〜42.00 15.30 —砂岩（侏罗纪）7.20〜-37.70 17.10 —砂岩（三迭纪） 4.20〜-24.60 13.20 —砂岩新鲜的0.60〜27.70 19.30 —风化的—21.11 —石英砂岩— 2.26 —石英砂岩新鲜的— 1.71 —风化的— 4.91 —页岩0.70 7.00 一 2.30〜-6.00 砂质页岩0.80 〜4.15 一—泥质页岩— 1.35 —煤质页岩— 1.03 —泥灰岩 1.00〜-52.00 18.00 1.00〜-5.00石灰石0.53〜27.00 12.00 0.20〜-6.40石灰岩（第三纪）—20.00 —石灰岩（中生代） 1.20〜26.50 11.65 —石灰岩（古生代）0.80〜27.00 12.00 —白垩 5.00〜-58.00 26.40 —石膏0.10 7 4.00 1.70 —硬石膏0.63 7 6.26 1.65 —片麻岩0.30 7 2.40 1.35 0.14〜-0.30 大理岩0.10 7 6.00 1.00 —白云岩0.30〜25.00 7.70 —石英岩0.00 7 8.70 2.40 0.02〜-0.28注：1.平均比重取：砂为 2.65 ;轻亚粘土为 2.70 ;亚粘土为2.71 ;粘土 2.74。

(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：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 kK nt ∝∆ （7.3） 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 m k C +=νν （7.4）其中3/4G K 1m +=νf 'k k γ=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。

岩土的物理力学性质指标
岩土的物理力学性质指标应根据工程地质划分的扇形区及各区的边坡变形破坏特点.选取与之有关的试样进行力学试验.测定岩石及软弱夹层物理力学性质指标。

岩石及软弱夹层的物理性质指标详见表1至表7。

表1 部分岩石的容重
表2 部分岩石的孔隙率与吸水率
表3 不同成因粘土的有关物理力学性质指标（一）
表4 不同成因粘土的有关物理力学性质指标（二）
表5 几种土的渗透系数表
表6 土的平均物理、力学性质指标（一）
表7 土的平均物理、力学性质指标（二）
注：1.平均比重取：砂为2.65；轻亚粘土为2.70；亚粘土为2.71；粘土2.74。

2.粗砂与中砂的Eo值适用于不均系数Cu=3时.当Cu＞5时应按表中所列值减少2/3。

Cu为中间值时. Eo 值按内插法确定。

3.对于地基稳定计算.采用内摩擦角φ的计算值低于标准值2°。

岩石及软弱夹层的力学性质指标见表8至表25。

表8 岩石力学性质指标的经验数据（一）。