常用的岩土和岩石物理力学参数

(一) 岩土工程地质分类按照GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》,作为建筑地基的岩土, 可分为岩石、碎石、砂土、粉土、黏性土和人工填土等。

1.岩石的分类岩石应为颗粒间牢固联结, 呈整体或具有节理裂隙的岩体。

岩石的分类有地质分类和工程分类。

地质分类主要根据岩石的成因, 矿物成分、结构构造和风化程度, 可用地质名称加风化程度表达, 如强风化花岗岩、微风化砂岩等。

岩石按成因的类型, 可分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩(水成岩) 和变质岩三大类。

工程分类主要根据岩体的工程性状加以分类。

地质分类是一种基本分类, 工程分类是在岩石分类的基础上进行的。

(1)根据岩石的成因, 岩石可分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩 (水成岩) 和变质岩三大类。

岩浆在向地表上升过程中, 由于热量散失逐渐经过分异等作用冷凝而成岩浆岩。

岩浆岩的分类见表Ⅰ-1。

表Ⅰ -1 岩浆岩的分类沉积岩是由岩石、矿物在内外力的作用下破碎成碎屑物质后,再经水流、风吹和冰川等的搬运、堆积在大陆低洼地带或海洋,再经胶结、压密等成岩作用而成的岩石。

沉积岩的分类见表Ⅰ-2。

表Ⅰ -2 沉积岩的分类变质岩是岩浆岩或沉积岩在高温、高压或其他因素作用下,经变质所形成的岩石。

变质岩的分类见表Ⅰ-3。

表Ⅰ -3 变质岩的分类(2)根据岩石的坚硬程度,岩石的分类见表Ⅰ-4。

表Ⅰ-4 岩石坚硬程度的划分(3)根据岩体完整程度的分类见表Ⅰ-5。

表Ⅰ -5 岩体完整程度划分注完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方。

(4)根据岩体基本质量等级的分类见表Ⅰ-6。

表Ⅰ-6 岩体基本质量等级分类(5)根据风化程度,岩石的分类见表Ⅰ-7和表Ⅰ-8。

表Ⅰ -7 岩体风化带表Ⅰ-8 岩石按风化程度分类注 1.波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比。

2.风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。

3.花岗岩类岩石,可采用标准贯入试验划分,N≥50为强风化;50>N≥30为全风化; N<30为残积土。

（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 n m k C +=νν （7。

(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）（Goodm a n,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,G13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。

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Kf ‎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Kf 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‎结系数来决‎νC 定改变Kf ‎的结果。

(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）。

(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 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。

(水利水电)部分常用岩土物理力学参数经验数值-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN使用说明：1、资料涉及各行各业；2、资料出处为黄底加粗字体的为最新版本内容。

可按规范适用范围选择使用；3、资料出处非黄底加粗字体的为引用资料，很多为老版本，参考用。

水利水电工程部分岩土物理力学参数经验数值1岩土的渗透性（1）渗透系数《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 139~140页土体的渗透系数值2《水利水电工程水文地质勘察规范》SL373-2007 62~63页岩土体渗透性分级Lu：吕荣单位，是1MPa压力下，每米试段的平均压入流量。

以L/min计摘自《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99 附录J 66页表F 岩土体渗透性分级3《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）109页附录F （2）单位吸水量各种构造岩的单位吸水量（ω值）上表可以看出：同一断层内，一般碎块岩强烈透水；压碎岩中等透水；断层角砾岩弱透水；糜棱岩和断层泥不透水或微透水。

摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 113页坝基（肩）防渗控制标准4注：透水率1Lu（吕荣）相当于单位吸水量0.01摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 118页。

（3）简易钻孔抽注水公式1）简易钻孔抽水公式根据水位恢复速度计算渗透系数公式1.57γ(h2-h1)K= ———————t (S1+S2)式中：γ---- 井的半径；h1---- 抽水停止后t1时刻的水头值；h2---- 抽水停止后t2时刻的水头值；S1、S2---- t1或t2时刻从承压水的静止水位至恢复水位的距离；H---- 未抽水时承压水的水头值或潜水含水层厚度。

《工程地质手册》第三版 927页2）简易钻孔注水公式当l/γ＜4时0.366Q 2lK= ———— lg ———Ls γ式中：K—渗透系数（m/d）；l---试验段或过滤器长度（m）；Q---稳定注水量（m3/d）；s---孔中水头高度（m）；γ---钻孔或过滤器半径（m）。

岩性岩石密度(g/cm3) 液限% 塑限% 塑性指数 变形模量（MPa） 孔隙比%碎石（堆积）类土2.65~2.720~400.4~0.6土粒密度黄土类土 干1.3~1.5 23~33 15~20 8~13 新黄土具有湿陷性 0.8~1.1粘性土 1.8~2.05 23~55 16~30 7~25 4~12（压缩模量） 0.7~1.0抗压强度岩性岩石密度(g/cm3)孔隙率 吸水率 软化系数 变形模量（103MPa）泥岩 0.03~0.37（粘土岩） 20.7~59（干粘页岩 2.3~2.62 0.4~10.0 0.5~3.2 0.24~0.7416~20 10~100泥板岩 2.3~2.8 0.1~0.5 0.1~0.3 0.39~0.52 123~199(干板岩)粉砂岩10~32石英砂岩 2.6~2.71 54~58 68~102.517~41 20~200砂岩 2.2~2.71 1.6~28.0 0.2~9.0 0.65~0.97砾岩 2.40~2.66 0.8~10.0 0.3~2.4 0.50~0.96 6.7~16.2（新鲜岩体） 10~150 2~15 8~50 泥灰岩 2.3~2.7 1.0~10.0 0.5~3.0 0.44~0.54 1.3~2.6（新鲜岩体） 3.5~20 /Us+>v g!40~60 0.3~1.4 + /%4E %`9SS2.8~4.2 0.32（新鲜岩体） 37（新鲜岩体） /8]ZUK 灰岩 2.3~2.77 16.0~52 0.1~4.45 0.7~0.94 35~39 50~200 5~20 10~50 35~50 Z白云岩 2.1~2.7 0.3~25.0 0.1~3.0 6.7~32 80~250 15~25 20~50 35~50 zK 1\InP 片岩 2.69~2.92 0.02~1.85 0.1~0.2 0.53~0.69（绿泥石片岩） 44~72 10~100 1~10 1~20 千枚岩 0.4~3.6 0.5~1.8 0.67~0.96 10（石英千枚岩） 10~100 1~10 1~20 26~65 qkc 板岩 2.3~2.75 0.45左右 0.1~0.3 5.0（新鲜岩体） 60~200 7~15 2~20 45~60 JUDZ_c 大理岩 2.6~2.7 0.1~6.0 0.1~1.0 49~67 70~140 2.0~4.0 4.9（裂隙较发育岩体） 52（裂石英岩 2.4~2.8 0.1~8.7 0.1~1.5 0.94~0.96 65~70 150~350 15~30 10~50 50~60 I|Hc 花岗岩 2.3~2.8 0.5~4.0 0.1~4.0 0.72~0.97 30~37 100~250 7~25 14~50 45~60 >2}*L 闪长岩 2.52~2.96 0.2~5.0 0.3~5.0 0.6~0.8 1.5~8.5（具裂隙岩体） 100~250 10~25 10~50 辉长岩 2.55~2.98 0.3~4.0 0.5~4.0 180~300 15~36 10~50 50~55 F U} - .Ki=8p[ (<F=流纹岩 2.5~3.3 180~300 15~30 10~50 45~60安山岩 2.3~2.7 1.1~4.5 0.3~4.5 0.81~0.91 8.3~12.0（具裂隙岩体） 100~250 10~20 10~40\玄武岩 2.5~3.1 0.5~7.2 0.3~2.8 0.3~0.95 83 180~300 15~36 10~50 50~55 n Zx^ej 注：未注明为岩体的数据，均为岩石试验数据。

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。