常用土层和岩石物理力学性质
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第3讲第一章第二节地质岩性工程地质(2021年新版)
第一章工程地质-------第二节地质岩性一、岩石矿物特性构成岩石的矿物，称为造岩矿物。
物理性质是鉴别矿物的主要依据。
二、岩石物理力学性质(一)岩石的主要物理性质【2011】2关于地基岩石软化性的说法，正确的是（ D ,P 5 ）。
A.软化系数>0.25，工程性质良好B.软化系数<0.25，工程性质良好C.软化系数<0.75工程性质良好D.软化系数>0.75工程性质良好(二)岩石主要力学性质2009考题3．某岩石的抗压强度约为200MP a，则其抗剪强度和抗拉强度可能约为( B )。
A．100MP a和40MP aB．60 M P a和20 M P aC．10 M Pa和2 M PaD．5 M Pa和1 M Pa分析：抗压强度，抗拉强度，抗剪强度三项强度中，岩石的抗压强度最高，抗剪强度居中，抗拉强度最小。
抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，抗拉强度仅是抗压强度的2％～16％。
岩石越坚硬，其值相差越大。
岩石的抗压强度和抗剪强度，是评价岩石(岩体)稳定性的主要指标，是对岩石(岩体)的稳定性进行定量分析的依据之一。
抗剪强度约为抗压强度的10％～40％，为：20 M Pa—80 M Pa；抗拉强度仅是抗压强度 200的2％～16％，4 MPa ---32 M Pa。
符合条件的只有B。
三、岩石成因类型及其特征组成地壳的岩石按成因可分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩(水成岩)和变质岩三大类。
从各类岩石在地壳表面的分布面积看，沉积岩约占陆地面积的75％，变质岩和岩浆岩占25％；按质量百分比计算，岩浆岩占89％，沉积岩占地壳质量的5％，变质岩占6％。
1．岩浆岩岩浆岩又称火成岩，是岩浆通过地壳运动，沿地壳薄弱地带上升冷却凝结后形成的岩石。
分为：侵入岩和喷出岩。
（1）侵入岩侵入岩是岩浆侵入到周围岩层(简称围岩)中形成的岩浆岩。
侵入岩又分为深成岩(形成深度大于5km)和浅成岩(形成深度小于5km)。
岩石的基本物理力学性质-知识归纳整理
知识归纳整理岩石的基本物理力学性质岩石的基本物理力学性质是岩体最基本、最重要的性质之一，也是岩体力学中研究最早、最完善的力学性质。
岩石密度：天然密度、饱和密度、质量指标密度、重力密度岩石颗粒密度孔隙性孔隙比、孔隙率含水率、吸水率水理指标渗透系数抗风化指标软化系数、耐崩解性指数、膨胀率抗冻性抗冻性系数单轴抗压强度单轴抗拉强度抗剪强度三向压缩强度岩石的基本物理力学性质◆岩石的变形特性◆岩石的强度理论试验想法参照标准：《工程岩体试验想法标准》（GB/T50266-99）。
第二章岩石的基本物理力学性质第一节岩石的基本物理性质第二节岩石的强度特性第三节岩石的变形特性求知若饥，虚心若愚。
第四节岩石的强度理论回顾----岩石的基本构成岩石是自然界中各种矿物的集合体，是天然地质作用的产物，普通而言，大部分新鲜岩石质地均坚硬致密，空隙小而少，抗水性强，透水性弱，力学强度高。
岩石是构成岩体的基本组成单元。
相对于岩体而言，岩石可看作是延续的、均质的、各向同性的介质。
岩石的基本构成：由组成岩石的物质成分和结构两慷慨面来决定的。
回顾----岩石的基本构成一、岩石的物质成分●岩石是自然界中各种矿物的集合体。
●岩石中主要的造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、角闪石、辉石、方解石、白云石、高岭石等。
●岩石中的矿物成分会影响岩石的抗风化能力、物理性质和强度特性。
●岩石中矿物成分的相对稳定性对岩石抗风化能力有显著的影响，各矿物的相对稳定性主要与化学成分、结晶特征及形成条件有关。
回顾----岩石的基本构成二、岩石的结构是指岩石中矿物（及岩屑）颗粒相互之间的关系，包括颗粒的大小、性状、罗列、结构连结特点及岩石中的微结构面（即内部缺陷）。
其中，以结构连结和岩石中的微结构面对岩石工程性质影响最大。
回顾----岩石的基本构成●岩石结构连结结晶连结和胶结连结。
结晶连结：岩石中矿物颗粒经过结晶相互嵌合在一起，如岩浆岩、大部分变质岩及部分沉积岩的结构连结。
岩石的物理性质知识讲解
物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关 系不同所表现的物理状态。
1、岩石的密度
2、岩石的孔隙性
2020/5/24
岩石力学
（一）、岩石的密度
1、颗粒密度(ρs)：岩石固体部分的质量与 其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此 其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其 含量：
ρs= ms/Vs ρs—为岩石的颗粒密度 ms—为岩石固体部分的质量 Vs—为岩石固体部分的体积
常见矿物的比热容多为（0.7～1.2）×103J/kg·K 多孔含水岩石比热容计算：
C Cd x1 Cwx2 x1 x2
式中：Cd 和Cw 分别为干燥岩石和水的比热容，x1 和x2分别为岩石干重和水重。
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岩石力学
第三节 岩石的热学性质
二、岩石的导热系数
岩石传导热量的能力，称为热传导性，常用导热系
一、岩石的比热容 岩石的热容性：在岩石内部及其与外界进行热交 换时，岩石吸收热能的能力，称为岩石的热容性
如果设岩石温度由T1升高至T2所需要的热量为：
QCm(T1T2)
C（J/kg·K）即为比热容，是表征岩石热容性的指标
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岩石力学
第三节 岩石的热学性质
影响岩石比热容的因素：矿物组成、有机质含量 、含水状态。
（一）、岩石的密度
注意： （1）ρs与ρ的区别 (ρs>ρ) （2）ρs与ρ的单位 （g/cm3 kN/m3） （3）测试方法（ρs---比重瓶法；ρ--量积 法）
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岩石力学
常见岩石的密度
岩石名称
花岗岩 闪长岩 辉长岩 辉绿岩 砂岩 页岩
2020/5/24
密度 (g／cm3)
岩土所考博复习资料岩石力学(个人总结)第二章 岩石的基本物理力学性质
第二章岩石的基本物理力学性质第一节概述第二节岩石的基本物理性质一岩石的密度指标1 岩石的密度:岩石试件的质量与试件的体积之比，即单位体积内岩石的质量。
（1）天然密度：是指岩石在自然条件下，单位体积的质量，即（2）饱和密度：是指岩石中的孔隙全部被水充填时单位体积的质量，即（3）干密度：是指岩石孔隙中液体全部被蒸发，试件中只有固体和气体的状态下，单位体积的质量，即（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。
2 岩石的颗粒密度：是指岩石固体物质的质量与固体的体积之比值。
公式二岩石的孔隙性1 岩石的孔隙比：是指岩石的孔隙体积与固体体积之比，公式2 岩石的孔隙率：是指岩石的孔隙体积与试件总体积的比值，以百分率表示，公式孔隙比和孔隙率的关系式：三岩体的水理性质1 岩石的含水性质（1）岩石的含水率：是指岩石孔隙中含水的质量与固体质量之比的百分数，即（2）岩石的吸水率：是指岩石吸入水的质量与试件固体的质量之比。
2 岩石的渗透性：是指岩石在一定的水力梯度作用下，水穿透岩石的能力。
它间接地反映了岩石中裂隙间相互连通的程度。
四岩体的抗风化指标1 软化系数：是指岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压强度的比值。
它是岩石抗风化能力的一个指标，反映了岩石遇水强度降低的一个参数：2 岩石耐崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并变成完全丧失强度的松散物质的性能。
岩石耐崩解性指数：是通过对岩石试件进行烘干，浸水循环试验所得的指数。
它直接反映了岩石在浸水和温度变化的环境下抵抗风化作用的能力。
3 岩石的膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。
（1）岩石的自由膨胀率：是指岩石试件在无任何约束的条件下浸水后所产生膨胀变形与试件原尺寸的比值。
（2）岩石的侧向约束膨胀率：是将具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向膨胀变形而求得膨胀率。
（3）膨胀压力:岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。
五岩体的其他特性1 岩石的抗冻性:岩石抵抗冻融破坏的性能。
(水利水电)部分常用岩土物理力学参数经验数值
(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）。
岩石的物理、水理与热学性质
第三章岩石的物理、水理与热学性质第一节岩石的物理性质岩石和土一样，也是由固体、液体和气体三相组成的。
所谓物理性质是指岩石三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态。
与工程密切相关的物理性质有密度和空隙性。
一、岩石的密度岩石密度(rock density)是指单位体积内岩石的质量，单位为g/cm3。
它是建筑材料选择、岩石风化研究及岩体稳定性和围岩压力预测等必需的参数。
岩石密度又分为颗粒密度和块体密度，各类常见岩石的密度值列于表3-1。
表3-1 常见岩石的物理性质指标值(一)颗粒密度岩石的颗粒密度(ρs)是指岩石固体相部分的质量与其体积的比值。
它不包括空隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量。
如基性、超基性岩浆岩，含密度大的矿物较多，岩石颗粒密度也大，一般为 2.7～3.2g ／cm3；酸性岩浆岩含密度小的矿物较多，岩石颗粒密度也小，多变化在2.5～2.85g ／cm3之间；而中性岩浆岩则介于上二者之间。
又如硅质胶结的石英砂岩，其颗粒密度接近于石英密度；石灰岩和大理岩的颗粒密度多接近于方解石密度，等等。
岩石的颗粒密度属实测指标，常用比重瓶法进行测定。
(二)块体密度块体密度(或岩石密度)是指岩石单位体积内的质量，按岩石试件的含水状态，又有干密度(ρd)、饱和密度(ρsat)和天然密度(ρ)之分，在未指明含水状态时一般是指岩石的天然密度。
各自的定义如下： V m sd =ρ (3-1)Vm satsat =ρ (3-2) V m=ρ (3-3) 式中：ms 、msat 、m 分别为岩石试件的干质量、饱和质量和天然质量；V 为试件的体积。
岩石的块体密度除与矿物组成有关外，还与岩石的空隙性及含水状态密切相关。
致密而裂隙不发育的岩石，块体密度与颗粒密度很接近，随着孔隙、裂隙的增加，块体密度相应减小。
岩石的块体密度可采用规则试件的量积法及不规则试件的蜡封法测定。
二、岩石的空隙性岩石是有较多缺陷的多晶材料，因此具有相对较多的孔隙。
岩土体的一些性质
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工程建设四大程序: 工程建设四大程序: 勘察 设计 勘察主要内容包括: 勘察主要内容包括: (1)工程地质测绘与调查 (2)勘探 掘探,钻探,触探, 掘探,钻探,触探,物探 (3)测试 室内试验及原位测试 (4)长期观测 建筑物的沉降变化 滑坡变形发展 地下水位动态变化 施工 检测
其中2 10为作业题 为作业题) 思考题 (其中2-3,2-5,2-7,2-10为作业题) 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 2-1 土体可分为哪几大粒组?砂土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘土又可细分为几类? 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么? 2-2 粘性土及无粘性土的分类标准各是什么?为什 么? 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 2-3 岩体的弹性模量和变形模量间的区别是什么? 什么是土体的压缩模量? 2-4 什么是土体的压缩模量? 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-5 粘性土及无粘性土的主要特征各是什么? 2-6 试验室内用岩块试件测得的岩石强度为什么不 能视为现场岩体强度? 能视为现场岩体强度? 工程岩体按结构可分为哪几类? 2-7 工程岩体按结构可分为哪几类?各相应有怎样 的完整程度? 的完整程度? 2-8 影响土体工程性质的因素有哪些? 影响土体工程性质的因素有哪些? 岩土体有哪些重要的力学指标? 2-9 岩土体有哪些重要的力学指标? 岩土工程勘察主要包括哪些内容? 2-10 岩土工程勘察主要包括哪些内容?
粉土
粘性土
2.4 土体工程性质的影响因素
(1)粒度组成 (2)密实度 (3)粘性土的稠度 (4)粘性土的结构性 应力历史, (5)应力历史,环境及应力路径
2.5 工程岩体分类
岩体三要素:岩体结构,岩性, 岩体三要素:岩体结构,岩性,地应力 结构类型分 2.5.1 按结构类型分 2.5.2 按完整程度分 完整程度分 5大类 5大类
岩石物理力学性质-知识归纳整理
1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和蔼体相组成的多相体系。
理论以为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。
在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。
岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。
主要包括基本物理性质和水理性质。
岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。
岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表如今性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常经过岩石物理力学性质测试才干确定。
1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。
反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。
为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中举行现场试骀。
在选用岩样时应思量到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。
最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。
下面分述各种物理性质指标。
1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。
重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。
2、计算式密度：V M =ρ(g/cm 3，t/m 3)容重度：V MgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：γ=ρg。
上述各式中，M —岩石质量；W —岩石分量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上普通取10m/s 2。
密度与容重的种类：天然密度ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。
天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。
3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。
土的物理性质及分类
滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平 或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
第二章岩石的基本物理力学性质
ms——岩石固体的质量。
试验方法：105~110℃烘24h。
1.岩石的密度
（4）重力密度：单位体积中岩石的重量，简称重度。 由密度乘上重力加速度而得，单位kN/m3。
♪工程中应用最广泛的参数之一，不仅反映了岩石的致 密程度，还可计算岩体的自重应力。
2.岩石的颗粒密度
岩石固体物质的质量与固体的体积之比。(比重瓶)
二、岩石的孔隙性 反映裂隙发育程度的指标
1.孔隙比 e VV / Vs VV——孔隙体积（水银充填法求出）
2.孔隙率
n VV 100% V
V=Vs+VV
e~n关系
e VV Vs
VV / V Vs / V
VV V
V VV V
n 1 n
n 1 d s
三、岩石的水理性质
1.岩石的含水性质
(1)含水率：岩石孔隙中含水量mW与固体质量之比的百分数
具有侧向约束的试件浸入水中，使岩石试件仅产生轴向 膨胀变形而求得的膨胀率。
VHP
H HP H
100%
3、膨胀压力：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所 施加的最大压力。
五、岩石的抗冻性
Kf
Rf Rs
Kf—抗冻性系数； Rf—岩石冻融后的饱和单轴抗压强度； Rs—岩石冻融前的饱和单轴抗压强度。
冻融条件下强度损失原因： 1.各种矿物的膨胀系数有差异； 2.空隙中的水结冰，体积增大。
（3）岩石的膨胀性(含有粘土矿物的岩石)
——评价膨胀性岩体工程的稳定。
1、自由膨胀率 —无约束条件下，浸水后膨胀变形与原尺寸之比。
轴向自由膨胀
VH
H H
100%
（%）H——试件高度
径向自由膨胀
VD
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(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： )21(3EK
)1(2EG （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/m3) 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 2210-2570 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：E1, E3, ν12,ν13和G13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E1,E2,E3, ν12,ν13,ν23,G12,G13和G23。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 Ex(GPa) Ey(GPa) νyx νzx 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 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涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量Kf，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Kf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Kf，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：
'ff
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C来决定改变Kf的结果。
f'KnmkC
（7.4）
其中 3/4GK1m
f'kk
其中，'k——FLAC3D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Kf的值从其实际值（Pa9102）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Kf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。 在无流动情况下，饱和体积模量为： nKKKfu （7.5）
不排水的泊松比为：
）G3K(22G3Kuuu （7.6）
这些值应该和排水常量k和作比较，来估计压缩的效果。重要的是，在FLAC3D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FLAC3D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：
s13N2cNf
（7.7）
其中 )sin1/()sin1(Nφ
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0fs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；
t3tf （7.8）
当0ft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
tan
ct
max
（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uq表示，uq与粘聚力C和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 -- 测试场地玄武岩 31.0 66.2 13.1
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 较细的砂砾和沙的混合体 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 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 岩石物理力学性质一览表 性质 岩性 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 2.65~2.7 土粒密度 20~40 0.4~0.6 一般假定0 一般假定0 36~42 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 一般假定0 0.03~0.06（老） 0.01~0.033(新) 15~25（老） 17.8~28.4(新) 含水率% 10~25
粘性土 1.8~2.05 23~55 16~30 7~25 4~12（压缩模量） 0.7~1.0 一般假定0 0.005~0.06 8~26 含水率% 20~40 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 0.03~0.37（粘土岩） 20.7~59（干粘土岩） 0.01 0.04~0.09（粘土岩） 23 15~30（粘土岩） 页岩 2.3~2.62 0.4~10.0 0.5~3.2 0.24~0.74 16~20 10~100 2~10 3~20 15~30 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 0.07~1.7 29~59 石英砂岩 2.6~2.71 54~58 68~102.5 1.9~3.0 13（寒武） 54（震旦） 75~82.5（似内摩擦角）摩擦系数0.54（寒武）0.49（震旦） 砂岩 2.2~2.71 1.6~28.0 0.2~9.0 0.65~0.97 17~41 20~200 4~25 8~40 35~50 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 35~50
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 40~60 0.3~1.4 2.8~4.2 0.32（新鲜岩体） 37（新鲜岩体） 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