常用巖土材料參數(shù)和巖石物理力學(xué)性質(zhì)一覽表,附詳細(xì)表格

1、石灰石39.836.00.180.25頁(yè)巖66.849.50.170.21(E,v)與(K,G)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:K=3(1-2v)7.2)E2(1+v)當(dāng)v值接近0.5的時(shí)候不能盲目的使用公式3.5，因?yàn)橛?jì)算的K值將會(huì)非常的高，偏離實(shí)際值很多。最好是確定好K值(利用壓縮試驗(yàn)或者P波速度試驗(yàn)估計(jì))，然后再用K和v來(lái)計(jì)算G值。表7.1和7.2分別給出了巖土體的一些典型彈性特性值。巖石的彈性(實(shí)驗(yàn)室,直)(Goodman,1980)表7.1干密度(kg/m3)E(GPa)vK(GPa)G(GPa)砂巖19.30.3826.87.0粉質(zhì)砂巖26.30.2215.610.8石灰石209028.50.29

2、22.611.1頁(yè)巖2210-257011.10.298.84.3大理石270055.80.2537.222.3花岡巖73.80.2243.930.2土的彈性特性值(實(shí)驗(yàn)室值)(Das,1980)表7.2干密度(kg/m3)彈性模量E(MPa)泊松比V松散均質(zhì)砂土147010-260.2-0.4密質(zhì)均質(zhì)砂土184034-690.3-0.45松散含角礫淤泥質(zhì)砂土1630密實(shí)含角礫淤泥質(zhì)砂土19400.2-0.4硬質(zhì)粘土17306-140.2-0.5軟質(zhì)粘土1170-14902-30.15-0.25黃土1380軟質(zhì)有機(jī)土610-820凍土2150各向異性彈性特性作為各向異性彈性體的特殊情況，橫切各

3、向同性彈性模型需要5中彈性常量:E1,E3,v12,v13和G13；正交各向異性彈性模型有9個(gè)彈性模量E1,E2,E3,V12,V13,V23，G12，G13和G23。這些常量的定義見(jiàn)理論篇。均質(zhì)的節(jié)理或是層狀的巖石一般表現(xiàn)出橫切各向同性彈性特性。一些學(xué)者已經(jīng)給出了用各向同性彈性特性參數(shù)、節(jié)理剛度和空間參數(shù)來(lái)表示的彈性常數(shù)的公式。表3.7給出了各向異性巖石的一些典型的特性值。橫切各向同性彈性巖石的彈性常數(shù)(實(shí)驗(yàn)室)表7.3E(GPa)E.(GPa)VVzxGxy(GPa)砂巖43.0y40.0yx0.280.17xy17.0砂巖15.79.60.280.215.2大理石68.650.2花崗巖1

4、0.75.20.060.200.220.4114.525.326.61.2流體彈性特性用于地下水分析的模型涉及到不可壓縮的土粒時(shí)用到水的體積模量Kf如果土粒是可壓縮的，則要用到比奧模量M。純凈水在室溫情況下的值是2Gpa。其取值依賴(lài)于分析的目的。分析穩(wěn)態(tài)流動(dòng)或是求初始孔隙壓力的分布狀態(tài)（見(jiàn)理論篇第三章流體-固體相互作用分析），則盡量要用比較低的Kf不用折減。這是由于對(duì)于大的耳流動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)很小，并且，力學(xué)收斂性也較差。在FLAGD中用到的流動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng),tf與孔隙度n滲透系數(shù)k以及Kf有如下關(guān)系：上At乂n（7.3）fKkf對(duì)于可變形流體（多數(shù)課本中都是將流體設(shè)定為不可壓縮的）我們可以通過(guò)獲得的固

5、結(jié)系數(shù)C來(lái)決定改變Kf的結(jié)果。TOC o 1-5 h zVfC=（7.4）vnm+vKf其中1m=vK+4G/3k=kYf其中，kFLAC3D使用的滲透系數(shù)k滲透系數(shù)，單位和速度單位一樣（如米/秒）Yf水的單位重量考慮到固結(jié)時(shí)間常量與C成比例，我么可以將Kf的值從其實(shí)際值（2x109Pa）減少,vf利用上面得表達(dá)式看看其產(chǎn)生的誤差。流動(dòng)體積模量還會(huì)影響無(wú)流動(dòng)但是有空隙壓力產(chǎn)生的模型的收斂速率（見(jiàn)1.7節(jié)流動(dòng)與力學(xué)的相互作用）。如果Kf是一個(gè)通過(guò)比較機(jī)械模型得到的值，則由于機(jī)械變形將會(huì)產(chǎn)生孔隙壓力。如果Kf遠(yuǎn)比k大，則壓縮過(guò)程就慢，但是一般有可能Kf對(duì)其影響很小。例如在土體中，孔隙水中還會(huì)包含一

6、些尚未溶解的空氣，從而明顯的使體積模量減小。在無(wú)流動(dòng)情況下，飽和體積模量為：KK=K+f（7.5）不排水的泊松比為：7.6)3K2Gu2（3K+G）u這些值應(yīng)該和排水常量k和v作比較，來(lái)估計(jì)壓縮的效果。重要的是，在FLAC3D中，排水特性是用在機(jī)械連接的流變計(jì)算中的。對(duì)于可壓縮顆粒，比奧模量對(duì)壓縮模型的影響比例與流動(dòng)。7.3固有的強(qiáng)度特性在FLAC3D中，描述材料破壞的基本準(zhǔn)則是摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則，這一準(zhǔn)則把剪切破壞面看作直線破壞面：f=00N+2cN（7.7）s13*其中N=（1+sin）/（1一sin）（P01最大主應(yīng)力（壓縮應(yīng)力為負(fù)）;0最小主應(yīng)力3摩擦角c粘聚力當(dāng)f0時(shí)進(jìn)入拉伸屈服。巖石和

7、混凝土的抗拉強(qiáng)度通常有由西實(shí)驗(yàn)獲得。注意，抗拉t強(qiáng)度不能超過(guò)曠3,這是和摩爾-庫(kù)侖關(guān)系的頂點(diǎn)的限制是一致的。最大的值由下式給出7.9)cot=maxtan表7.4列出了一系列具有代表性的典型的巖石標(biāo)本的粘聚力、摩擦角和抗拉強(qiáng)度值。土體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見(jiàn)表7.5。土體強(qiáng)度用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度q表示，q與粘聚力C和摩擦角的關(guān)系由下式確定uuq=2ctan（45+/2）（7.10）u巖石的強(qiáng)度特性值（實(shí)驗(yàn)室測(cè)定）表7.4摩擦角（度）粘聚力（MPa）抗拉強(qiáng)度（MPa）沙巖27.827.21.17粉質(zhì)巖32.134.7-泥質(zhì)頁(yè)巖14.434.8-硅巖42.0706石灰石4

8、2.0硅巖42.0706石灰石42.0土體的強(qiáng)度特性值（排水實(shí)驗(yàn)測(cè)定）表7.5粘聚力（kpa）摩擦角的最大值（度）摩擦角的殘留值（度）沙礫-3432無(wú)細(xì)沙的沙性砂礫-3532粘性良好的沙性砂礫1.03532較細(xì)的砂礫和沙的混合體3.02822細(xì)沙粒-3230粗沙粒3430級(jí)配良好的沙粒-3332低塑性泥沙2.02825中-咼塑性泥沙3.02522低塑性粘土6.02420中塑性粘土8.02010咼塑性粘土10.0176有機(jī)淤泥或粘土7.02015山脈花崗巖51.0測(cè)試場(chǎng)地玄武巖31.06.7255.166.21.5813.1巖石物理力學(xué)性質(zhì)一覽表密石cm3巖度歓%艮3液限塑量模a)形MPa變碎積

9、7度密如粒”土定刪一O定刪一類(lèi)土黃土511311干3118有具土性黃附新濕11118定刪一O土性粘5V32527?？s壓/|4-1)117定刪一O密石cm3巖度歓一孔一1軟數(shù)量1模MPa形103變a口5八9XJ巖.7土22粘O112223巖板泥5113115斶巖砂粉石巖口nO13555248新/|2XJ體77巖6.鮮5112558巖灰泥O01111鮮新/|611巖34211J438z新/|320.體灰?guī)r2.32.770.14.450.70.943539502005201050白云巖2.12.70.325.00.13.06.7328025015252050L_LUU片巖2.692.920.021.

10、850.10.20.530.69（綠泥石片巖）447210100110120千枚巖0.43.60.51.80.670.9610（石英千枚巖）10100110120板巖2.32.750.45左右0.10.35.0（新鮮巖體）60200715220大理巖2.62.70.16.00.11.04967701402.04.04.9（裂隙育巖體）石英巖2.42.80.18.70.11.50.940.96657015035015301050花岡巖2.32.80.54.00.14.00.720.9730371002507251450閃長(zhǎng)巖2.522.960.25.00.35.00.60.81.58.5（具裂隙巖體）10025010251050輝長(zhǎng)巖2.552.980.34.00.54.018030015361050流紋巖18030015301050安山巖2.32.71.14.50.34.50.810.918.312.0（具裂隙巖體）10025010201040玄武巖2.53.10.57.20.32.80.30.