常用的岩土和岩石物理力学参数

常用的岩土和岩石物理力学参数
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-=

E

K

)

1(2ν+=

E

G (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 n

t ∝

? (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 (7.4)

其中

3

/4G K 1

m +=

ν

f '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 9

102?)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K f 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K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 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:

n

K K K f

u +

= (7.5) 不排水的泊松比为:

G 3K (22G

3K u u u +-=

ν (7.6)

这些值应该和排水常量k 和ν作比较,来估计压缩的效果。重要的是,在FLAC 3D 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FLAC 3D 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:

s 13N f φσσ=-+ (7.7)

其中 )sin 1/()sin 1(N φφφ-+=

1σ——最大主应力 (压缩应力为负);

3σ——最小主应力

φ——摩擦角

c ——粘聚力

当0f s <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3σ等于单轴抗拉强度的点时,t

σ ,这个次主应力不会达到拉伸强度—例如;

t 3t f σσ-= (7.8)

当0f t >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

φ

σtan c

t

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u q 表示,u q 与粘聚力C 和摩擦角φ的关系由下式确定

/2)2ctan(45q u φ+= (7.10)

岩石的强度特性值(实验室测定) 表7.4

土体的强度特性值(排水实验测定)表7.5

岩石物理力学性质一览表----岩石物理力学性质各项指标

土类

岩类

[1] 唐大雄刘佑荣张文殊王清工程岩土学(第二版)地质出版社1998 北京

[2] 重庆建筑工程学院同济大学岩体力学中国建筑工业出版社1981.10北京

[3] 工程地质手册编写委员会工程地质手册(第三版)中国建筑工业出版社1992. 12北京

[4]李先炜岩体力学性质煤炭工业出版社

泊松比范围为0~0.5,不会大于0.5。砂岩泊松比0.22左右,煤岩0.3左右。一般岩石弹性模量量级为10,单位Pa。煤岩弹性模量量级为9,Pa。

在岩石的弹性工作范围内,μ一般为常数,但超越弹性范围以后,μ随应力的增大而增大,直到μ=0.5为止。

土的泊松比

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (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 n t ∝ ? (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 (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f '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 9 102?)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K f 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K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 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: n K K K f u + = (7.5) 不排水的泊松比为:

最新常见岩石力学参数

几种常见岩石力学参数汇总 2010年9月2日 参考资料:《构造地质学》,谢仁海、渠天祥、钱光谟编,2007年第2版,P25-P37。 1.泊松比的变化范围: 2.弹性模量的变化范围:

3.常温常压下强度极限: 4.内摩擦角和内聚力的变化范围: 一、课程名称:中国戏曲介绍课时:2个学时 二、背景分析:戏曲是中国文化的瑰宝,同学们对中国戏曲 还不够了解,不能经常接触戏曲。 三、教学内容:中国戏曲 四、教学目标:初步了解中国戏曲的相关知识,并学会哼唱具有代表性的戏曲,简要说出

他们的起源 五、教学过程: 【引入课程】1、先介绍董永和七仙女的故事,然后放[天仙配],为讲戏曲作铺垫,将同学们带入戏曲的氛围中 【初步了解】1、介绍戏曲相关知识中国戏曲主要是由民间歌舞、说唱和滑稽戏三种不同艺术形式综合而成。它起源于原始歌舞,是一种历史悠久的综合舞台艺术样式。经过汉、唐到宋、金才形成比较完整的戏曲艺术,它由文学、音乐、舞蹈、美术、武术、杂技以及表演艺术综合而成,约有三百六十多个种类。它的特点是将众多艺术形式以一种标准聚合在一起,在共同具有的性质中体现其各自的个性。[1]中国的戏曲与希腊悲剧和喜剧、印度梵剧并称为世界三大古老的戏剧文化,经过长期的发展演变,逐步形成了以“京剧、越剧、黄梅戏、评剧、豫剧”五大戏曲剧种为核心的中华戏曲百花苑。[2-5]中国戏曲剧种种类繁多,据不完全统计,中国各民族地区地戏曲剧种约有三百六十多种,传统剧目数以万计。其它比较著名的戏曲种类有:昆曲、粤剧、淮剧、川剧、秦腔、晋剧、汉剧、河北梆子、河南坠子、湘剧、黄梅戏、湖南花鼓戏等。放[刘海砍樵] 2、戏曲行当 生、旦、净、丑各个行当都有各自的形象内涵和一套不同的程式和规制;每个都行当具有鲜明的造型表现力和形式美。 3、艺术特色 综合性、虚拟性、程式性,是中国戏曲的主要艺术特征。这些特征,凝聚着中国传统文化的美学思想精髓,构成了独特的戏剧观,使中国戏曲在世界戏曲文化的大舞台上闪耀着它的独特的艺术光辉。 4、唱腔 第一种是抒情性唱腔,其特点为速度较缓慢,曲调婉转曲折,字疏腔繁,抒情性强。它宜于表现人物深沉而细腻的内心感情。许多剧种的慢板、大慢板、原板、中板均厉于这-类。放[女驸马] 第二种是叙事性唱腔,其特点为速度中等,曲调较平直简朴,字密腔简,朗诵性强。它常用于交代情节和叙述人物的心情。许多剧种的二六、流水等均属于这一类。放[花木兰] 第三种是戏剧性唱腔,其特点为曲调的进行起伏较大,节奏与速度变化较为强烈,唱词的安排可疏可密。它常用于感情变化强烈和戏剧矛盾冲突激化的场合。各戏剧中的散板、摇板等板式曲调都属于这一类。 5、国五大戏曲剧种

岩石力学参数测试

3.2 侏罗系煤岩层物理力学性质测试 3.2.1试验仪器及原理 本试验采用电子万能压力试验机(图3.24)对侏罗系、石炭系岩石试样进行抗压强度、抗拉强度以及抗剪强度的测定。 (a) 电子万能压力试验机 (b) 单轴抗压强度测试 (c) 抗拉强度测试 (d) 抗剪强度测试 图3.24 岩石力学电子万能压力试验机及试验过程 (1) 岩石抗压强度测定: 单轴抗压强度的测定:将采集的岩块试件放在压力试验机上,按规定的加载速度(0.1mm/min)加载至试件破坏。根据试件破坏时,施加的最大荷载P ,试件横断面A 便可计算出岩石的单轴抗压强度S 0,见式(3.1)。 S 0= P A (3.1) 一般表面单轴抗压强度测定值的分散性比较大,因此,为获得可靠的平均单轴抗压强度值,每组试件的数目至少为3块。 (2) 岩石抗拉强度的测定: 做岩石抗拉试验时,将试件做成圆盘形放在压力机上进行压裂试验,试件受集中荷载的作用,见式(3.2)。

S t = 2P DT π (3.2) 式中:S t ——岩石抗拉强度 MPa ; P ——岩石试件断裂时的最大荷载,KN ; D ——岩石试件直径; T ——岩石试件厚度。 为使抗拉强度值较准确,每种岩石试件数目至少3块。 (3) 岩石抗剪强度测定: 将岩石试件放在两个钢制的倾斜压模之间,然后把夹有试件的压模放在压力实验机上加压。当施加荷载达到某一值时,试件沿预定的剪切面剪断,见式(3.3)。 sin cos n T P A A N P A A τασα? = =? ??? ==?? (3.3) 式中:P ——试件发生剪切破坏时的最大荷载; T ——施加在破坏面上的剪切力; N ——作用在破坏面上的正压力; A ——剪切破坏面的面积; τ——作用在破坏面上的剪应力; n σ——作用在破坏面上的正应力; α——破坏面上的角度。 每组取3块试件,变换不同的破坏角,根据所得的数值,便可在στ-坐标系上画出反映岩石发生剪切破坏的强度曲线。并可求出反映岩石力学性质的另外两个参数:粘聚力c 及内摩察角?。 3.2.2 标准岩样加工 根据需要和所在矿的条件,在晋华宫矿12#煤层2105巷顶板钻取岩样,钻孔长度约22m ,在。根据各段岩心长度统计结果,晋华宫矿顶板岩层的RQD 值为72.4%,围岩质量一般。 岩心取出后,随即贴上标签,用透明保鲜袋包好以防风化,之后装箱,托运到实验室,经切割、打磨、干燥制成标准的岩石试样,岩样制作过程见图3.25。

附表2岩土工程物理力学指标表

表11-1 岩土参数建议值表 岩土分层岩 土 名 称 时 代 与 成 因 岩石地基 承载力特 征值 土承载 力特征 值 桩侧摩阻力 特征值(钻孔 灌注桩) 桩端阻力特 征值(钻孔灌 注桩) 桩极限侧阻力 标准值(钻孔 灌注桩) 桩极限端阻力 标准值(钻孔 灌注桩) 土体与锚固体极 限摩阻力标准值 岩石与锚 固体极限 摩阻力标 准值 地基系数 的比例系 数(灌注 桩) 岩层或土 层水平基 床系数 岩层或土 层垂直基 床系数 静止侧压 力系数 岩土泊桑 比 岩石质量 指标 基底摩擦 系数 边坡坡度高 宽比允许值 (1:n) 土石可挖性 分级 f a f ak q sa q pa q sik q sik q s q s m K s Kc K0μRQD f (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (MPa) (MPa/m2) (MPa/m) (MPa/m) (%) (1-1) 填土Q4ml60 18 18 12 0.40 0.29 0.28 支护Ⅰ~Ⅱ(3-4) 粗砂Q2al190 30 40 50 18.0 20 18 0.40 0.29 0.28 1.25 Ⅱ(4-2) 粉质粘土Q2el210 30 43 50 22.0 35 30 0.39 0.28 0.30 1 Ⅱ(11)-1 全风化板岩P t220 35 50 55 40.0 35 30 0.38 0.28 0.30 1 Ⅲ(11)-2 强风化板岩P t350 70 700 75 750 0.12 150 120 0.38 0.28 0.33 0.75 Ⅲ~Ⅳ(11)-3 中风化板岩P t800 130 1300 170 1600 0.30 170 135 0.28 0.22 10~150.38 0.5 Ⅳ(11)-4 微风化板岩P t1200 135 1500 180 1800 0.50 200 175 0.26 0.21 10~20 0.45 0.5 Ⅴ说明: 1、本表的岩土参数值,是根据勘察结果,按工程类比(工程经验)的方法经过查阅有关规程、规范、手册或通过计算而提供的可用于设计的岩土参数。 2、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果,结合相关规范规程以及工程经验,给出岩土地基承载力特征值、桩侧摩阻力特征值、桩的端阻力特征值、边坡坡度高宽比允许值等参数建议值。 3、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果,结合国家行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),给出桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值等的参数建议值。 4、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果,结合相关工程经验,给出土体与锚固体极限摩阻力标准值、岩石与锚固体极限摩阻力标准值、土的泊松比等的参数建议值。 5、根据勘察结果,按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002),给出基底摩擦系数、边坡坡度高宽比允许值等的参数建议值。 表11-2 岩土参数建议值表 岩土分层岩 土 名 称 时 代 与 成 因 天然 密度 天然含 水量 孔隙比 岩(土)体剪切试验 压 缩 系 数 压 缩 模 量 变 形 模 量 渗 透 系 数 单轴极限抗压强 度标准值 导温系数导热系数 比热容 C 水上坡角 (°) 直接快剪固结快剪 粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角 干燥天然饱和 ρw е c φ c φa0.1-0.2Es1-2E0K fd fc fr (g/cm3) (%) (kPa) (°) (kPa) (°) (MPa) (MPa) (m/d)(MPa) (m2/h) (W/m·K) (kJ/kg.k) (1-1) 填土Q4ml 1.96 28.0 0.822 17100.27 7.30 1.0 0.00179 1.44 1.25 (3-4) 粗砂Q2al 1.97 23.3 25 5.0 0.00179 1.13 0.89 (4-2) 粉质粘土Q2el 1.96 26.46 0.783 26 120.24 7.70 29 0.04 0.00189 1.31 1.34 (11-1) 全风化板岩P t 1.99 26.7 0.770 28 14 0.19 9.30 32 0.10 0.00189 1.37 1.12 (11-2) 强风化板岩P t 2.70 85 30 100 0.50 7.0 1.0 1.0 0.00193 1.45 1.21 (11-3) 中风化板岩P t 2.79 90 33 0.40 10.0 5.0 3.00.00199 1.51 1.27 (11)-4 微风化板岩P t 2.76 100 35 0.20 15.0 10.0 8.0 0.00203 1.55 1.39 说明: 1.本表所称的岩土参数建议值,是根据室内试验或原位测试结果的统计值,按工程类比(工程经验)的方法而提供的岩土参数。 2.表中岩土层热物理指标建议值系根据相关工程经验的室内热物理力学性质试验成果综合提出。

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,首先需要了解其研究对象———工程岩体的力学特性,确定其特性参数。力学参数的合理确定在岩石力学的研究和发展过程中始终是难题之一。在应用工程力学领域, 如果原封不动地借用经典理论力学的连续性假设和定义,会出现理解上的毛病。必须考虑假设的合理使用范围和各物理量的适用定义。本文就地下岩体工程根据侧重的点不同对岩体参数的确定方法进行探讨。 一.传统岩体参数的确定方法 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。 确定地下巷道、硐室工程岩体力学参数的方法为: (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确定的问题。要确定复杂岩体的力学参数需要把工程岩体看作具有连续性的模型,运用确定岩体力学参数的新方法,对含层状斜节理的岩体建立力学模型进行力学实验,从而确定了该岩体的各项基本力学参数值。 1.工程岩体力学参数模型 目前对岩石的力学属性及其划分基本有两种观点:一种观点认为岩石本身是一个连续的、没有各向异性的材料,另一种意见认为岩石由多晶体系组成,并存在空洞和裂纹等缺陷,使得岩体本身结构表现出各向异性和不连续性。一般情况下岩体被视为非连续介质,但在一定条件下仍满足连续介质力学的基本假定。因此给定工程岩体的连续性假设:假定整个物体的体积都被组成这个物体的物质微元所充满,没有任何空隙。物质微元是有大小的,物质微元的尺寸决定于所研究的工程物体的尺寸。这样就存在一个用连续体理论来研究非连续体的问题。 2.工程岩体力学参数 为确定工程岩体的力学参数,需要通过井下工程地质调查,根据岩体所含结构面的不同及结构体特性的差异,选取具有代表性的不同尺寸的岩块和结构面,然后进行一系列室内力学实验和数值模拟实验。具体步骤如下: (1) 通过井下工程调查,确定结构面的空间分布模式,抽象工程岩体结构模型;并在现场采集有代表性的完整岩块和软弱结构面试

附表2 岩土工程物理力学指标表

表11-1岩土参数建议值表岩石地基土承载力特征 值 f ak (kPa) 60 190 210 220桩侧摩阻力 特征值(钻孔 灌注桩) q sa (kPa) 30 30 35 70 130 135桩端阻力特

征值(钻孔灌 注桩) q pa (kPa) 700 1300 1500桩极限侧阻力 标准值(钻孔桩极限端阻力 标准值(钻孔岩石与锚土体与锚固体极固体极限地基系数的比例系岩层或土层水平基 床系数 K s(MPa/m) 18203535150170200岩层或土层垂直基 床系数 Kc(MPa/m) 12183030120135175岩 土 分 层岩

名 称时 代 与 成 因承载力特征值 f a (kPa)静止侧压力系数 K 0.40 0.40 0.39 0.38 0.38 0.28 0.26岩土泊桑

0.29 0.29 0.28 0.28 0.28 0.22 0.21岩石质量 指标RQD (%)10~1510~20基底摩擦 系数 f 0.28 0.28 0.30 0.30 0.33 0.38 0.45边坡坡度高宽比允许值(1:n) 支护

1.25 11 0.75 0.5 0.5土石可挖性 分级Ⅰ~Ⅱ ⅡⅡⅢⅢ~Ⅳ ⅣⅤ限摩阻力标准值摩阻力标数(灌注灌注桩)灌注桩) 准值桩)q sik(kPa) 40435075170180q sik(kPa) 75016001800q s(kPa) 18505055q s(MPa) 0.12 0.30 0.50m(MPa/m2) 18.0 22.0

40.0(1-1) (3-4) (4-2) (11)-1 (11)-2 (11)-3 (11)-4 说明: 岩 土 分 层 (1-1) (3-4) (4-2) (11-1) (11-2) (11-3) (11)-4 说明: 1.本表所称的岩土参数建议值,是根据室内试验或原位测试结果的统计值,按工程类比(工程经验)的方法而提供的岩土参数。

关于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: ) 1(2ν+= E G () 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 n t ∝ ? () 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 9 102?)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(见节流动与力学的相互作用)。如果K f 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K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 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: n K K K f u + = () 不排水的泊松比为: ) G 3K (22G 3K u u u +-= ν () 这些值应该和排水常量k 和ν作比较,来估计压缩的效果。重要的是,在FLAC 3D 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。 固有的强度特性 在FLAC 3D 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: s 13N f φσσ=-+ () 其中 )sin 1/()sin 1(N φφφ-+=

土石坝中土石料的物理力学性质

土石坝中土石料的物理力学性质 摘要 随着筑坝技术的发展,近代的高土石坝大量地使用了当地的粗颗粒土石料(以下简称土石料)。铁路、公路以及一些高层、重型建筑物,目前也遇到了此类材料的问题。“土石料”一词,一般泛指诸如砂卵石、石料、石碴料、风化料、砾质土、冰磺土以至人工掺合土等粗颗粒的土石材料。其最大粒径一般都超过75(60)毫米而达到600甚至800毫米以上。近年来,由于筑坝技术的发展,对筑坝材料的要求已逐渐放宽。土石料中的物理力学性质对土石坝的设计,施工有很大的影响,所以我们要修好土石坝,必须研究清楚土石坝的各种物理力学性质。 关键字 土石料砂卵石石碴料风化料物理力学性质

类型 土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。 土石坝按照坝高分类,土石坝按坝高可分为:低坝、中坝和高坝。我国《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)规定:高度在30米以下的为低坝;高度在30米~70米之间的为中坝;高度超过70米的为高坝。 土石坝按其施工方法可分为:碾压式土石坝;冲填式土石坝;水中填土坝和定向爆破堆石坝等。应用最为广泛的是碾压式土石坝。 按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类,碾压式土石坝可分为以下几种主要类型: 1)、均质坝。坝体断面不分防渗体和坝壳,基本上是由均一的黏性土料(壤土、砂壤土)筑成。 2)、土质防渗体分区坝。即用透水性较大的土料作坝的主体,用透水性极小的黏土作防渗体的坝。包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝,是高、中坝中最常用的坝型。 3)、非土料防渗体坝。防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土

常用土层和岩石物理力学性质

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (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 n t ∝ ? (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 (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f '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 9 102?)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K f 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K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 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。

岩土物理力学性质指标

1、塑性指数 plasticity index 塑性指数是液限和塑限之差称为塑性指数,用不带百分号的小数表示,符号为IP。 概述 塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征,一般用塑性指数来表示;液限与塑限的差值称为塑性指数IP,即IP=WL-WP。过去的研究表明,细粒土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。 特征 塑性指数 可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量,粘性土由一种状态过渡到另一种状态的分界含水量叫作界限含水量,也称为阿太堡界限,有缩限含水量、塑限含水量、液(流)限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种,在建筑工程中常用前三种含水量。固态与半固态间的界限含水量称为缩限含水量,简称缩限,用ω表示。半固态与可塑状态间的含水量称为塑限含水量,简称塑限,用ωp表示。可塑状态与流动状态间的含水量称为液(流)限含水量,简称液限,用ωl表示。含水量用百分数表示。天然含水量大于液限时土体处于流动状态;天然含水量小于缩限时,土体处于固态;天然含水

量大于缩限小于塑限时,土体处于半固态;天然含水量大于塑限小于液限时,土体处于可塑状态。 塑性指数习惯上用不带%的数值表示。塑性指数是粘土的最基本、最重要的物理指标之一,它综合地反映了粘土的物质组成,广泛应用于土的分类和评价。 因素 由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素。塑性指数愈大,表明土的颗粒愈细,比表面积愈大,土的粘粒或亲水矿物(如蒙脱石)含量愈高,土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。也就是说塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。因此,在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。粉土为塑性指数小于等于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土;黏性土为塑性指数大于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土,其中: Ip>17 黏土 Ip>10 粉质黏土 Ip<10或Ip=10 粉土 2、液性指数liquid index 对黏性土来说,有一个指标叫液性指数,是判断土的软硬状态,表示天然含水率与界限含水率相对关系的指标。 液性指数公式 IL=(ω-ωp)/(ωL-ωp)。 ω:土的实际含水量

黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质 §2-1 黄土的物理性质 试验用黄土采用甘肃兰(州)海(石湾)高速公路工程现场扰动土,其物理性质主要由它的物理性质指标来体现,其物理性质指标主要有:孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。 由于黄土的生成与存在条件比较特殊,它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。一般黄土中存在肉眼易见的孔隙,这些孔隙多为铅直圆孔,这类孔隙通称为大孔隙。大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小,大孔隙多的黄土湿陷程度大;反之则小。 试验所用黄土的天然含水量很低,一般在10%以下。含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量,而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。 黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。为了得到该黄土的物理性质,我们根据《公路土工试验规程》(JTJ 051-93)的要求,分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定,测定结果如表2-1所示。 黄土的物理性质表2-1 一.主要成分分析 组成黄土的矿物约有60种,其中轻矿物(d﹤)含量占粗矿物(d﹥)总量的90%以上。黄土中粘土矿物(d﹤)以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用,显示出不同的亲水性,故粘土矿物的成分和比例,在某种程度上体现了黄土的湿陷性。 水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切,直接影响着黄土的工程性质。 水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐(氧化物,硫酸镁和碳酸钠)极易溶于水或与水发生作用。它的含量直接影响到黄土的湿陷性。 中溶盐(石膏为主)的存在状态决定其与水的作用情况。以固体结晶形态存在时,

土的物理力学性质

第一章 土的物理性质、水理性质和力学性质 第一节 土的物理性质 土是土粒(固体相),水(液体相)和空气(气体相)三者所组成的;土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标,可分为两类:一类是必须通过试验测定的,如含水量,密度和土粒比重;另一类是可以根据试验测定的指标换算的;如孔隙比,孔隙率和饱和度等。 一、土的基本物理性质 (一)土粒密度(particle density) 土粒密度是指固体颗粒的质量m s 与其体积Vs 之比;即土粒的单位体积质量: s s s V m =ρ g/cm 3 土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关,而与土的孔隙大小和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。 砂土的土粒密度一般为:2.65 g/cm 3左右 粉质砂土的土粒密度一般为:2.68g/cm 3 粉质粘土的土粒密度一般为:2.68~2.72g/cm 3 粘土的土粒密度一般为:2.7-~2.75g/cm 3 土粒密度是实测指标。 (二)土的密度(soil density)

土的密度是指土的总质量m 与总体积V 之比,也即为土的单位体积 的质量。其中:V=Vs+Vv; m=m s +m w 按孔隙中充水程度不同,有天然密度,干密度,饱和密度之分。 1.天然密度(湿密度)(density) 天然状态下土的密度称天然密度,以下式表示: v s w s V V m m V m ++==ρ g/cm 3 土的密度取决于土粒的密度,孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少,它综合反映了土的物质组成和结构特征。 砂土一般是1.4 g/cm3 粉质砂土及粉质粘土1.4 g/cm3 粘土为1.4 g/cm3 泥炭沼泽土:1.4 g/cm3 土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用“环刀法”测定,称得环刀内土样质量,求得环刀容积;两者之比值。 2.干密度(dry density ) 土的孔隙中完全没有水时的密度,称干密度;是指土单位体积中土粒的重量,即:固体颗粒的质量与土的总体积之比值。 V m s d =ρ g/cm 3 干密度反映了土的孔隙生,因而可用以计算土的孔隙率,它往往通过土的密度及含水率计算得来,但也可以实测。 土的干密度一般常在1.4~1.7 g/cm3

土层物理力学指标

工程编号:2006-G-177 工程编号 颗粒 土层 0.50.25 层号 土层名称 ㎜ % ①1 ①2 ② ③1 ③2 ③3 ④ ⑤1 ⑤3 填土 浜填土
土 层 物 理 力 学 性 质 参 数 表
0.250.075 ㎜ % 0.0750.05 ㎜ % 0.050.01 ㎜ % 0.010.005 ㎜ % <0.005 ㎜ % 含水量 W % 重度 Y KN/m3 / 比重 G 饱和度 Sr % 孔隙比 e 液限 WL % 塑限 WP %
32.8
22 3.18 0.10 8 3.01 0.08 14 3.50 0.12 15 3.47 0.08 50 2.49 0.05 24 1.74 0.05 3
18.4 18.9 17.6 17.7 18.0 17.1 18.7 19.7 17.9 17.3 17.8 17.0 16.7 17.1 16.3 17.7 18.0 17.1 18.0 18.1 17.7
22 0.04 0.02 8 0.03 0.02 14 0.05 0.03 15 0.03 0.02 50 0.02 0.01 24 0.02 0.01 3
2.73 2.74 2.73 2.72 2.73 2.72 2.70 2.71 2.69 2.73 2.73 2.72 2.75 2.76 2.73 2.73 2.75 2.72 2.72 2.73 2.71
22 0.00 0.00 8 0.00 0.00 14 0.01 0.00 15 0.00 0.00 50 0.01 0.00 24 0.01 0.00 3
96 99 92 97 99 95 95 99 90 97 99 94 97 100 94 96 99 92 96 97 96
22 1.49 0.02 8 1.69 0.02 14 2.27 0.02 15 1.70 0.02 50 1.58 0.02 24 1.75 0.02 3
0.932 1.113 0.811 1.119 1.297 1.033 0.834 1.024 0.666 1.200 1.348 1.055 1.428 1.579 1.277 1.098 1.262 1.009 1.010 1.078 0.973
22 0.08 0.09 8 0.08 0.08 14 0.10 0.12 15 0.09 0.07 50 0.06 0.05 24 0.05 0.05 3
37.3 40.3 35.4 34.3 39.9 31.0
22 1.07 0.03 8 2.74 0.09
21.0 21.9 19.2 20.3 23.1 19.4
22 0.78 0.04 8 1.19 0.06
粉质粘土 淤泥质粉 质粘土
32.4
38.8 27.4 40.0 46.4 36.7 29.3 37.4 23.6 42.6 48.8 36.8 50.7 56.6 44.3 38.5
砂质粉土 淤泥质粉 质粘土 淤泥质粘 土 粉质粘土 粉质粘土
78.4 3.4
20 24.3 9 0.77
12.6 23.4 4.3
20 5.11 0.42
46.0 77.2 6.9
20 22.60 0.50
2.9 7.0 0.5
20 1.89 0.67
6.1 11. 3 0.6
20 3.55 0.60
35.3 37.9 30.7 43.5 49.6 37.6 37.8 40.9 34.9 36.8 39.0 34.5
15 2.03 0.06 50 2.60 0.06 20 1.73 0.05 2
20.6 22.7 17.9 23.2 27.1 20.5 21.2 22.9 19.6 21.4 22.1 20.7
15 1.31 0.07 50 1.51 0.07 20 0.79 0.04 2
43.1 35.4 35.7 37.8 21.7 23.9
26 1.25 0.05 20 2.45 0.08 28 2.99 0.12 6 0.51 0.03 8 3.20 0.13
19.4 19.9 19.0 18.7 19.2 18.4 19.0 20.0 18.0 20.1 20.5 19.8 19.4 20.8 18.8
26 0.02 0.01 20 0.02 0.01 28 0.04 0.02 6 0.02 0.01 8 0.06 0.03
2.73 2.73 2.72 2.70 2.71 2.68 2.69 2.70 2.68 2.72 2.73 2.72 2.69 2.69 2.69
26 0.00 0.00 20 0.01 0.00 29 0.01 0.00 6 0.01 0.00 8 0.00 0.00
92 94 90 96 99 91 9.4 99 89 94 99 90 97 98 95
26 1.17 0.01 20 2.48 0.03 29 2.59 0.03 6 3.55 0.04 8 1.08 0.01
0.710 0.776 0.637 0.829 0.904 0.711 0.755 0.925 0.591 0.605 0.623 0.581 0.716 0.794 0.496
26 0.03 0.05 20 0.05 0.06 29 0.08 0.11 6 0.02 0.03 8 0.09 0.13
32.8 35.9 30.4
26 1.42 0.04
18.1 19.9 16.0
26 0.95 0.05

粉质粘土
39.7 42 25.7 9 0.66 78 14.8 5 0.20 13.7 24.4 1.9 9.1 22.2 1.4 42 5.19 0.38 78 4.84 0.53 37.6 81.7 2.9 12.2 60.4 1.1 42 23.62 0.64 78 10.28 0.85 2.7 7.7 0.5 1.7 5.1 0.1 42 1.53 0.58 78 1.03 0.60 6.3 14. 3 0.0 3.1 9.7 0.0 42 4.14 0.67 78 2.15 0.69
26.7 21.7 29.6 33.3 25.0 26.4 33.1 21.1 20.9 21.8 20.3 71.4 15 12.5 2 0.18 7.9 15.1 3.6 15 3.48 0.45 10.7 25.3 3.7 15 5.69 0.55 2.8 5.0 1.1 15 1.27 0.47 7.2 18. 2 3.4 15 4.74 0.68 25.8 28.7 17.9
⑦1
砂质粉土
0. 0 1. 0 0. 0
86.0 1.2 78 0.16 4.56 73.8 95.4 23.6
⑦2
粉细砂
30.3 33.0 28.0
6 1.56 0.06
16.7 20.2 14.5
6 1.97 0.13

粉质粘土

粉细砂
87.8 46.2

常用的岩土和岩石物理力学参数

常用的岩土和岩石物理 力学参数 文件排版存档编号:[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

(E , ν) 与(K , G )的转换关系如下: ) 1(2ν+= E G () 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 n t ∝ ? ()

岩土力学之计算题

岩土力学之计算题 1.已知地基中一点的大主应力为,地基土的粘聚力和内摩 擦角分别为和。求该点的抗剪强度。 解: 2.已知土的抗剪强度指标,,若作用在土中 某平面上的正应力和剪应力分别为.,问 该平面是否会发生剪切破坏? 解: 因为,所以该平面会发生剪切破坏。 3.已知地基土的抗剪强度指标,,问当地基 中某点的大主应力,而小主应力为多少时,该 点刚好发生剪切破坏? 解: 4.如图所示桥墩基础,已知基础底面尺寸B=4m,10 ,作 L m

用在基础地面中心的荷载4000k N N =,2800k m M N =。计算基础 底面的压力。 5.计算如图所示地基中的自重应力并绘出其分布图。 已知土的性质: 细砂(水上):3 =17.5k /m N γ,s =2.69G ,w=20%; 粘土:3 =18.0k /m N γ,s =2.74G ,w=22%,L w =48%,p w =24%

6.已知地基中某点的应力状态, 1=280a KP σ,3=73.5a KP σ,土的抗剪强度指标c=42.1a KP,=24 φ,试判断该点是否产生剪切破 坏?

解:由式:2 13=tan c tan 2 2 φφσσ(45+)+2(45+) 可得土体处于极限平衡状态时最大主应力 2 1f 32 =tan c tan 2 2 2424 =73.5*tan tan 22 =a φφσσ(45+)+2(45+) (45+ )+2*42.1*(45+)303KP 11f σσ < 故该点没有产生剪切破坏。 7.如图所示基础底尺寸32m m ?,集中外荷载650F kN =∑,试求 基底平均压力max P 、min P 。 解:基础的平均重度为20KN/m 3 , 320/232650890N G F kN m m m m kN kN =+=???+= =650k 0.40=260k m M N N ? 2601e===0.292m<30.50890 6 M m m N ?= max 234.96min 61.71689060.292P =1=1=KPa 233 N e bl l ?????±± ? ??? ?? ? 8.已知某无粘性土的0,30c φ==,若对该土取样做实验, ①如果对该样施加大小主应力分别为200kPa 和120kPa ,该

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