20191204岩体物理力学参数整理
岩体力学第二章2.1
定义：岩石在自然条件下，单位体积的质量 自然条件下 定义：岩石在自然条件 计算公式：
ρ=
m V
g/cm3
ma=0
空气 水 固体
Va Vv Vw V
试验方法：称重法 试验方法：
m mw ms
精度 0.01g 质量
+
量尺 天平
Vs
体积
山东科技大学资源与环境工程学院
试验时，将烘干的试块约 试验时，将烘干的试块约500g，分成 份，放入带有筛孔的圆筒内，使圆筒在水槽 ，分成10份 放入带有筛孔的圆筒内， 中以20r／ 速度连续转 分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重， 速度连续转10分钟 中以 ／s速度连续转 分钟，然后将留在圆筒内的石块取出烘干称重，如此反复进行 两次。 两次。
2.1 岩石的基本物理性质
②膨胀压力
定义：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力。 最大压力。 定义：岩石试件浸水后，使试件保持原有体积所施加的最大压力 试验方法： 试验方法：
先加预压0.01MPa，变形稳定后，浸水，岩石遇水膨胀的变形量大于0.001mm时，施 ，变形稳定后，浸水，岩石遇水膨胀的变形量大于 先加预压 时 加一定的压力， 件保持原有的体积，测量试件保持不变时的最大压力。 加一定的压力，试件保持原有的体积，测量试件保持不变时的最大压力。
2.1 岩石的基本物理性质
某些岩石的渗透系数K（cm/s）
2.1 岩石的基本物理性质
岩石渗透试验仪（轴向渗透） 岩石渗透试验仪（轴向渗透）
2.1 岩石的基本物理性质
b、 径向渗透试验时，其渗透系数计算
径向渗透试验示意图
2.1 岩石的基本物理性质
常用地岩土和岩石物理力学全参数
(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10.75.20.200.411.2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。
岩土体物理力学参数参考
50~150
24.23~28.81
100~250
破碎夹泥层Ⅰ(岩屑夹泥型)
<10
以碎块、岩屑为主，在碎块骨架间填有少量泥浆或次生泥质物，厚度常有变化
19.29~24.23
25-50
19.29~24.23
50~100
破碎夹泥层Ⅱ(泥夹岩屑型)
10~30
碎块岩屑间充填泥质物较多，呈泥包碎块状，有时上下层面附有断续的泥化层
3胶结或无充填的结构面抗剪断强度，应根据结构面的粗糙程度取大值或小值；
4当软弱夹层和断层有一定厚度时，应考虑充填物的影响。当厚度大于起伏差时，软弱层和断层应采用充填物的抗剪强度作为标注值；当厚度小于起伏差时，还应采用起伏差的最小爬坡角，提高充填物抗剪强度试验值作为标注值；
5当试件粘粒含量大于30%或有泥化镜面或粘土矿物以蒙脱石为主时，应采用流变强度作为标准值。
较软岩～软岩，结合一般
19～29
80～120
4
较坚硬～较软岩，结合差～结合很差；
软岩，结合差；软质岩的泥化面
13～19
8～50
5
较坚硬岩及全部软质岩，结合很差；
软质岩泥化层本身
<13
<50
——工程岩体分级标准(GB50218-94)
表5-14国内部分水电工程软弱结构面强度参数
结构面类型
结构面性状
抗剪强度
21.0
37.6
18.9
18.7
6.9
16°00′
永加线
褐红色含碎石粘土，碎石含量10～20％
21.10
20.35
8
18°00′
黄树岭滑坡
含碎石粘土
Hale Waihona Puke 1221°金钗湾南潜在滑移体
岩石物理力学性质指标经验数据
花岗岩
正长岩 闪长岩 岩浆岩 斑岩 安山岩 玄武岩 辉绿岩 流纹岩、凝灰岩 火山角砾岩 火山块集岩 花岗片麻岩 片麻岩 变质岩 石英岩 大理岩 千枚板岩 砾岩 石英砂岩 砂岩 片状砂岩 炭质砂岩 炭质页岩 黑页岩 带状页岩 砂质页岩 云母页岩 软页岩 页岩 泥灰岩 黑泥灰岩
沉积岩
石灰岩
16.7-21.6 21.0-21.5 24.5-27.0 30.0
27° -60° 60° -73° 70° -85° 85° 65° -83° 87°
岩石物理力学性质指标经验
岩类 名称 容重γ 3) （kN/m 25.8-26.8 27.5-30.0 30.0-32.4 24.5 26.5-27.5 27.5-32.4 24.5-28.4 28.4-32.4 27.5 24.5-26.5 26.5-32.4 26.5 28.4 24.5-32.4 24.5-32.4 26.5-28.4 24.525.5-27.5 25.6 27.5-29.4 24.5-32.4 24.5-32.4 21.6-24.5 27.5-28.4 28.4-32.4 25.5-26.6 21.6-29.4 27.1 21.6-29.4 19.6-25.5 26.6 15.2-16.2 22.6-25.5 17.7-19.6 19.6-26.5 22.6-23.1 24.5 21.6-22.6 抗压强度Re (MPa) 75-110 120-180 180-200 80-100 120-180 180-200 120-200 200-250 160 120-160 160-250 160-180 200-250 120-250 120-250 180-200 80-100 140-180 87 200-360 70-140 120-140 40-100 120-160 160-250 68-102 4.5-10 47-110 80-130 50-140 25-80 66-130 6-8 60-120 20 20-40 3.5-20 40-60 25-30 抗拉强度Rt (MPa) 2.1-3.2 3.3-5.0 5.0-5.6 2.3-2.7 3.3-5.0 5.0-5.6 3.3-5.6 5.6-7.0 5.3 3.3-4.4 4.4-7.0 4.4-5.0 5.6-7.0 3.3-7.0 3.3-7.0 5.0-5.6 2.2-2.7 3.9-5.0 2.5 5.6-11.8 2.0-3.9 3.3-3.9 1.1-2.7 3.3-4.4 4.4-7.0 1.9-2.9 0.2-0.3 1.4-5.1 2.3-3.7 1.5-4.1 1.8-5.5 4.6-8.9 0.4-0.6 4.2-8.4 1.4 1.4-2.7 0.3-1.4 3.7-4.1 1.8-2.1 抗剪强度τ (MPa) 5.0-7.4 8.8-11.8 11.8-13.2 5.3-6.7 7.9-11.8 11.8-16.7 7.9-13.2 13.2-16.7 10.1 7.9-10.6 10.6-16.7 10.6-11.8 13.2-16.7 7.9-16.7 7.9-16.8 12.0-13.2 5.3-6.6 9.3-12 5.8 13.2-24 4.7-9.4 7.9-9.3 2.6-6.6 7.9-10.6 10.6-16.8 5.2-7.8 0.3-0.8 3.1-13.7 6.1-9.8 3.8-11.1 2.1-6.5 5.4-9.9 0.5-0.7 4.9-9.8 1.7 1.7-3.2 0.3-1.7 3.2-4.9 2.1-2.5
常见岩石物理力学参数一览表
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。
常用的岩石物理力学参数
第5页
江西大坳
小什字 水库 绿水河 石景山龙 口灰坝 小井沟 长滩水库 太平湾 下马岭 江垭
以礼河 一级
小什字
备注 *室内三轴值
Sheet2
岩石名称 岩石性状
(裂隙、风 化、夹层)
容重 g/cm3
吸水率 %
软岩物理力学参数汇总表
干抗 压
湿抗压
E
抗剪强度 抗剪强度
工程名称
Mpa Mpa Gpa tgψ C(Kpa)
细砂岩
1.98 8.19 15.3 11.6
陕西王圪 堵水库
灰岩
粘土岩 砂页岩
薄层,风 化
2.55
2.36 2.66
1.61 6.5
30
40.6 14.3
11.2
11.4 11.1
恒山
三岔 徐州铜山
绢英千 枚岩
薄片， 微风化
2.60 0.20
25
10
0.53
10
碧口
石英砾岩 泥灰岩 泥岩
2.58 1.01
7.6
上饶大坳 五强溪 岗南水库
石景山龙 口灰坝
2.55
2.25 2.35 2.62 2.27 2.62
2.48 39
7.6 3.18 1.92
20.6 14.3 13.1 14
7 5.39
6.7 1.85 6.2 3.23 5.9 5.7 5.5 4.6
江西奉新
淮阳 葛洲坝 陆浑 升钟 巩河水库
绿泥石 片岩
泥质 紫红色
2.37 3.32 14.1 2.25 4.98 7
2.59 1.01
2.14 2.35 2.25
10.24 20.6 24.9
常见岩石力学参数
常见岩石力学参数岩石力学参数是指描述岩石在外力作用下的力学行为的物理性质，包括弹性模量、剪切模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
这些参数对于岩石的力学性质和工程应用具有重要意义。
本文将详细介绍这些常见的岩石力学参数。
1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量是衡量岩石弹性性质的一个重要参数，表示岩石在外力作用下产生弹性变形的能力。
弹性模量越大，岩石的刚度越大，抗弯和抗变形能力越强。
2. 剪切模量（Shear modulus）：剪切模量是衡量岩石抗剪切性质的参数，表示岩石在剪切应力作用下产生剪切变形的能力。
剪切模量越大，岩石的抗剪强度越高，稳定性越好。
3. 泊松比（Poisson's ratio）：泊松比是衡量岩石体积变形性质的参数，表示岩石在受到压缩应力时，横向收缩的程度。
泊松比一般介于0.1到0.4之间，数值越大，岩石的蠕变性越强。
5. 抗拉强度（Tensile strength）：抗拉强度是衡量岩石抗拉性质的参数，表示岩石在受到拉伸应力时的最大承载能力。
抗拉强度一般比抗压强度要小，岩石在受到拉伸时易发生断裂。
6. 抗剪强度（Shear strength）：抗剪强度是衡量岩石抗剪切性质的参数，表示岩石在受到剪切应力时的最大承载能力。
抗剪强度主要与岩石内部的粘聚力和内摩擦角有关。
除了上述常见的岩石力学参数外，还有一些与岩石稳定性有关的参数：7. 断裂韧性（Fracture toughness）：断裂韧性是衡量岩石抗断裂性质的参数，表示岩石在受到裂纹扩展时的抵抗能力，能够反映岩石的破坏扩展能力。
8. 孔隙度（Porosity）：孔隙度是衡量岩石孔隙结构的参数，表示岩石内部的孔隙空间占总体积的比例。
孔隙度能够影响岩石的密实程度和渗透性，对工程建筑的渗流和稳定性有重要影响。
9. 饱和度（Saturation）：饱和度是衡量岩石孔隙中被水、气体或其他流体填充的程度。
岩体强度和力学参数.ppt
mb , S, a
--岩体力学参数
GSI根据岩体所处的地质环境、岩体结构特性和表面特性来确 定。但以往在岩体结构的描述或岩体结构的形态描述中缺乏 定量化, 难以准确确定岩体的 GSI 值。为使其描述定量化 , 引入岩体质量 RMR 分级法定量确定岩体质量等级。根据 Z. T. Bieniawski研究认为 , 修正后的 RMR 指标值与 GSI 值 具有等效关系, 确定修正后的 RMR 指标值, 即得出 GSI值。 RMR 分级方法是采用多因素得分, 然后求其代数和 (RMR 值 ) 来评价岩体质量。参与评分的 6 因素 : 岩石单轴抗压强度 ; 岩石质量指标 RQD; 节理间距; 节理性状; 地下水状态; 节 理产状与巷道轴线的关系。在 1989年的修正版中, 不但对评 分标准进行了修正 , 而且对第 4项因素进行了详细分解 , 即 节理性状包括 : 节理长度 ; 间隙 ; 粗糙度 ; 充填物性质和 厚度; 风化程度。 实际应用中应在现场工程地质调查的基 础上, 进行岩体质量指标 RMR 的分析与评价 , 需结合矿区 实际, 在确定优势结构面组后 , 再根据结构面产状与巷道轴 线的关系来确定岩体 RMR 分级节理方向的修正值, 得出岩体 RMR 评分值 , 确定岩体质量等级。（ 参 考 盛 佳 和 李 向 东 基 于 Hoek- Brown强度准则的岩体力学参数确定方法）
岩体强度估算的经验办法
基于岩体弹性波传播速度的经验公式 1)1970 年，日本 Ikeda 提出岩体单轴抗压强度与岩体纵波波速 2 及岩石纵波波速的关系 m
m i , V , , V cm p ci P -- 分别为岩体和岩石的单轴抗压强度与纵波波
cm V p Vi ci p
GSI指标定量化第二种确定方法
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报告2：岩体物理力学指标
报告3：岩土体物理力学指标
注：报告1：《胜利东二露天矿内排土场与南帮变形成因与稳定性治理方案》，辽宁工程技术大学，2018年5月。
报告2：《胜利东二露天煤矿南帮边坡稳定性分析及治理》，辽宁工程技术大学，2011年5月。
报告3：《胜利东二号露天煤矿南排土场南帮边坡稳定性分析与控制技术研究报告》，辽宁工程技术大学，2015年1月。
报告4：《二〇一七年度评价胜利东二露天矿南北帮及内排土场边坡稳定性分析与评价》，辽宁工程技术大学，2017年10月。
报告5：《胜利东二号露天煤矿采场深部滑体清理采煤方案研究》，辽宁工程技术大学，2018年2月。
岩土体物理力学指标
需讨论：1、泥沙岩互组2、断层3、煤4、弱层。