岩石应力-变形模量、弹性模量
常用岩石力学参数
常用岩石力学参数岩石力学是研究岩石在外力作用下变形和破裂行为的学科，它主要关注岩石的力学性质，包括强度、应力和应变等参数。
以下是一些常用的岩石力学参数。
1. 弹性模量（Young's modulus）：弹性模量是衡量岩石对外力响应的能力的指标。
它表示单位应力下岩石的应变程度，通常以帕斯卡（Pa）为单位。
弹性模量越大，岩石的刚度越高，其抵抗变形的能力更强。
2. 柏杨比（Poisson's ratio）：柏杨比用于描述岩石在受力作用下体积的变化情况。
它是岩石纵向应变和横向应变的比值，无单位。
柏杨比一般位于0.15到0.40之间，数值越大代表岩石越容易体积收缩。
4. 应力-应变曲线（Stress-strain curve）：应力-应变曲线描述了岩石在受力过程中的应力和应变之间的关系。
根据曲线的形状，可以了解岩石的变形特性，如弹性变形阶段、塑性变形阶段和破裂阶段等。
应力-应变曲线是评估岩石稳定性和强度的重要工具。
5. 破裂韧度（Fracture toughness）：破裂韧度是衡量岩石抵抗破坏的能力的参数，描述了岩石在外力作用下延伸至破断的能力。
破裂韧度越大，岩石的抗破坏能力越强。
6. 体积压缩模量（Bulk modulus）：体积压缩模量是衡量岩石抵抗体积压缩的能力，代表岩石抵抗体积缩小的刚度。
体积压缩模量越大，岩石的抗压能力越强。
7. 粘聚力（Cohesion）：粘聚力是指岩石内部颗粒间的粘结力，也被称为内聚力。
粘聚力越大，岩石的抗拉强度就越高。
8. 摩擦角（Friction angle）：摩擦角用于描述岩石内颗粒间的摩擦性质。
摩擦角越大，岩石的抗剪强度越高。
9. 泊松比（Poisson ratio）：泊松比是衡量岩石在拉伸或压缩过程中横向变形和纵向变形之间关系的参数。
泊松比越大，岩石的收缩性越高。
这些常用的岩石力学参数可以帮助工程师和地质学家了解岩石的力学性质，评估其稳定性和抗破坏能力，在工程设计和地质勘探中起到重要的作用。
各种地基的变形模量
各种地基的变形模量
地基的变形模量是指地基材料在受到应力作用时所发生的变形
程度，通常用来衡量地基材料的刚度和稳定性。
不同类型的地基材
料具有不同的变形模量，以下是常见地基材料的变形模量：
1. 砂土，砂土的变形模量通常在10-100MPa之间，具体数值取决于砂土的密实度、颗粒大小和形状等因素。
砂土的变形模量较小，具有较大的压缩和剪切变形能力。
2. 黏土，黏土的变形模量通常在20-200MPa之间，黏土具有较大的变形模量，因此在受到应力作用时不易发生较大的变形，但是
容易发生渗流和固结沉降等问题。
3. 碎石，碎石的变形模量通常在50-150MPa之间，碎石由于颗粒之间存在空隙，因此具有较大的变形模量，但在承受荷载时容易
发生颗粒间的摩擦和变形。
4. 岩石，岩石的变形模量通常在50-200GPa之间，岩石具有较大的变形模量，因此在受到应力作用时变形较小，但是在岩石内部
存在节理和裂隙，容易发生局部破坏和变形。
总的来说，地基材料的变形模量受到多种因素的影响，包括材料的类型、密实度、含水量、颗粒大小和形状等因素。
在工程实践中，需要根据具体的地质条件和工程要求来选择合适的地基材料，并进行合理的设计和施工，以确保地基的稳定性和安全性。
岩体力学性质
强度性质
强度性质
岩体在各种压力状态下所能承受的最大应力，称为岩体的强度。它可分为单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三 轴抗压强度以及剪切强度等。单轴抗压强度是岩体在单向压缩时所能承受的最大压应力。岩体的单轴抗压强度总 是低于岩块的单轴抗压强度。二者的比值变化较大，通常为0.05～0.65。单轴抗拉强度是岩体或接近于零。岩体在三向受压状态下所能承 受的最大压应力，称为岩体三轴抗压强度。原位岩体三轴压缩试验的开展，有益于更好地评价岩体的各向异性。 岩体内任一方向切面在任一法向压应力下所能抵抗的最大剪应力，称为岩体该方向切面在该法向应力下的剪切强 度。它可分为剪断强度、重剪强度和抗切强度。剪断强度是岩体中先前没有破坏的面在任一法向应力下能抵抗的 最大剪应力。剪切面上法向应力等于零时的剪断强度，称为抗切强度。岩体中先前存在的破坏面在任一法向压应 力下能抵抗的最大剪应力，称为重剪强度。岩体剪切强度的大小，通常用库仑强度参数，即内聚力和内摩擦角的 大小来说明。岩体的剪切强度远小于岩块的剪切强度。岩体重剪强度的内聚力值一般在0～0.3兆帕，内摩擦角多 为10°～48°。岩体剪断强度的内聚力值一般在0.05～4兆帕,内摩擦角多为20°～55°。岩体剪切强度具有各向 异性。沉积岩体的各向异性最为显著，火成岩体的各向异性表现不明显，变质岩体的各向异性则介于沉积岩体和 火成岩体之间。
岩体力学性质
岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力
01 变形表征
03 力学性质
目录
02 强度性质
基本信息
岩体力学性质是指岩体在受力状态下抵抗变形和破坏的能力。它包括变形性质和强度性质两个方面。岩体的 力学性质，是设计一切大型岩体工程的重要依据。
变形表征
变形表征
岩体变形性质的物理量主要是变形模量、弹性模量和泊松比等。具有弹性和非弹性性能的岩体在加荷时应力 与应变的比值，称为变形模量。岩体在弹性变形阶段内，应力与应变的比值，称为弹性模量或杨氏模量。轴向加 荷的岩体试件的侧向应变与轴向应变的比的负值，称为泊松比。岩体的变形模量值普遍低于岩块的变形模量值， 两者的比值一般为0.2～0.6。岩体变形模量与其弹性模量的比值，也多为0.2～0.6。岩体的变形性质普遍具有各 向异性，不同方向的模量值不相同，在有些情况下，高达1∶10,通常为1∶2。此外，岩体变形模量与弹性模量的 比值，也常常随着方向不同而变化。
变形模量、弹性模量、压缩模量的关系
岩土地弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量.弹性模量>压缩模量>变形模量.弹性模量也叫杨氏模量（岩土体在弹性限度内应力与应变地比值）压缩模量是有侧限地，杨氏模量是无侧限地.同样地土体，同样地荷载，有侧限地土体应变小，所以压缩模量更大才对.这只是弹性理论上地关系，对土体这种自然物不一定适用.土体计算中所用地称为“弹性模量”不一定是在弹性限度内.——弹性模量；——压缩模量；——变形模量.文档收集自网络，仅用于个人学习弹性模量＝应力弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降.压缩模量和变形模量均＝应力总应变.压缩模量是通过现场取原状土进行实验室有侧限压缩实验得出地，而变形模量则是通过现场地原位载荷试验得出地，它是无侧限地.弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量.地堪报告中，一般给出地是土地压缩模量与变形模量，而一般不会给出弹性模量.文档收集自网络，仅用于个人学习数值模拟中一般用，（），达到峰值应力（应变）％时地割线模量.（勘查报告中提供），有侧限，＝～（看别人这么弄地）.具体请查阅资料.应该是变形模量是弹性模量是压缩模量,弹性模量与压缩模量应该有上百倍地关系吧,不应该只有五倍,一般；根据结果调整参数；问题是地质报告上只会提供压缩模量；文档收集自网络，仅用于个人学习工程上，土地弹性模量就是指变形模量，因为土发生弹性变形地时间非常短，变形模量与压缩模量是一个量级，但是由于土体地泊松比小于，所以土地变形模量（弹性模量）总是小于压缩模量地.在钱家欢主编地《土力学》中有公式：(^()) 为变形模量，为变形模量（弹性模量）.文档收集自网络，仅用于个人学习上边地说法有点问题呀.变形模量与压缩模量之间有换算关系.＝〔*（）〕，而不是弹性模量与压缩模量之间有换算关系，弹性模量一般比，要大很多地.一般要大一个数量级地.再者土体进行弹性地数值模拟时要取地是那一个参数.一般工程地质报告中只提供一个.可见，数值计算中，有两种取法：）一种是按弹性理论推出地弹性模量与压缩模量地关系(^())，可以计算出所需要地弹性模量；）就是根据经验取＝～，反复试算确定弹模；两种方法各有优点：第一种可以很方便地算出弹模，但与实际情况地弹模有一定地差别；第二种需要试算多次才能找到所需要地弹模，但比较符合实际情况；＝～，有那么大么？应该是（～）* (^()).土地弹性模量是土抵抗弹性变形地能力，压缩模量是土在侧限条件下地，竖向附加应力与竖向应变地比值，土工试验得到和勘察报告提地是压缩模量.变形模量是无侧限条件下地应力与应变地比值.＝〔*（）〕公式是变形模量和压缩模量地理论公式，实际工程并不符合这个公式.至于弹性模量和变形模量地关系，土在弹性阶段地变形模量等于弹性模量.一般情况下比压缩模量要大，大多少，视具体工程而论.三轴试验得到弹性模量取得是轴向应力与轴向应变曲线中开始直线段（即弹性阶段）地斜率.看看高大钊编地《土质力学与土力学》（正文页），该书是提到压缩模量、变形模量、弹性模量三者关系及使用方法为数不多地教材.这本书超星上有，朋友们想弄清楚就找这本书看看，我也是刚弄明白地，讲压缩模量、变形模量地书是多，但讲到土地弹性模量地书就少了先由压缩模量转化为变形模量，再转化为体积模量岩石取弹性模量打折成岩体模量,土体取压缩模量.弹性模量一般可取为压缩模量地～倍上海地区经验一般为～倍（见同济大学杨敏教授相关论文）,数值分析时可以适当加大一些.在土力学中变形模量就是杨氏模量.压缩模量变形模量*（）()()高大钊编地《土质力学与土力学》（正文页），该书是提到压缩模量、变形模量、弹性模量三者关系及使用方法为数不多地教材.土地变形模量和压缩模量，是判断土地压缩性和计算地基压缩变形量地重要指标.为了建立变形模量和压缩模量地关系，在地基设计中，常需测量土地側压力系数ξ和側膨胀系数μ.側压力系数ξ：是指側向压力δ与竖向压力δ之比值，即：ξ＝δδ土地側膨胀系数μ（泊松比）：是指在側向自由膨胀条件下受压时，测向膨胀地应变ε与竖向压缩地应变ε之比值，即μ＝εε根据材料力学广义胡克定律推导求得ξ和μ地相互关系，ξ＝μ(－μ)或μ＝ε（＋ε），土地側压力系数可由专门仪器测得，但側膨胀系数不易直接测定，可根据土地側压力系数，按上式求得.在土地压密变形阶段，假定土为弹性材料，则可根据材料力学理论，推导出变形模量和压缩模量之间地关系.令β＝*()则＝β当μ＝～时，β＝～，即地比值在～之间变化，即一般小于.但很多情况下都大于.其原因为：一方面是土不是真正地弹性体，并具有结构性；另一方面就是土地结构影响；三是两种试验地要求不同；)μ、β地理论换算值土地种类μβ碎石土～～砂土～～粉土～～粉质粘土～～粘土～～注：与之间地关系是理论关系，实际上，由于各种因素地影响，值可能是β值地几倍，一般来说，土愈坚硬则倍数愈大，而软土地值与β值比较.－－弹性模量－－压缩模量－－变形模量"^ 弹性模量＝应力弹性应变，它主要用于计算瞬时沉降；压缩模量和变形模量均＝应力总应变，压缩模量是通过现场取原状土进行实验室有侧限压缩实验得出地，而变形模量则是通过现场地原位载荷试验得出地，它是无侧限地.弹性模量要远大于压缩模量和变形模量，而压缩模量又大于变形模量.按规范地规定，在地基变形验算中要用地是压缩模量，但因是通过现场取原状土进行试验地，这对于粘性土来说很容易做到，但对于一些砂土和砾石土等粘聚力较小地土来说，取原状土是很困难地，很容易散掉，因此对砂土地砾石土通常都是通过现场载荷试验得到，所以在地堪报告上，对于砂土地砾石土一般都仅给出，即使给出，也是根据换算来地，而不是试验直接得出地.理论上和有一定地关系，但根据该关系换算误差较大，所以二者关系一般都根据地区经验进行换算.弹性模量和变形模量一般是岩石力学或者岩体分析中用，弹性模量一般是通过岩样测试而得；变形模量一般在探硐或者建基面加反力测得，只有大型工程才做，特别是水利工程.而压缩模量是土力学地中地参数.文档收集自网络，仅用于个人学习结论：、变形模量地定义在表达式上和弹性模量是一样地σε，对于变形模量地ε包括弹性应变ε和塑性应变ε，对于弹性模量而言，ε就是指ε.在弹性阶段，＝（μ^(μ)）.文档收集自网络，仅用于个人学习、土地实际地弹性模量因为结构性以及各向异性地原因要大于压缩模量，有经验说是（）·（未考证出处，知道地请告知）.文档收集自网络，仅用于个人学习、根据各个参数试验手段不同，在土体模拟分析时，一维压缩问题，推荐用；如果是三维变形问题，推荐用；如果是弹性变形或者初始变形用.在很多数值模拟软件中，除非特别说明，一般说地弹性模量均指变形模量，即土体在无侧限地条件下地弹性模量.文档收集自网络，仅用于个人学习、要应用于数值分析，除了做三轴试验，调整参数是必不可少地.以准则为例，是一个假设单元在弹性阶段为线弹性材料，在塑性阶段为理想塑性材料地弹塑性准则.在弹性阶段，如果根据经验感觉到位移不合常理，可以只考虑调整模量和泊松比来控制，在塑性阶段，除了要考虑模量和泊松比，还要根据流动法则来确定，这时，粘聚力、内摩擦角、剪涨角和抗拉强度都要参与进来.文档收集自网络，仅用于个人学习。
岩石的物理性质与性质分析
岩石的物理性质与性质分析岩石是地球表面最常见的地质材料之一，其物理性质和性质分析对于地质学研究以及工程建设都起到至关重要的作用。
本文将对岩石的物理性质进行介绍，并探讨如何对岩石的性质进行分析。
一、岩石的物理性质1. 密度密度是岩石的重要物理性质之一，通常用质量与体积的比值表示。
岩石的密度不仅与岩石的成分有关，还与其孔隙度和结构形态等因素密切相关。
不同类型的岩石其密度差异较大，例如火山岩的密度一般较低，而花岗岩和玄武岩的密度相对较高。
2. 弹性模量弹性模量是衡量岩石抗弹性变形能力的重要指标，通常用应力与应变的比值表示。
弹性模量可分为体积弹性模量、剪切模量和弯曲模量等。
不同类型的岩石其弹性模量也不同，例如砂岩的弹性模量相对较低，而页岩和石灰岩的弹性模量相对较高。
3. 磁性岩石的磁性是指岩石在外磁场作用下表现出的磁特性。
大部分岩石都具有不同程度的磁性，但具体的磁性表现与岩石的成分、结构以及成岩过程等因素有关。
通过对岩石的磁性分析，可以了解地质历史和构造变形。
4. 热性质岩石的热性质包括导热性、热膨胀系数和热导率等。
岩石的导热性取决于其成分、密度和孔隙度等因素，而热膨胀系数则决定了岩石在温度变化下的体积变化。
热导率是指岩石传导热量的能力，与岩石的矿物含量和孔隙度等因素有关。
二、岩石性质分析方法1. 物理试验常用的岩石性质分析方法之一是物理试验，包括密度测定、弹性模量测定和磁性测定等。
密度测定可通过称重和容器体积测量来完成，而弹性模量的测定通常使用弹性波速度的测量方法。
磁性测定则需要使用磁化强度计等仪器完成。
2. 岩心实验岩心是由地下取得的连续岩石样本，在岩石性质分析中起到非常重要的作用。
通过对岩心的观察和实验室分析，可以了解岩石的颜色、质地、孔隙度、矿物组成等特征，从而推测岩石的物理性质。
3. 地球物理勘探地球物理勘探是一种通过地球物理方法研究地壳结构和性质的方法。
它包括地震勘探、电磁测深、重力测量和磁力测量等。
岩石力学 岩体的应力—应变分析
3.“等价”模型求模量
设岩体内存在单独一组有规律的节理，可用 “等价”连续介质模型来代替这个不连续岩体
等价原理： 保证模型和原型中的总应力和位移
相等；但原型和模型中的变形不同 “等价”模型变形=岩块变形+节理法向变 形 1 1 1 既：
En
E
Kn
En
E
Kn
En 岩体的变形模量
弹—塑 性变形 非线性
出现2个 破坏点 多线性
二、岩体变形模量
1.由应力-应变曲线确定
确定方法
2.岩块与节理面变形叠加求模量 3.“等价”模型确定 4.现场实测方法
1.由应力-应变曲线确定 变形模量 Ed e y 弹性模量
E e
E Ed
2.岩块变形与节理面变形叠加求模量
依据：岩体的位移=岩块的位移+节理的位移 d 岩块的位移： 1 E
2 2 2 m d ( 1 ) 节理的位移： 2 nhE
2 2 2 m d ( 1 ) 岩体的位移： E nhE
d
(a) (b)
岩体有效变形模量: Eeff
d Eeff
等价模型求模量设岩体内存在单独一组有规律的节理可用等价连续介质模型来代替这个不连续岩体等价原理
第五节 岩体的应力—应变分析 一、岩体的 曲线
1.岩石和岩体应力－应变曲线差别
岩体
岩石
岩石和岩体的σ－ε曲线对比示意图
2.岩体变形曲线类型
弹性 线性
岩体内部 破裂或结 构面局部 剪切破坏。 双线性
E 岩块弹性模量
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K n 节理的法向刚度系数 4.现场实测方法（4.6讲）
岩石的岩石的力学性质
岩石的1岩石的力学性质－岩石的变形岩石的强度：岩石抵抗外力作用的能力，岩石破坏时能够承受的最大应力。
岩石的变形：岩石在外力作用下发生形态（形状、体积）变化。
岩石在荷载作用下，首先发生的物理力学现象是变形。
随着荷载的不断增加，或在恒定载荷作用下，随时间的增长，岩石变形逐渐增大，最终导致岩石破坏。
岩石变形过程中表现出弹性、塑性、粘性、脆性和延性等性质。
▪ 1.5岩石变形性质的几个基本概念▪1）弹性(elasticity)：物体在受外力作用的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载)后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质称为弹性。
▪弹性体按其应力－应变关系又可分为两种类型：▪线弹性体：应力－应变呈直线关系。
▪非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关系。
▪2）塑性（plasticity）：物体受力后产生变形，在外力去除（卸载）后变形不能完全恢复的性质，称为塑性。
▪不能恢复的那部分变形称为塑性变形，或称永久变形，残余变形。
▪在外力作用下只发生塑性变形的物体，称为理想塑性体。
▪理想塑性体，当应力低于屈服极限时，材料没有变形，应力达到后，变形不断增大而应力不变，应力－应变曲线呈水平直线.▪3）黏性(viscosity):物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质，称为粘性。
▪应变速率与时间有关，－>黏性与时间有关▪其应力－应变速率关系为过坐标原点的直线的物质称为理想粘性体（如牛顿流体），▪4）脆性(brittle):物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。
▪5）延性(ductile):物体能承受较大塑性变形而不丧失其承载力的性质，称为延性。
▪ 1.7岩石变形指标及其确定▪岩石的变形特性通常用弹性模量、变形模量和泊松比等指标表示。
3）全应力－应变曲线的工程意义▪①揭示岩石试件破裂后，仍具有一定的承载能力。
▪②预测岩爆。
▪若A>B，会产生岩爆▪若B>A，不会产生岩爆▪③预测蠕变破坏。
▪当应力水平在H点以下时保持应力恒定，岩石试件不会发生蠕变。
岩石的变形
σ
/dt
应力－应变速率关系：
σ=η dε
o
dε /dt
6
4）脆性 (brittle): 物体受力后，变形很小 时就发生破裂的性质。
工程上一般以5％为标准进行划分，总应变 大于5％者为塑性材料，反之为脆性材料。 按以上标准，大部分地表岩石在低围压条 件下都是脆性或半脆性的。 当然岩石的塑性与脆性是相对的，在一定 的条件下可以相互转化，如在高温高压条 件下，脆性岩石可表现很高的塑性。
类型Ⅳ 应力较低时，应力—应变曲线向上弯曲， 当压力增加到一定值后，变形曲线成为直线，最 后，曲线向下弯曲，曲线似S型。 由于这些岩石低应力时表现出塑性，高应力时表 现出弹性，破坏前又表现出塑性，所以被称为 塑—弹—塑性岩石。 例如：大多数为变质岩（大理岩、片麻岩等）。 类型Ⅴ 基本上与类型Ⅳ相同，也呈S型，不过曲 线斜率较平缓。一般发生在压缩性较高的岩石中。 应力垂直于片理的片岩具有这种性质。 类型Ⅵ 应力—应变曲线开始先有很小一段直线 部分，然后有非弹性的曲线部分，并继续不断地 蠕变。 这类材料被称为弹—粘性岩石。 例如：岩盐、某些软弱岩石。 13
1）弹性(elasticity)： 物体在受外力作用 的瞬间即产生全部变形，而去除外力(卸载) 后又能立即恢复其原有形状和尺寸的性质 称为弹性。 弹性体按其应力－应变关系又可分为两种 类型： 线弹性体：应力－应变呈直线关系。 非线性弹性体：应力—应变呈非直线的关 系。
2
线弹性体，其应力－应变呈直线关系
8
1.3 岩石的变形特征
岩石应力应变曲线
图1-4
9
1.3 岩石的变形特征
1、岩石在单向受压状态下的变形
岩石 模量 公式
岩石的弹性模量通常通过实验室测试获得，它表示在弹性范围内应力与应变之比。
岩石的弹性模量（E）是一个重要的力学性质，它描述了岩石在受到外力作用时抵抗形变的能力。
以下是关于岩石模量的一些相关内容：
1. 基本定义：岩石的弹性模量是指在弹性变形阶段，岩石单位面积上所受的应力与由此产生的相对长度变化的比值。
2. 测量方法：弹性模量可以通过单轴或三轴压缩试验来测定，通过测量岩石试件在受到压缩力时的轴向和径向变形，绘制应力-应变曲线，从而得到弹性模量。
3. 计算公式：虽然没有直接给出计算弹性模量的公式，但通常情况下，弹性模量可以通过应力除以应变来计算，即 E = σ / ε，其中σ是应力，ε是应变。
4. 影响因素：岩石的弹性模量受到多种因素的影响，包括岩石的类型、组成、颗粒大小、含水量、孔隙大小等。
具有层理或片理的岩石，其弹性模量在不同方向上也会有所不同。
5. 泊松比：在进行岩石力学测试时，还会测量另一个重要的参数——泊松比（μ），它是指在侧向自由膨胀条件下受压时，侧向膨胀的应变与竖向压缩的应变之比值。
6. 应用领域：岩石的弹性模量在岩土工程中非常重要，它用于评估岩石的变形特性，对于设计隧道、矿山、坝体等工程结构的安全性和稳定性至关重要。
需要注意的是，由于岩石材料的复杂性，其弹性模量并非常量，而是会随着应力状态的变化而变化。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的测试方法和计算公式。
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。
岩石变行试验(泊松比及弹性模量)
参考文献： 1．中华人民共和国国家标准 GB/T50266-99 工程岩体试验方法标准，P15。 中国计划出版社。 2．中华人民共和国国土资源部，地发［1986］760 号，岩石物理力学性质试验 规程 DY-17P89。地质出版社。 3．高等学校教材《岩体力学》 。地质出版社。 4．大理石资源地质工作暂行要求及参考资料，国家建筑材料工业局地质公司。
试验二
（一） 目的与意义
岩石变形试验（弹性模量及泊松比）
本试验的目的是测定规则形状的岩石试样在单轴压力作
用下的纵向、横向变形量，绘制应力—应变曲线，从而求得岩石弹性模量和泊松 比，即：岩石弹性模量用 E 表示，泊松比用μ表示。 目前在工程实践中，弹性模量和泊松比是最常用的岩石变形指标。 国内外岩石双指标分类原则，采用 E50（割线模量）作为统一衡量岩石变形 性质的指标。 （一）定义 弹性模量：岩石在压缩或拉伸条件下，压应力或拉应力与纵向应变之比。也 就是岩石在无侧压条件下压应力增量与弹性应变增量的比值。 泊松比：在压缩或拉伸条件下，横向应变与纵向应变之比，也就是岩石在允 许侧向自由膨胀条件下，轴向受压时，轴向应变与侧向应变的比值，又称侧膨胀 系数。 （三）基本原理 是将电阻应变片用粘结剂牢固的贴在试件表面上， 试件受到外力作用，应变 片也发生了变化（拉长或缩短） ，也就是电阻值发生了变化。同过电桥装置，把 机械量——变形转化成电量（电阻值的变化） ，这个变化量经放大器放大后通过 A/D 转换，就可以直接读出应变值。 国际岩石力学学会，实验室和现场标准化委员会建议， 电阻丝长度应大于组 成岩石试件矿物的最大颗粒或斑晶 10 倍以上， 我们采用的是 120 欧姆， 12×4mm 电阻应变片。测量片和补偿片电阻值差值不得超过 0.2 欧姆。 （四）测试方法 测变形的方法很多，有机械测微表法（千分表、百分表） ，杠杆引伸仪法， 电位差传感器法，静态电阻应变仪法。 前三种方法的仪器仪表构造简单轻巧， 使用方便， 但所测得的数据都是岩石 的变形量，而不是应变，需要将变形量换算成应变。它适用于大批量生产任务， 特别是软弱岩石， 具有较大的含水量或饱水状态下的岩石变形试验， 不适合粘贴 电阻应变片。
土及部分岩石力学参数经验值
土及部分岩石力学参数经验值土和岩石是地球表面最常见的材料，在工程设计和建筑施工中起着至关重要的作用。
理解土和岩石的力学参数对于工程结构的设计和地质工程的稳定性分析至关重要。
本文将重点介绍土和部分岩石的力学参数经验值。
一、土的力学参数经验值：1.单轴抗压强度（Co）：土体在单轴抗压试验中，当土体达到破坏状态时所能承受的最大压力。
通常用于土工填方、挡土墙等工程的设计和施工。
不同类型的土壤具有不同的抗压强度，例如黏土的抗压强度一般在100-300kPa，砂土的抗压强度一般在100-500kPa。
2.剪切强度（c）：土体在剪切试验中，在正应力作用下产生剪切破坏时的抗剪切强度。
黏土的剪切强度与黏聚力(c)和内摩擦角(φ)有关。
黏聚力是土体颗粒之间的吸附力，通常在1-20kPa之间，内摩擦角是颗粒间的摩擦角，通常在20-40度之间。
3.孔隙比（e）：土体中的孔隙体积与固体体积的比值。
孔隙比对土壤的水分保持能力、渗透性和承载力有着重要影响。
常见的黏土的孔隙比一般在0.5-1之间，砂质土的孔隙比一般在0.3-0.5之间。
4. 压缩系数（mv）：土体在承受有效应力作用下的压缩性。
压缩系数是一个描述土体压缩性的重要参数，常见的黏土的压缩系数一般在0.01-0.1之间，砂土的压缩系数一般在0.001-0.01之间。
5.重度（γ）：土壤的单位体积质量。
影响土壤的荷载传递、抗浮力和破坏形态。
常见的黏土的重度一般在18-24kN/m³之间，砂土的重度一般在16-22kN/m³之间。
二、部分岩石的力学参数经验值：1.抗压强度（σ_c）：岩石在受到压力时能够承受的最大应力。
抗压强度与岩石的物质性质、结构特征和构造应力等因素有关。
例如，花岗岩的抗压强度一般在100-300MPa之间，石灰岩的抗压强度一般在50-200MPa之间。
2.剪切强度（τ）：岩石在受到剪切力时发生破坏的抵抗能力。
剪切强度取决于岩石的性质和构造强度。
岩石力学实验-弹性模量
实验四、岩石变形参数测定（弹性模量E和泊松比μ）一、实验目的岩石的弹性模量是指岩石在弹性变形阶段其应力与应变变化值之比，通过实验掌握岩石弹性模量的测试及数据处理，图形绘制的方法。
二、实验仪器及工具电阻应变片粘接剂绝缘胶带万用表游标卡尺电线三、实验原理电阻应变片是一种把机械位移转化为电量变化的传感器。
应变片粘贴在岩石试件上。
试件受压时，电阻丝跟着缩短，截面增加，电阻值减小。
试件受拉时，电阻丝跟着伸长，截面缩小，电阻值增大。
应变片电阻值R的变化量ΔR=Kε。
电阻应变仪为直接把电阻值的变化转为应变与试件的应变成正比，即ΔRR量的仪器。
因此通过测量得到电阻应变片的应变值也即测得试件在受压过程时的纵向应变值εl和横向应变值εd，进而可通过计算得出岩石的弹性模量和泊松比。
四、实验装置压力传感器WDW-300电子万能试验机专用计算机软件：数据采集与处理软件五、实验内容1. 了解试件的加工机具、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；2. 学会材料实验机的操作方法；3. 学会岩石试件的防潮处理及电阻应变片的粘贴、接线、焊接技术；4. 学会电阻应变仪的测读方法，岩石的弹性模量的测量方法。
六、实验步骤1.测定前核对岩石名称和岩样编号，描述试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题等;2.检查试件加工精度，量测试件尺寸;3.估算试样最大破坏载荷Pmax,满足0.2Po<Pmax <0.8Po (Po 为试验机加载最大值);4.开动压力机，使其处于可用状态，并将试件放在承压板中心;5.将电阻应变仪接上电源，预热半小半，连接线路，预调平衡，接线方式可用全桥或半桥;6.按每秒内0.5 ~ 1MPa 的速度逐级加载按估计破坏载荷的十分之一间隔读一次数， 记录载荷与应变值，直至破坏;7.记录破坏载荷值以及加载过程中出现的现象，并对试件的破坏情况进行描述和摄影。
七、实验现象及数据记录八、实验结果及数据分析εd平均εl平均=75.27/569=0.132压应力/MPa 应变仪读数体积应变/μεvμεd μεl-1.051964512 17 -57 23-2.10392902416 -132 100-2.62991128 28 -165109-3.296285464 41 -203 121-4.664131812 38 -329 253-6.4175684956 -467 355-8.696987423 75 -631 481-11.4677781 90 -816 636-14.55396315 127 -990 736-17.78005265 152-1168 864-21.18211953 188 -1301 925μ=九、心得体会此次关于弹性模量测定的实验一方面让我明白了应变片贴的位置不同所测得应变也会有不同且让我知道了最恰当的贴应变片位置，另一方面在后期试验数据的处理上让我对弹性模量这一力学名词有了更深刻的印象和自己的理解。
岩石弹性模量变形模量泊松比试验作业指导书
岩石弹性模量、变形模量、泊松比试验作业指导书
1 依据
(1) 《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；
(2) 《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013；
(3) 《水利水电工程岩石试验规程（补充部分）》DL/T 5368-2007。
2 目的及范围
2.1目的
编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量及变形模量的测定。
2.2范围
本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。
坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法，较软岩宜采用千分表法，对于变形较大的软岩和极软岩，可采用百分表测量变形。
3.仪器设备
(1) 钻石机、锯石机、磨石机；
(2) 测量平台；
(3) 烘箱和饱和设备；
(4) 万用电表、兆欧表；
(5) 静态电阻应变仪；
(6) 千（百）分表；。
岩石力学参数手册
岩石力学参数手册第一章绪论本手册旨在为岩石力学领域的研究人员和工程师提供岩石力学参数的参考。
本手册主要包括岩石力学常用参数的定义和计算公式，以及它们在不同力学实验和工程应用中的应用范围和限制。
第二章岩石力学常用参数1. 弹性模量弹性模量是描述岩石本身抵抗变形能力的参数，也是岩石变形受力学响应的基础。
其定义为应力和应变之比，通常用“E”来表示，单位为千帕。
2. 泊松比泊松比是描述岩石沿某一方向的压缩（或伸长）应变与其在与该方向垂直的方向上相应的膨胀（或收缩）应变之比。
其定义为侧向应变和轴向应变之比，通常用“ν”来表示，无单位。
3. 抗拉强度抗拉强度是指岩石在拉伸状态下最大额外应力强度。
其计算公式为：σt = F/Aσt为抗拉强度，F为最小应变强度，A为岩石断面积。
5. 黏聚力黏聚力是指岩石在未承受分开应力的情况下的最小阻抗力。
其计算公式为：C = 2F/πDC为黏聚力，F为最小阻抗力，D为岩石的直径。
弹性模量试验是通过施加单轴应力或三轴应力来测定岩石的弹性模量。
单轴应力试验主要是通过塑性直线版或岩石试件测定岩石的应力-应变关系，然后确定弹性模量；而三轴应力试验则是通过在三个轴向上施加正、负应力，测定岩石的应力-应变关系，并计算弹性模量。
拉压强度试验是通过塑性直线版或岩石试件施加拉伸或压缩应力来测定岩石的抗拉强度和抗压强度。
拉伸试验通常使用高精度万能试验机，测定点状试件的应变和应力，然后计算抗拉强度；而压缩试验则是将岩石试件置于弹塑料中，测量其最小阻抗力，并计算抗压强度。
4. 断裂韧性试验断裂韧性试验是通过岩石试件施加脆性、韧性和折断初始应力来测定其断裂韧性。
该试验通常通过在岩石试件上使用弯曲粘着板，以爆破等方式施加应力，获得岩石试件的断裂韧性。
岩石力学参数的应用主要分为两个方向：一是在岩石力学基础研究方面，如岩石变形特性、岩石破裂机制研究等；二是在岩石工程实践中的应用，如隧道开挖稳定性评估、堆石坝安全分析等。
【缩印必备】岩石力学考试名词解释
岩石力学：是力学的一个分支，是研究岩石力学性状，探讨演示对其周围环境物理环境中力场反应的一门理论和应用学科。
岩石的孔隙比：是指岩石试样中孔隙（包括裂隙）的体积Va与岩石体积（不包括岩石中空隙）Vr之比，即e=V a/Vr。
岩石的空隙比：岩石孔隙的体积（Vv）与岩石固体体积（Vc）的比值，以百分数表示。
岩石的孔隙率：是指岩石试样中孔隙（包括裂隙）的体积Va与试样总体积V（包括岩石中空隙）之比，一般用百分数表示，即n=Va/V×100%=（V-Vr)/V×100%。
吸水率：是指岩石试样在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量Mw1与岩样干质量Mr 之比，一般用百分数表示，即Wa=Mw1/Mr×100%。
岩石的饱水率：即饱和吸水率，指岩石在高压（15MPa）或真空条件下吸入水的质量与岩石颗粒质量ms之百分比。
岩爆：是岩石被挤压到弹性限度，岩体内积聚的能量突然释放所造成的一种岩石破坏的现象。
岩石的渗透性：岩石的渗透性是指岩石在一定的水力坡度作用下，岩石能被水穿透的性能。
软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。
软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。
岩石的记忆性：逐级一次循环加载条件下，其应力—应变曲线的外包络线与连续加载条件下的曲线基本一致，说明加、卸载过程并未改变岩块变形的基本习性，这种现象也称为岩石的记忆性。
回滞环：每次加、卸载，曲线都不重合，且围成一环形的面积，称为回滞环。
支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。
完整性系数:弹性波在岩石试件和岩体中的传播速度之比的平方称为岩体的完整性系数。
岩石的抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能称为岩石的抗冻性。
流变性；指介质在外力不变的条件下，应力或应变随时间变化的性质。
地温梯度：又称地热增温率。
指地球不受大气温度影响的地层温度随深度增加的增长率。
强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。
第四章 1 岩石的变形
第四章岩石的变形一、基本概念1、岩石变形的定义：岩石变形：指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。
工程上的岩石变形是指在外力作用下引起的形状和大小的变化。
变形类型：弹性变形、塑性变形、粘性变形。
①弹性变形：是指材料在外力的作用下发生变形并在外力撤去后立即恢复到它原有的形状和尺寸的性质。
把外力撤去后能够恢复的变形称为弹性变形。
线弹性：应力——应变关系呈直线关系。
非线性：应力——应变关系呈曲线关系（或完全弹性）。
②塑性变形：是指材料受力后，在应力超过屈服应力时仍能继续变形而不即行断裂，撤去外力后，变形又不能完全恢复的性质。
不能恢复的变形为塑性变形（永久变形）。
应力达屈服应力后转为塑性变形。
③粘性：指材料受力后变形不能在瞬间完成，切应变的速率随应力的大小而改变的性质。
应变速率随应力而变化的变形称为流变(流动变形)。
二、岩石变形的力学参数1、弹性模量线弹性：非线弹性：定义几个弹性模量：①初始弹性模量Ei应力为零时的曲线斜率，即②切线弹性模量Et Array曲线上任一点的斜率，即E③平均弹性模量av曲线上近于直线段的斜率。
④割线弹性模量ES曲线原点与曲线上任一点连线的斜率。
2、泊松比3、剪切模量4、拉梅常数：5、体积弹性模量：其中：)(31z y x m σσσσ++=z y x v VVεεεε++≈∆=6、卸载模量卸载曲线的割线斜率。
平均弹性模量w E ，与割线的斜率卸载模量代替弹性模量。
7、变形模量变形模量为总变形量与平均应力的比值。
对于弹塑性岩石，其变形由弹性变形和塑性变形组成则变形模量是描述岩石的总体变形。
三、岩石变形的基本特征1、变形阶段由岩石变形曲线的变化特征，可分为四个阶段：1） 0～A 段，为弹性阶段 应力 — 轴向应变(y σσ~)曲线微呈上凹形，即由初始弹性模量变到平均弹模。
2）A ～B 段，为弹性阶段应力—轴向应变曲线接近于直线，其弹性模量为常数，等于直线的斜率，即平均弹性模量av E 。
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1依据
1《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001；
2《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-2013；
3《水利水电工程岩石试验规程(补充部分)》DL/T5368-2007。
2目的及范围
2.1目的
编制本作业指导书是为了规范、准确的完成对岩石单轴压缩变形试验的弹性模量和变形模量的测定。
2.2范围
本作业指导书可分为电阻应变片法和千分表法，适用于能制成规则试件的各类岩石。
坚硬和较坚硬的岩石宜采用电阻应变片法,较软岩宜采用千分表法对于变形较大的软岩和极软岩可采用百分表测量变形。
3仪器设备
1钻石机、锯石机、磨石机；
2测量平台；
3烘箱和饱和设备；
4万用电表、兆欧表；
5静态电阻应变仪；
6千(百)分表；
7测量表架；
8材料试验机。
4实验步骤
4.1试件制备
4.1.1试件可用岩心或岩块加工制成，试件在采取、运输和制备过程中应避免扰动
4.1.2试件尺寸应符合下列规定：
1圆柱体直径或方柱体边长宜为48~54mm
2含大颗粒岩石的试件直径或边长应大于最大颗粒尺寸的10倍。
3试件高度与直径或边长之比宜为2.0~2.5。
4.1.3试件加工精度应符合下列规定:
1试件高度直径或边长的允许偏差为±0.3mm
2试件两端面的不平整度允许偏差为±0.05m
3端面应垂直于试件轴线允许偏差为±0.25°。
4方柱体或立方体试件相邻两而应互相垂直允许偏差为±025°。
4.1.3试件含水状态可根据需要选择天然状态、烘干状态或饱和状态并应符合下列规定：
1天然状态应在试样拆除密封后立即制备试件并测定其天然含水率
2烘干状态对于不含矿物结晶水的岩石应在105-110℃的恒温下烘24h。
对于含有矿物结晶水的岩石应降低烘干温度,可在40±5℃恒温下烘24h。
将试件从烘箱中取出放入干燥器内冷却至室温称试件质量。
重复以上步骤直到相邻两
次称量之差不超过后一次称量的0.1%
3饱和状态:采用自由吸水法测定岩石自然吸水率时应将试件放入水糟先注水至试件高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试件高度的1/2和3/4处,6h 后全部浸没试件。
试件全部浸入在水中自由吸水48h后取出试件拭干表面水分并称量，对自由吸水后的试件进行强制饱和采用煮沸法饱和试件时煮沸容器内的水面应始终高于试件煮沸时间不得少于6h。
经煮沸的试件应放置在原容器中冷却至室温取出试件拭干表面水分并称量。
采用真空抽气法饱和试件时饱和试件的容器内的水而应高于试件真空压力表读数宜为100kPa,直至无气泡逸出为止，但抽气时间不少于4h，经真空抽气的试件应放置在原容器中，在大气压力下静止4h，取出试件拭干表面的水分并称量。
4.2试件描述
1岩石名称、颜色、矿物成分、风化程度。
2试件层理、节理、裂隙及其与加载方向的关系
3试件在加工过程中出现的问题
4贴片位置或测表触点部位。
5含水状态
4.3方法步骤
4.3.1加载方法和稳定标准应符合下列规定：
1加载方法宜采用逐级一次连续加载法根据需要可采用逐级一次循环或逐级多次循环法每次循环退载至0.2~0.5kN的接触载荷
2最大循环载荷为预估极限载荷的50%宜等分五级施加，至最大循环载荷后再逐级加载直至破坏。
3加载采用时间控制施加一级载荷后立即读数,1mn后再读数一次即可施加下一级载荷。
4.3.2电阻应变片法试验步骤应符合下列规定:
1选择电阻应变片。
应变片栅长应大于岩石矿物最大颗粒粒径的10倍，小于试件半径。
同一组试件的工作片与温度补偿片的规格和灵敏系数应相同，电阻值允许偏差为±0.1Ω。
2在试件中部选定互相垂直的两对面,以相对面为一组，分别为贴纵横向应变片的位置片位置应尽量避开裂隙或斑晶。
在互相垂直且与纵轴成的方向上用零号砂纸将贴片位置打磨,并用洒精擦洗干净。
3在贴片位置均匀涂抹一层防潮胶液厚度不应大于0.1mm面积约为
20mm×30mm。
4应变片应牢固地貼在试件上纵、横向电阻应变片的数量均不应少于2片
5焊接导线。
在应变片表面涂抹一层防潮胶液厚约2mm。
系统绝缘电阻值应大于200MΩ
6将试件置于试验机承压板中心,上、下承压板与试件之间放置与试件相同直径的刚性垫块垫块厚度与直径之比不应小于0.5。
7调整球形座使刚性垫块与试验机上下承压板均匀接触受力对中在试件调平过程中接触载荷范围内相对两纵向应变值之差不得大于一倍。
8按规定的加载方式和载荷分级,以每秒0.5~1.0MPa的速率加载逐级测读载荷与应变值直至试件破坏。
测值不宜少于10组
9记录加载过程及破坏时出现的现象对破坏后的试件进行描述。
4.3.3千分表法试验步骤应符合下列规定：
1采用千分表法测量岩石试件变形时对于较软岩,可将测量表架直接安装在试件上测量试件的纵、横向变形。
对于变形较大、强度较低的软岩和极软岩可将测表安装在磁性表架上,磁性表架安装在试验机的下承压板上，纵向测表表头与上承压板边缘接触横向测表表头直接与试件接触测读初始读数。
两对相互垂直的纵向测表和横向测表应分别安装在试件直径的对称位置上。
2将试件置于试验机承压板中心,上、下承压板与试件之间放置与试件相同直径的刚性垫块垫块厚度与直径之比不应小于0.5。
3调整球形座使刚性垫块与试验机上下承压板均匀接触受力对中在试件调平过程中，接触荷载范围内相对两纵向应变值之差不得大于一倍。
4 按规定的加载方式和荷载分级，以每秒0.1~1.0MPa速率加载，逐级测读载荷与应变值，直至试件破坏。
测值不宜少于10组。
5记录加载过程及破坏时出现的现象对破坏后的试件进行描述。
5试验结果处理
5.1数据处理方法
1各级应力按下式计算：
2千分表法纵向应变与横向应变按下式计算：
3绘制应力与应变E关系曲线：
4弹性模量、变形模量和泊松比按下式计算：
5岩石应力、弹性模量和变形模量值取三位有效数泊松比计算值精确至0.01。
5.2结果表示方法
最终试验成果以试验记录的形式表示。
试验记录应包括工程名称、岩石名称、取样位置、试件编号、试件描述、试件尺寸、试验方法、荷载、纵横向应变值或测表读数、试验人员、试验日期。