岩石力学参数物理意义1
常用的岩土和岩石物理力学参数
(E v) •与(K. G)的转换关系如下:3(1-2v)G = ------------ (7.2)2(1+ v)当v 值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为汁算的K 值将会非常的高，偏离 实际值很多。
最好是确左好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和v 来计算G 值。
表7」和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。
各向异性弹性特性一一作为各向异性弹性体的特姝情况，横切各向同性弹性模型需要 5中弹性常量：E], E 3, V 12, VI 3和On ；正交％向异性弹性模型有9个弹性模量E h E 2,E 3, V12, V13, V23,G12,G13 GlJo 这些常量的定义见理论篇。
均质的节理或是层状的岩仃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、巧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。
1 / 10页岩66.849.50」70.2125.3大理石6&650.20.060.2226.6花岗岩10.7 5.20.200.41 1.2流体弹性特性一一用于地F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…如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M o纯净水在室温情况下的K「值是2 Gpa Q 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Kr,不用折减。
这是由于对于大的K（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,△"与孔隙度m渗透系数k以及心有如下关系：(7.3)对于可变形流体（多数课本中都是将流体设左为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数C,来决定改变&的结果。
(7.4)英中1m|z = -------------K + 4G/3 k = k /f其中，k—一FLAC3D使用的渗透系数k一一渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒）r r——水的单位重量考虑到固结时间常量与G，成比例，我么可以将K（的值从英实际值（2xlOSd）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。
岩石力学复习资料
岩石力学复习资料岩石力学是研究岩石在地壳内的力学性能和岩石体受力行为的科学。
它是岩土工程学和地质科学等学科的基础，对于岩土工程设计和地质灾害研究具有重要意义。
本文将回顾岩石力学的基本概念、岩石的力学参数以及岩石的力学行为。
一、岩石力学基本概念1. 岩石力学的定义岩石力学是研究岩石在地壳内受力行为和力学性能的科学。
2. 岩石力学的分类岩石力学可以分为静力学和动力学两个方面，静力学研究岩石在静态力下的受力行为，动力学研究岩石在动态力下的受力行为。
3. 岩石力学的应用领域岩石力学广泛应用于岩土工程设计、地质工程、矿山工程、地震工程等领域。
二、岩石的力学参数1. 岩石的强度参数强度参数是描述岩石抵抗外力破坏的能力的物理参数，包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度等。
2. 岩石的变形参数变形参数是描述岩石受力后变形行为的物理参数，包括弹性模量、切变模量、泊松比等。
3. 岩石的破裂参数破裂参数是描述岩石破坏过程的物理参数，包括岩石的裂纹扩展速率、割裂强度等。
三、岩石的力学行为1. 岩石的离散性与连续性岩石具有离散性与连续性两个特点，离散性体现为岩石的裂缝和节理，连续性体现为岩石的均质性和各向同性。
2. 岩石的强度与变形特性岩石的强度和变形特性是岩石力学的核心内容，强度特性决定了岩石的抗破坏能力，变形特性描述了岩石在受力下的变形行为。
3. 岩石的破坏机理岩石的破坏机理是研究岩石力学行为的重要内容，常见的岩石破坏机理包括拉裂破坏、压碎破坏、剪切破坏等。
四、岩石力学实验岩石力学实验是研究岩石力学行为的重要手段，常用的岩石力学实验包括压缩试验、拉伸试验、剪切试验等。
五、岩石力学在工程中的应用1. 岩土工程设计岩石力学为岩土工程设计提供了可靠的理论依据和实验方法，通过岩石力学参数的测定和工程实例的分析，可以有效评估岩土体的稳定性和承载能力。
2. 地震工程岩石力学对地震工程的设计和评估具有重要作用，通过岩石的动力学特性和破坏机理的研究，可以预测地震对岩石体的影响，提高地震工程的抗震能力。
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。
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岩土和岩石物理力学参数是指描述岩土和岩石力学性质的一些重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。
以下是一些常用的岩土和岩石物理力学参数。
1.密度：岩土和岩石的密度是指单位体积的质量。
岩土和岩石的密度是其成分和结构的重要表征，常用单位是千克/立方米。
2.孔隙度：岩土和岩石内部的空隙或孔隙的体积与总体积的比值。
孔隙度是描述岩土和岩石中孔隙性质的重要参数，通常用百分比表示。
3.孔隙水压力：岩土和岩石中存在的地下水与孔隙水压力是一种重要的物理力学参数。
孔隙水压力对岩土和岩石的稳定性、渗透性和强度等产生重要影响。
4.饱和度：饱和度是指岩土和岩石中孔隙所含的水的含量与孔隙容量的比值。
饱和度是衡量岩土和岩石中含水情况的一项指标。
5.孔隙比：孔隙比是指岩土和岩石中孔隙体积与固体体积的比值。
孔隙比是岩土和岩石的一个重要参数，它关系到其渗透性、存储性以及力学性质等。
6.孔隙率：岩土和岩石中孔隙的比例，描述含孔岩体的空间特征的参数。
7.饱和度指数：饱和度指数是指岩土和岩石中各向同性材料，当孔隙度小于50%时，饱和度指数与孔隙度有关，其表征了岩土和岩石中孔隙数量和大小对其力学性质的影响。
8.波速：岩土和岩石中机械波传播的速度是一项重要的物理力学参数。
根据波速可以推算岩土和岩石的弹性模量和泊松比等力学参数。
9.阻尼比：用来描述岩土和岩石中振动能量的衰减情况，是衡量动力响应特性的一个重要参数。
10.岩石强度参数：包括抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等，是衡量岩石材料抵抗各种力学载荷的重要参数。
11.几何参数：岩土和岩石中的几何参数包括颗粒形状、颗粒大小分布、颗粒间隙度等，对岩土和岩石的物理力学性质具有重要影响。
总之，岩土和岩石的物理力学参数是描述其物理性质和力学性质的重要参数，对于工程和地质领域的研究和实践具有重要意义。
不同的参数描述了岩土和岩石在不同方面的力学性质，研究者和工程师需要根据具体情况选择合适的参数进行分析和计算。
岩石物理参数
岩石物理参数岩石物理参数岩石的弹性常数包括杨氏弹性模量E、泊松比V、剪切弹性模量G和体积弹性模量K等：泊松比：在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值。
比如，一杆受拉伸时，其轴向伸长伴随着横向收缩(反之亦然)，而横向应变e'与轴向应变e之比称为泊松比V。
材料的泊松比一般通过试验方法测定。
E-弹性模量，Es-压缩模量，Eo-变形模量。
E弹性模量和Eo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的中的参数。
§弹性变形，以εe表示；塑性变形，以εp表示；总变形，以ε表示。
§弹性模量E：把卸载曲线的割线的斜率作为弹性模量，即：E=PM/NM=ζ/εe§变形模量Eo：是正应力与总应变(ε)之比，即：§Eo=PM/OM=ζ/ε=ζ/(εe+εp)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的，而变形模量则是通过现场的原位载荷试验得出的，它是无侧限的。
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，一般给出的是土的压缩模量Es与变形模量Eo，而一般不会给出弹性模量E。
按规范的规定，在地基变形验算中要用的是压缩模量Es，但因Es是通过现场取原状土进行试验的，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的土来说，取原状土是很困难的，很容易散掉，因此对砂土的砾石土通常都是通过现场载荷试验得到Eo，所以在地堪报告上，对于砂土的砾石土一般都仅给出Eo，即使给出Es，也是根据Eo换算来的，而不是试验直接得出的。
理论上Es和Eo有一定的关系，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。
岩土力学知识汇总
1液限指数：指粘性土的天然含水量和塑性的差值与塑性指数之比。
2液性指数: IL=(ω-ωp)/(ωL-ωp)。
判断土的软硬状态的3塑性指数：塑性是表征粘性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，粘性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。
4土的抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于土体产生剪切破坏时滑动面上的剪应力。
5岩石的长期强度：一种岩石既可发生稳定蠕变，也可发生不稳定蠕变，取决于岩石应力的大小。
超过某一临界应力时，蠕变按不稳定发展，小于此临界应力时，按稳定蠕变发展。
此临界应力叫长期强度。
6次生应力：指原岩体由于被破坏其应力平衡遭到破坏后应力发生重分布而产生的应力。
7岩石的RQD质量指标：用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10cm的岩芯段长度之和与该回次进尺的比值，以百分比表示6土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。
7应力集中：岩石开挖破坏了岩体原有的应力平衡状态，造成应力重分布，使某些局部岩体应力增大。
8先期固结压力：天然土层在历史上受过最大的固结压力。
9分层总和法；是指将地基沉降计算深度内的土层按土质和应力变化情况划分为若干分层，分别计算各分层的压缩量，然后求其总和得出地基最终沉降量。
这是计算地基最终沉降量的基本且常用的方法。
10崩塌：岩体或土体在自重作用下，向临空面突然崩落的现象10附加应力；是指荷载在地基内引起的应力增量。
是使地基失去稳定产生变形的主要原因。
通常采用布辛涅斯克理论公式计算。
11蠕变：在常应力作用下，变形随时间的延续而缓慢增长的现象11土的压缩系数；是土在有侧限条件下受压时，在压力变化不大范围内，孔隙比的变化值（减量）与压力的变化值（增量）的比值。
12角点法：是利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法13被动土压力：挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最大值。
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+=EG （）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 nt ∝∆ （） 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 9102⨯）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。
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。
岩石的物理性质
岩石的水理性质
可溶性：是指岩石被水溶解的性能。它与岩石的矿 物成分、水中CO2含量及水的温度等因素有关。
膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的 性能称膨胀性。
➢ 一般含有粘土矿物的岩石具有—定的膨胀性，特别是含 有蒙脱石类矿物的岩石膨胀性最大。
泡水前岩石：完整坚硬 泡水后岩石：水化分散
第三节 岩石的热学性质
1.什么是岩石的热学性质？ 2.为什么要研究岩石的热学性质？ 3.在岩体力学中，常用的热学性质指标有
哪些？如何定量描述？
第三节 岩石的热学性质
研究表明， 岩石内或岩石与外界的热交换方式主 要有传导热、对流传热及辐射传热等几种。其交换 过程中的能量转换与守恒服从热力学原理。在以上 几种热交换方式中，以热传导传热最为普遍控制着 几乎整个地壳岩石的传热状态，对流传热主要在地 下水渗流带内进行。辐射传热仅发生在地表面。
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
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。
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
岩石名称 泥岩 泥灰岩 石灰岩 片 麻岩
石英片岩、角闪 片岩
云母片岩、 绿泥石片岩 千枚岩 硅质板岩 泥质板岩
石英岩
软化系数 0.40～0.60 0.44～0.54 0.70～0.94 0.75～0.97 0.44～0.84
0.53～0.69 0.67～0.96 0.75～0.79 0.39～0.52 0.94～0.96
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
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。
岩土物理力学参数表
岩土物理力学参数表
岩土物理力学参数表是用于描述岩石和土壤等地质材料力学性质的一份表格。
这些参数可以用于建立地质力学模型或进行地震学研究等领域。
以下是一些常见的岩土物理力学参数及其解释：
1. 压缩模量（压缩弹性模量）：是描述岩土材料在压缩载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
压缩模量越大，表示岩土材料的刚度越大。
2. 剪切模量（剪切弹性模量）：是描述岩土材料在剪切载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位也是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
剪切模量越大，表示岩土材料的抗剪强度越大。
3. 泊松比：是描述岩土材料在受力后沿垂直于力方向的横向收缩程度的参数。
它没有单位，通常用一个小数来表示。
泊松比越小，表示岩土材料的横向收缩程度越小，即更加刚性。
4. 内摩擦角：是描述岩土材料在受到剪切力时，自身内部出现抗阻力的一种参数。
它的单位是度数。
内摩擦角越大，表示岩土材料的抗剪能力越强。
5. 屈服强度：是描述岩土材料在受到载荷作用下出现塑性变形或破坏的一种参数。
它的单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
屈服强度越大，表示岩土材料的抗压强度越大。
6. 杨氏模量：是描述岩土材料在受到拉伸载荷下的弹性变形特性的一种参数。
它的单位也是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
杨氏模量越大，表示岩土材料的拉伸刚度越大。
以上是一些常见的岩土物理力学参数及其解释。
需要注意的是，不同的地质材料具有不同的力学性质，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的参数。
岩石物理力学性质
1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和气体相组成的多相体系。
理论认为，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，表现在性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常通过岩石物理力学性质测试才能确定。
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)中进行现场试骀。
在选用岩样时应考虑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：VM =ρ(g/cm 3，t/m 3) 容重度：VMg V 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 —岩石重量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上一般取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。
1岩石力学-岩石物理力学性质
d
s
A h
式中，γd为岩石的干密度（g／cm3）；gs为被测岩样在 105℃一110℃的温度下烘干24 小时的质量（g）；A为被测 岩样的平均断面积（cm2）；h为被测岩样平均高度（cm）。
38
一、岩石的质量指标 岩石密度测定方法二：水中称重法 首先称量不规则岩样的质量（gs），再浸入水 中称其质量（gw） ，根据阿基米德原理计算出 不规则岩样的体积（V），即可计算出岩样密 度（γ）。 遇水崩解、溶解和干缩湿胀的岩石不能用此 法测其密度。
岩石力学
胶 结 连 结
二、岩石的常见结构类型
岩石中的微结构面，是指存在于矿物颗粒内 部或矿物颗粒及矿物集合体之间微小的弱面及 空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、 粒间空隙、微裂隙等。 岩石中的微结构面一般是很小的，通常需在 显微镜下观察才能见到，但它们对岩石工程性 质的影响却是相当大的。 有些专家认为缺陷是影响岩石力学性质的决 定性因素。
岩石力学
岩 浆 岩
三、岩石的地质成因分类
沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物 质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下 来，经胶结和成岩作用而形成的，其矿物成分主 要是粘土矿物、碳酸盐和残余的石英长石等。
沉 积 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
沉积岩具有层理构造，岩性 一般具有明显的各向异性。 沉 积 岩
变 质 岩
岩石力学
三、岩石的地质成因分类
3、区域变质岩 这类变质岩分布范围较广，岩石厚度较大， 变质程度较为均一，最常见的有片麻岩、片岩、 千枚岩、板岩、石英岩和大理岩，混合岩是介 于片麻岩与岩浆岩之间的一种岩石。
变 质 岩
岩石力学
岩石的主要物理性质和力学性质
八、 岩石的变形特性
弹性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 能够恢复的性质。
塑性：指物体在外力作用下发生变形，当外力撤出后变形 不能恢复的性质。
脆性：物体在外力作用下变形很小时就发生破坏的性质。 延性：物体能够承受较大的塑性变形而不丧失其承载能力 的性质。
变形
弹性变形 塑性变形
线弹性变形 非线弹性变形
a线弹性类岩石――σ～ε曲线呈线性关系，曲线上任一点 P的弹性模量E：
E
泊松比μ：岩石在单轴压缩条件下横向应变与纵向应变之比。
c2 c1 a2 a1
此强度下降值与融冻试验前的抗压强度σc之比的百
分比代表抗冻系数Cf ，即
Cf
c cf c
100%
可见：抗冻系数Cf 越小，岩石抗冻融破坏的能力越强。
七、岩石的透水性
地下水存在于岩石孔隙、裂隙之中，而且大多数岩 石的孔隙裂隙是连通的，因而在一定的压力作用下，地 下水可以在岩石中渗透。岩石的这种能透水的性能称为 岩石的透水性。岩石的透水性大小不仅与岩石的孔隙度 大小有关，而且还与孔隙大小及其贯通程度有关。
条件（整体和碎块，浸水时间等）有关。
（2）岩石的饱水率（ω2）
岩石的饱水率指在高压（150个大气压）或真空
条件下，岩石吸入水的重量Wω2与岩石干重量Ws之比，
即：
2
W2 Ws
100%
（3）岩石的饱水系数（Ks）
岩石吸水率与饱水率之比称为岩石的饱水系数，即
Ks
1 2
饱水系数反映了岩石中大开空隙和小开空隙的相对 含量。饱水系数越大，岩石中的大开空隙越多，而小开 空隙越少。
岩体力学知识点
岩石由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然物体。
岩体 由岩块和结构面共同组成的具有一定结构并赋存于一定地质环境中的地质体。
结构面 岩体内具有一定方向、延展较大、厚度较小的面状地质界面。
结构体 由不同产状的结构面组合切割而形成的单元体。
岩体结构1.结构面的发育程度及其组合关系。
2.结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。
岩石的物理力学参数1.密度指标：岩石的颗粒密度s ρ、天然密度ρ、干密度d ρ、饱和密度sa ρ。
2.孔隙性：孔隙比e 、孔隙率n 。
3.水理性质：含水率ω、自由吸水率a W 、饱和吸水率sa W 、渗透系数K 。
4.抗风化特性：软化系数η、耐崩解性指数d I 、自由膨胀率H V 、侧向约束膨胀率HP V 、膨胀压力。
5.抗冻性：抗冻性系数f K 。
刚性试验机工作原理当试验机刚度Km 大于岩石刚度Ks 时，在相同的条件下，试验机附加给岩石的能量比岩石所能承受的能量小，要岩石继续产生应变必须依靠外荷载的加载做功才能实现。
因此，当试验机刚度大于岩石刚度时，才能记录下岩石峰值强度后的应力-应变曲线。
曲线形态 岩石特性 代表岩石直线型（弹脆性） 具有很明显的弹性特性的岩石 石英岩 玄武岩下凹型（弹塑性） 具有明显的塑形变形的岩石 石灰岩 粉砂岩上凹型（塑弹性） 具有较大的孔隙但较为坚硬的岩石 片麻岩S 型（塑弹塑型） 多孔且具有明显塑性的岩石大理石岩石应力—应变全过程曲线：指在刚性试验机上进行试验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力—应变曲线。
压密阶段：岩石内的微裂隙在外力作用下发生闭合，岩石压密。
曲线上凹，应变率随应力增加而减小，为不可恢复的塑性变形。
弹性阶段：初期裂隙压密后，岩石强度暂趋稳定。
曲线近似呈直线，弹性模量为常熟，很大程度上为可恢复的弹性变形。
（弹性模量泊松比）塑性阶段：曲线呈下凹状，有应变软化现象；塑性变形，变形不可恢复。
应变软化阶段：曲线斜率为负，软化现象显著，试件承载力随变形的增大而迅速下降。
岩土工程中的岩石力学特性
岩土工程中的岩石力学特性岩土工程中，岩石力学特性是指岩石在受力状态下的物理性质和变形特性。
岩石力学特性对于岩土工程设计和施工至关重要，它们可以直接影响岩土工程的稳定性和安全性。
本文将探讨岩土工程中的岩石力学特性，包括岩石的强度、变形性能以及岩石力学参数的测定方法。
一、岩石的强度特性岩石的强度特性是指岩石在受力作用下破坏的抵抗能力。
岩石强度特性的研究对于工程设计有重要的指导意义。
1. 抗拉强度岩石的抗拉强度是指岩石在拉应力作用下破坏的抵抗能力。
岩石的抗拉强度是岩石力学特性中最基本的参数之一。
测定岩石的抗拉强度可以采用试验方法，如拉伸试验等。
2. 抗压强度岩石的抗压强度是指岩石在压应力作用下破坏的抵抗能力。
岩石的抗压强度也是岩石力学特性中的重要参数。
测定岩石的抗压强度可以采用压缩试验等方法。
3. 剪切强度岩石的剪切强度是指岩石在切应力作用下破坏的抵抗能力。
岩石的剪切强度是岩石力学特性中的重要参数之一。
测定岩石的剪切强度可以采用剪切试验等方法。
二、岩石的变形性能岩石的变形性能是指岩石在受力作用下的变形特性。
岩石的变形性能对工程设计和施工有重要的影响。
1. 弹性模量岩石的弹性模量是指岩石在受力作用下线弹性的变形特性。
弹性模量是岩石力学参数中的重要指标之一，它反映了岩石的刚度和变形能力。
测定岩石的弹性模量可以采用弹性模量试验等方法。
2. 压缩模量岩石的压缩模量是指岩石在受力作用下的压缩变形能力。
压缩模量是岩石力学特性中的重要参数之一，它反映了岩石的抗压性能和变形能力。
3. 剪切模量岩石的剪切模量是指岩石在受力作用下的剪切变形特性。
剪切模量是岩石力学特性中的重要参数之一，它反映了岩石的抗剪切性和刚度。
三、测定岩石力学参数的方法测定岩石力学参数是岩土工程中的重要任务。
准确测定岩石力学参数可以为工程设计和施工提供可靠依据。
1. 实验室试验方法实验室试验是测定岩石力学参数最常用的方法之一。
常用的实验室试验方法包括拉伸试验、压缩试验、剪切试验等。
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体积模量 ×104MPa 2.95 3.34 3.5 3
煤 层 顶 底 板 岩 石 力 学 参 数 表
11#煤顶板
11#煤底板 3 煤顶板 3#煤底板 澄试4井 5#煤顶板 5#煤底板 11#煤顶板 11 煤底板 3#煤顶板 3#煤底板 韩4-17向2井 5#煤顶板
# #
0.30-0.31
0.31-0.32 0.33 0.32 0.34 0.30-0.40 0.32 0.37 0.3 0.3 0.26
20
（10）破裂压力：
岩层被成功压裂开的井柱压力。 已知岩层抗压强度大于抗张强度，当井柱压力增大，使周向 法应力为岩层最大抗张强度时，储层被成功压裂开。这时的井 柱压力为破裂压力，并由此计算破裂压力梯度。 其中τmax=τS
P2
2 1 3 PO PP max 1 1
FI 1
19
（9）坍塌压力：
岩层自然破裂时的井柱压力。 当井柱压力增大时，周向压性应力变为周向张性应力，对于脆性砂 岩、微裂隙岩层就有可能发生自然破裂，钻井时泥浆会发生漏失现象 。由此，还可以计算泥浆比重极限值（ρm1=P1H/10）。
2 1 3 P1 PO PP 1 1
15
（4）单轴抗压强度：
u 0.0045EMOD(1 VSH ) 0.008(1 VSH )
（5）岩层固有抗切强度：
s 0.025 u / CB
16
（6）出砂指数： B 大说明岩石强度大，稳定性好。经验表明当含油砂岩 的B≥3 （即 3×106 磅 / 英寸）时，则在正常压力下采油时 ，不会出砂；当 2≤B＜ 3时，油层会出少量砂子；当 B＜ 2 时，油层会出较多砂子。
G
ρ Δts
2
1.34 1010
R=ρ﹡（1/∆tp2-2/∆ts2）
12
（二）压裂相关参数的基本确定
（1）径向应力（ESRA）：
指岩石受到径向张应力的大小。
Tre P P m p
式中： Pm为泥浆柱压力，Pm=ρmH/10 （ρm为泥浆比重，H为储层中部深度） Pp为孔隙流体压力Pm=GH+C， （G、C为孔隙流体压力梯度和常数，地区经验参数）
砂岩 泥岩
灰岩
煤
煤
26
煤层及顶底板岩石力学分析技术
泊松比、杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗剪强 度低，破裂压力梯度小，坍塌压力梯度大，即易张 性破裂又易压性破裂，井眼易坍塌。 泊松比值大，杨氏模量、体积模量、剪切模量、 抗剪强度较低，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯 度较低，岩石可塑性强。 泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗 剪强度较大，破裂压力梯度较大，坍塌压力梯度较 小，岩石弹性强。 泊松比较低，杨氏模量、体积模量、剪切模量、抗 剪强度大，破裂压力梯度大，坍塌压力梯度小，岩 石弹性最强，不易形变。
24.31
25.38 26.82
3.11
3.13 5.51
1.2
1.17 2.22
2.52
3.09 3.59
25
煤层及顶底板岩石力学分析技术
泊松比-杨氏模量交会图
泥岩 煤 砂岩
剪切模量与体积模量交会图
灰岩 灰岩
砂岩
泥岩 煤
破裂压力梯度-抗剪强度交会图 破裂压力梯度与坍塌压力梯度交会图
砂岩 泥岩 灰岩
4 B 2 K 3
17
（7）斯仑贝谢比： 当R大时，说明岩石强度大，稳定性好，不易变形和出 砂。比出砂指数能更好地估计岩石的强度和稳定性。
R K
18
（8）裂缝指示：
由于σ越大表示岩石弹性越小或塑性越大，岩石容易断裂或 压裂。σ越大，FI越大。在碳酸盐岩裂缝段，FI很大；但在泥岩 段FI也很大，这时因为泥岩塑性大，不是因为裂缝发育。
剪切应变——剪切模量 对一块弹性体施加一个侧向的力f（通常是摩擦力），弹性体会由方形变成 菱形，这个形变的角度θ称为“剪切应变”，相应的力f除以受力面积S称为 “剪切应力”。剪切应力除以剪切应变就等于剪切模量G=( f/A)/θ
t s
2
6
切变模量
所加剪切应力与切变角之 比 ，它度量岩石的抗剪 强度
泊松比 剪切模量 杨氏模量 体积模量
多种方法计算岩石力学参数
2
阵列声波处理---岩石力学参数成果图
3
（一）弹性模量的基本确定
（1）泊松比： 弹性体只受法向应力作用时，横向缩短和纵向伸长的比值（又 称横向压缩系数），表示材料力学的一个重要参数。无量纲，对任 何材料在0-0.5之间。泊松比越大，表示弹性越小，塑性越大，岩石 容易断裂或压裂。而泥岩泊松比大，表示塑性大，易变形。
3号煤顶板易裂 5号煤底板易裂， 11号煤顶板易裂 5号煤顶板易裂
29
汇报结束 请领导指正 谢谢！
30
1.41-2.27
1.40-1.53 1.13 1.42 1.1 0.84 1.92 1.1 1.33 1.04 1.98
3.14-5.66
3.46-4.68 2.79 3.35 3.32 2.79 4.27 4.16 2.82 3.63 3.47
5#煤底板
11 煤顶板 11#煤底板
#
0.35
0.3 0.33
F l E= / A l
9
（4）体积模量： 弹性体受均匀静压力时，所加静压力和体应变的比值。用它 来度量岩石的抗压应力。
体积应变——体积模量: 对弹性体施加一个整体的压强p，这个压强称为“体积应力”， 弹性体的体积减少量(-dV)除以原来的体积V称为“体积应变”，体 积应力除以体积应变就等于体积模量: K=P/(-dV/V)
14
（3）抗剪强度： 指岩石能承受周向压应力的大小。 对于脆性储层分析其张性破裂要确定抗张强度；而对于岩 性疏松的储层，要考察其切变破裂采油出砂，先要确定岩层 抗切强度。一般根据目的层岩性和弹性模量给出经验值。
（4）抗张强度： 指岩石能承受径向张应力的大小。 抗张强度τT处在（0-τS），岩层最大抗张强度，可看作岩 层固有抗切强度。
13
（2）周向应力（ESTA）： 指岩石受到周向压应力的大小。
Te
2 POIS 1 3POIS P PP Pm O 1 POIS 1 POIS
式中： PO为上覆压力PO=ρ(H)H/10， （ρ(H)为H深时的上覆岩层平均密度，由密度测井曲线得到） α为孔隙流体压力对各应力的贡献，与岩层体积压缩系数、骨架压 缩系数有关，α=B/Bm。
24
煤层及顶底板岩石力学分析技术 阵列声波解释-岩石力学参数计算
井号 煤号
3#煤顶板 3 煤底板 澄试3井 5#煤顶板 5#煤底板
#
泊松比
0.3 0.33 0.26 0.3
破裂压力 MPa 26.9பைடு நூலகம் 30.57 23.47 29
杨氏模量 ×104MPa 3.52 3.35 5.02 3.21
剪切模量 ×104MPa 1.36 1.26 1.99 1.23
27
煤层特征
泥岩特征
砂岩特征
灰岩特征
煤层及顶底板岩石力学分析技术
杨氏模量与体积密度交会图 体积模量与体积密度交会图
剪切模量-体积密度交会图
晋城地区
煤质越好，基本模量越低
28
煤层及顶底板岩石力学分析技术 阵列声波解释-岩石力学参数计算
压裂施工方案提示 井号 顶底压裂情况
澄试3井
澄试4井
韩4-17向2井
27.61-28.92
28.39-31.73 29.4-33.2 28.0-33.0 31.2-34.1 37.0-41.9 30.33 37.9-39.4 17.23 24.2 16.23
3.67-5.92
3.80-3.98 3.18-3.07 3.52 2.92 2.34 4.97 3.14 3.45 2.85 4.99
23
煤层及顶底板岩石力学分析技术 阵列声波解释-岩石力学参数计算
弹性模量 与压裂相关参数
煤层的弹性模量（泊松比、杨氏模量、剪切模量、体积模量）值都较低， 抗剪强度、破裂压力也较低，说明煤层的机械强度弱，地层脆而软，既易 压性破裂，又易张性破损，井眼极易坍落，易引起钻井作业中的煤层破碎、 掉块、井壁垮塌。
K
3t s 4t c 3t s t c
2 2
2
2
10
体积模量
岩石受均匀静压力时，所 加应力与体积应变比值， 它度量岩石的抗压能力
F
F V K= / A V
F F
Volumetric Deformation
11
动态弹性模量的计算方法
假定岩石为均匀、各向同性的弹性体
泊松比 体积模量 杨氏模量 切变模量 拉梅系数
F
F/A G=
l l
F
Shear Deformation
7
（3）杨氏模量：
拉伸应力（法向应力）和同方向上的相对伸长（沿法向应力方向的应 变）的比值。其意义为弹性体发生单位线应变时，弹性体产生的应力大小 。它是度量岩石的抗张应力大小的，是岩石张变弹性强弱的标志。该值大 小表示弹性体或弹性材料在外力作用下变形的难易程度，是材料弹性力学 性质的一个重要参数，其量纲和应力相同。
岩石力学参数及其物理意义
1
岩石力学参数计算技术
利用阵列声波测井等资料能够提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等较为准确的 岩石力学参数。预测岩石强度，岩石破裂压力，进行井眼稳定性分析，为钻井工程 、压裂施工、油气层开采等方面提供有用参数。
岩石力学参数 弹性模量 压裂相关参数 径向应力 周向应力 抗剪强度 抗张强度 抗压强度 裂缝指示 斯仑贝谢比 出砂指数 岩层固有抗 切强度 坍塌压力 破裂压力
30 25
3煤破裂压力化验数据 岩心破裂压力与测井解释数据的比较