泥炭土物理力学特性参数数理统计分析
人民长江2018年收稿日期：2017-11-17
基金项目：国家自然科学基金项目（51778641，51478484）；中建五局土木工程有限公司项目（02012016YN77，0201203YN89）作者简介：邓仑昆，男，工程师，主要从事市政工程施工、地基加固研究。E－mail ：junyidjy＠163．com
通信作者：杨果林，男，教授，博士生导师，主要从事岩土工程、道路与铁道工程和结构工程研究。E－mail ：yanggguolin6301＠163．com
泥炭土是一种富含有机质的特殊土，常由湿地、沼泽、沿海滩涂等地区的各类水生植物残体经生物作用形成的腐殖质与无机矿物成分构成［1－3］。在实际工程中，泥炭土由于存在不良工程特性而常常需要进行处治。其物理力学特性也与常见的黏土或有机质类土存在明显的差异［4］。因此，许多专家学者对此展开了相关研究。如：丁祖德等［5］
针对泥炭土开展了动三轴试验，
并根据试验结果对泥炭土的剪切波速、动剪切模量、阻尼比等动力参数进行统计分析，指出泥炭土表现为动强度低且复杂的特征。WEHLING 等［6］通过试验得
出泥炭土的结构性对其动力特性影响不大，并建立参数之间的经验性公式。刘鹏等［7］在大量土工试验基础上，对昆明泥炭土的标贯修正击数与基本物理参数之间的相关关系进行了统计分析，并得到了回归方程与相关系数，指出标贯修正击数与孔隙比之间存在较好的线性关系。另外，马来西亚、荷兰等地区的泥炭土物理力学指标以及各指标之间的关系也有大量的研究［8－10］。在国内，沈世伟等［11］、刘柱等［12］对吉林地区的草炭土物理力学指标相关性进行了试验研究，李强等［13］对沪苏浙地区的泥炭土工程特性开展了研究，桂
跃等［14］对高原湖相泥炭土的渗透性进行了研究。
以上虽然对部分地区的泥炭土开展了相关物理力学特性研究，但不同地区的泥炭土物理力学特性存在差异性［15－18］。因此，有必要进一步研究不同地区的泥炭土工程性质，以丰富泥炭土的研究内容，为今后工程设计、施工提供参考依据。本文拟通过SPSS 统计软件，分析云南滇池地区泥炭土的岩土参数的概率统计特征。
1泥炭土物理力学性质统计分析1．1
数据来源
由于土的形成历史各不相同，不同地点的泥炭土
力学特性也具有一定程度的差异性，根据勘察资料通过SPSS 软件分析泥炭土的物理力学指标的统计特征，得到泥炭土物理力学指标的集中趋势、离散程度以及分布特征。
根据现场的地质勘察资料，通过对某工程325份原状泥炭土进行土工试验，统计分析了泥炭土的物理力学性质指标，统计结果如表1所示。
泥炭土物理力学特性参数数理统计分析
邓仑昆1，旷枭雄1，杨果林2，龚
铖2，段君义2
（1．中建五局土木工程有限公司，湖南长沙410075；
2．中南大学土木工程学院，湖南长沙410075）
摘要：对滇池周边某工程的泥炭土进行了物理力学试验，利用SPSS 统计软件对试验结果进行统计分析，并得到了部分物理力学指标之间的回归曲线与95％的双侧区间直线图。结果发现：在14个物理力学参数当中，天然密度、饱和度、塑性指数、有机质含量4个参数能较好地符合正态分布；泥炭土具有高天然含水率、高空隙比、高压缩性、低抗剪强度等物理力学特性。研究成果能够为类似工程中泥炭土的物理力学指标分析及校核提供参考，并减少勘察工作量，具有较好的实际应用价值。关
键
词：物理力学特性；数理统计；SPSS 软件；泥炭土
中图法分类号：P642
文献标识码：A
DOI ：10.16232/https://www.wendangku.net/doc/c816733470.html,ki.1001-4179.2018.S1.068
文章编号：1001-4179（2018）S1-0260-04
第49卷增刊（1）2018年6月
Vol．49，Supplement （Ⅰ）
June ，2018
人民长江Yangtze River
增刊（Ⅰ）
分析表1可知，泥炭土各物理力学性质指标的变异系数δ存在着很大的差异，饱和度S r （％）的变异系数δ小于0．1，饱和度的离散性很小，这是由于该地区
地下水较高，基本在原地面位置，饱和度S r 很大；土粒比重G r 、天然密度ρ、塑性指数I p 的变异系数0．1＜δ＜
0．3，离散性中等；孔隙比e 、凝聚力c 的变异系数0．3＜δ＜0．4，离散性大；其他物理力学性质指标的变异系数
均大于0．4，离散性很大。总体而言，该地区泥炭土的物理性质指标离散性较小，力学性质指标的离散性大，波动大，在设计施工过程中合理地确定泥炭土力学性质指标难度较大。
如图1～6所示，选取含水率、孔隙比、有机质含量、压
缩模量、凝聚力、摩擦角这6个参数画出直方图与正态分布曲线。样本偏度和样本峰度的绝对值越小样本越符合正态分布。由图可知，天然密度、饱和度、塑性指数、有机质含量这4个参数能较好地符合正态分布。
变异系数
δ0.460.140.160.060.330.440.530.260.520.440.860.540.340.60
样本偏度
α1.31-0.330.57-0.011.081.341.600.251.440.362.671.920.670.86
表1
泥炭土物理力学参数统计
样本标准差s
750.30.184.751.2959.052.69.20.68260.94.621.225.012.12
土工参数
物理性质指标
力学性质指标固结压缩直剪快剪天然含水率w 土粒比重G r 天然密度ρ饱和度S r 孔隙比e 液限w L 塑限w p 塑性指数I p 液性指数I L 有机质含量
压缩系数a v 压缩模量E s 凝聚力c q
内摩擦角φq
样本均值x
139.202.191.2389.103.22126.3091.4235.881.2136.392.292.0614.673.52
样本区间
39~3961.44~2.690.90~1.7878~1001.15~8.6541~39823~35414~620.24~3.725.3~86.40.37~16.080.32~7.794~340.4~13.0
样本方差s 2
57100.090.03222.571.663475276883.90.4616.22.151.2625.064.5
样本数n
325325325324325325325325325319325325213213
样本峰度
β1.58-1.11-0.31-0.431.572.703.64-0.212.34-0.129.376.471.401.45
均值95%置信区间
1.73~149.57
2.14~2.221.21~1.2588.73~90.00
3.09~3.38123.96~139.0588.65~102.333
4.89~37.141.11~1.2733.99~38.182.01~2.451.95~2.2813.90~1
5.303.15~3.72
图1含水率的直方图及正态分布曲线605040302010
样本数
100
200300
400
含水率ω/%
图2
孔隙比的直方图及正态分布曲线
50
40
30
20
10
0样本数
2.000
4.000 6.000
8.00010.000
孔隙比e
图3
有机质含量的直方图及正态分布曲线
40
30
20
10
0样本数
20.0
40.060.080.0100.0
有机质含量/%
图4压缩模量的直方图及正态分布曲线
80
60
40
20
0样本数
2.00
4.00 6.008.00
压缩模量E s /MPa
邓仑昆，等：泥炭土物理力学特性参数数理统计分析
261
人民长江2018年
1．2泥炭土物理力学特征
综合分析表1，云南滇池地区泥炭土的工程特性可概括为高含水率、高饱和度、高孔隙比、高有机质含量、高压缩性、低抗剪强度，总结起来为以下几点。
（1）高天然含水率。该地区位于滇池附近，地下水位高，泥炭土含水率最小值为39％，均值为139．2％，含水率很高，其液限的最小值为41％，均值为126．3％，液限与含水率的值接近。泥炭土液性指数最小值为0．24，均值为1．29，均值95％的置信区间为1．11～1．27，液性指数较大，基本处于流塑状态。泥炭土的饱和度最小值为78％，均值为89．1％，其均值95％的置信区间为88．73%～90．00％，饱和度大，基本处于饱和状态。
（2）高孔隙比、高压缩性。由表1可知，云南滇池地区泥炭土的初始孔隙比最小值为1．15，均值为3．22，其均值95％的置信区间为3．09～3．38，孔隙比远大于1，说明该地区泥炭土有着很高的孔隙比。在压应力由100kPa增加到200kPa时，泥炭土的压缩模量均值为2．06MPa，其均值95％的置信区间为1．95～2．28MPa，压缩系数均值为2．29MPa－1，其均值95％的置信区间为2．01～2．45MPa－1，泥炭土具有很高的压缩性。
（3）低抗剪强度。由直剪快剪试验得到的凝聚力均值为14．67kPa，其均值95％的置信区间为13．90～15．30kPa，表明泥炭土具有较小的凝聚力，抗剪强度低。
2泥炭土物理力学性质回归分析
为了了解泥炭土物理力学参数之间的相关性，即一个参数的变化对另一个参数变化的影响程度，在表2中分别列出了取土深度为6～10m、11～20m、21～30m、31～40m泥炭土的孔隙比与天然密度、天然密度与含水率、孔隙比与含水率、土粒比重与含水率的回归方程及相关系数。对比这4层泥炭土物理力学指标之间的相关系数发现，孔隙比与天然密度的相关系数波动不大，随取土深度的变化没有明显的规律性；天然密度与天然含水率的相关系数随取土深度的增大缓慢增大；孔隙比与天然含水率之间的相关性最强，相关系数最大，相关系数随取土深度的变化没有明显的规律性；土粒比重与天然含水率的相关系数在6～20m 处较小，在21～40m处相关系数较大；压缩模量和压缩系数的相关系数随土层深度变化波动不大。整体而言，本文中所考察泥炭土各指标之间的相关系数较大，相关性较强。
3结论
（1）该工程泥炭土的物理性质指标离散性较小，力学性质指标的离散性大，波动大，在设计施工过程中合理地确定泥炭土力学性质指标难度较大。
（2）该地区泥炭土具有高天然含水率、高孔隙比、高压缩性、低抗剪强度等工程特性。
（3）泥炭土的孔隙比与天然密度、天然密度与含水率、孔隙比与含水率、土粒比重与含水率、压缩模量与压缩系数之间的相关系数大，可以根据工程参数之
表2泥炭土物理力学指标回归分析
回归方程
e=7.94-4.00ρρ=1.6-0.00258ωe=0.69+0.02ωG s=2.82-0.00418ωE s=0.964+1.837/a v
R2
0.839
0.837
0.941
0.828
0.929
R2
0.871
0.839
0.971
0.910
0.908
回归方程
E=9.27-4.91ρ
ρ=1.64-0.00302ω
e=0.69+0.02ω
G s=2.88-0.00493ω
E s=0.943+2.445/a v
参数
e~ρρ~ωe~ωG s~ωE s~a v
回归方程
e=13.33-7.86ρ
ρ=1.39-0.00107ω
e=1.01+0.02ω
G s=2.57-0.00238ω
E s=0.629+2.198/a v
R2
0.842
0.821
0.973
0.833
0.907
6~10m21~30m
R2
0.853
0.862
0.962
0.906
0.910
11~20m31~40m
回归方程
e=9.23-4.94ρ
ρ=1.5-0.00208ω
e=0.8+0.02ω
G s=2.84-0.00473ω
E s=1.073+1.937/a v
图5凝聚力的直方图及正态分布曲线
40
30
20
10
样
本
数
10203040
凝聚力c/kPa
图6内摩擦角的直方图及正态分布曲线
60
50
40
30
20
10
样
本
数
2.5 5.07.510.512.514.5
内摩擦角φ/（°）
262
增刊（Ⅰ）
土的抗压强度、抗拉强度、粘结强度均有所提高且早期强度较高，对高地应力有一定的抑制效果。根据初步试验结果，推荐水灰比为0．46，钢纤维掺量为40kg ／m 3，纳米掺量为43kg ／m 3。
（3）CF30纳米钢纤维喷射混凝土成本相对较高。综合考虑各方面因素，建议在大型地下洞室的Ⅲ、Ⅳ类围岩部位以及高地应力部位可采用CF30纳米钢纤维喷射混凝土。参考文献：
［1］李继业，刘福胜．新型混凝土实用技术手册［M ］．北京：化学工业出版社，2005．
［2］汪在芹，石研．喷射混凝土的室内检测方法及性能试验研究［J ］．长江科学院院报，2012，29（3）：59－61．
［3］彭尚仕，杨华全，石妍．地下厂房钢纤维喷射混凝土设计及性能试验研究［J ］．人民长江，2012，43（11）：59－61．
［4］
段福荣，皮奇志，欧建广．钢纤维喷混凝土在引水隧洞永久支护中的应用［J ］．人民长江，2007，38（5）：49－51．
［5］杜国平，刘新荣，祝云华．隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用［J ］．岩石力学与工程学报，2008，27（7）：1448－1454．［6］董战猛，梁振刚，李弦．糯扎渡水电站大直径尾水隧洞穿越断层施工技术［J ］．人民长江，2012，43（4）：86－88．
［7］刘明高，高文学，张为．钢纤维喷射混凝土及其在隧道工程中的应用［J ］．铁道建筑，2006，2：43－46．
［8］熊诗涛，罗曜起．钢纤维喷射混凝土在洪屏抽水蓄能电站中的应用［J ］．施工技术，2014，43（12）：11－13．
［9］陈东．纳米混凝土在不良地质隧洞支护中的应用［J ］．人民长江，
2009，40（10）：32－33．
［10］侯永和，杨家松，王崇绪．纳米级混凝土外加剂在钢纤维喷射混凝土中的应用研究［J ］．混凝土，2008（6）：52－54．
［11］
中国水电顾问集团华东勘测设计研究院.金沙江白鹤滩水电站右岸引水发电系统土建及金属结构安装工程施工招标文件［R ］．杭州：中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，2013．［12］
石研，李家还，龙娈珍，等．喷射混凝土施工性能的室内试验研究［J ］．水力发电，2011，37（12）：90－92．
（编辑：胡旭东）
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（上接第259页）
间的相关性进行理论推导，减少试验的工作量。参考文献：
［1］
Huat B B K ，Asadi A ，Kazemian S．Experimental investigation ge-omechanical properties of tropical organic soils and peat ［J ］．Engi-neering and Applied Sciences ，2009，2（1）：184－188．
［2］Sing W L ，Hashim R ，Alli F．Engineering behaviour of stabilized peat soil ［J ］．European Journal of Scientific Research ，2008，21（4）：581－591．
［3］Haan E J D ，Amir L．A simple formula for final settlement of surface loads on peat ［J ］．Advances in Understanding and Modelling the Mechanical Behaviour of Peat ，1994，35－48．
［4］Kolay P K ，Aminur M R ，Taib S N L ，et al．Correlation between dif-ferent physical and engineering properties of tropical peat soils from Sarawak ［C ］／／2010GeoShanghai International Conference－Soil Be-havior and Geo－Micromechanics ，Shanghai ，2010．
［5］丁祖德，李夕松，黄娟，等．泥炭及泥炭质土动力学参数的统计分析［J ］．工程勘察，2016，44（11）：1－6．
［6］
Wehling T M ，Boulangger R W ，Arulnathan R ，et al．Nonlinear dy-namic properties of a fibrous organic soil ［J ］．Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ，2003，129（10）：929－939．
［7］刘鹏，徐世光，黄建国，等．云南省昆明市南市区泥炭质土标贯击数与物理参数之间相关关系分析［J ］．科学技术与工程，2012，12（32）：8774－8776．
［8］Pichan S P ，Kelly B C．Effect of decomposition on the compressibili-
ty of fibrous peat ［C ］／／ASCE GeoCongress ，2012：4329－4338．［9］
Yamaguchi H ，Ohia Y ，Kogure K．Volume change characteristics of undisturbed fibrous peat ［J ］．Soil and Foundations ，1985，25（2）：119－134．［10］
Zwanenburg C．The influence of anisotropy on the consolidation behaviour of peat ［D ］．TU Delft ：Delft University of Technology ，2005．
［11］沈世伟，佴磊．吉林地区草炭土物理力学指标相关性试验研究［J ］．公路，2010（3）：116－120．
［12］刘柱，佴磊．吉林地区草炭土物理力学指标相关性试验研究［J ］．水文地质工程地质，2010，37（4）：53－57．
［13］李强，李刚．沪苏浙高速公路泥炭质土的工程性质研究［J ］．公路工程，2010，35（6）：99－103．
［14］桂跃，付坚，吴承坤，等．高原湖相泥炭土渗透特性研究及机制分析［J ］．岩土力学，2016（1）：3197－3207．
［15］蒋忠信，袁宝印，黄俊．滇池泥炭土［M ］．成都：西南交通大学出版社，1994．
［16］黎亚生．混合浆液灌浆加固超软弱地基的施工技术研究［J ］．人民长江，2016，47（5）：66－68．
［17］董云，张渊，蒋洋，等．干湿循环作用下改良膨胀土力学指标的变化规律［J ］．公路工程，2015，4（40）：41－46．
［18］
李刚，赵其华，陈强，等．某水电站大型倾倒体变形破坏特征及稳定性分析［J ］．人民长江，2014，45（5）：53－56．
（编辑：郑毅）
邓仑昆，等：泥炭土物理力学特性参数数理统计分析
263
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-= 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
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 10.7 5.2 0.20 0.41 1.2 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 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：
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： K E 3(1 2 ) G E （7.2） 2(1 ) 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 干密度 (kg/m 3) E(GPa) ν K(GPa) G(GPa) 砂岩 19.3 0.38 26.8 7.0 粉质砂岩 26.3 0.22 15.6 10.8 石灰石 2090 28.5 0.29 22.6 11.1 页岩 2210-257 11.1 0.29 8.8 4.3 大理石 2700 55.8 0.25 37.2 22.3 花岗岩 73.8 0.22 43.9 30.2 土的弹性特性值（实验室值） （Das,1980） 表 7.2 松散均质砂土 密质均质砂土 松散含角砾淤泥质砂土 密实含角砾淤泥质砂土 硬质粘土 软质粘土 黄土 软质有机土 冻土 3 弹性模量 E(MPa) 泊松比 ν 干密度 (kg/m ) 1470 10-26 0.2-0.4 1840 34-69 0.3-0.45 1630 1940 0.2-0.4 1730 6-14 0.2-0.5 1170-1490 2-3 0.15-0.25 1380 610-820 2150 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 E 3 , ν12 , ν 和 G 13 ；正交各向异性弹性模型有 9 个弹性模量 E 1, 13 1,E 2,E 3, ν12 , ν , ν 和 G 23。这些常量的定义见理论篇。 1323 ,G 12,G 13 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 E x (GPa) E y (GPa) νyx νzx G xy (GPa) 砂岩 43.0 40.0 0.28 0.17 17.0 砂岩 15.7 9.6 0.28 0.21 5.2
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-+=
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。
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
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
表2-5 各土层的物理力学性质统计表(1)
一、岩土体分类及工程地质特征 根据评估区岩石建造以及岩土体物理力学性质特征，将区内岩土体划分软质岩类二大类，其工程地质特征分述如下： （一）松散土类工程地质岩组 包括第四系人工填土层、冲积层、坡积层以及残积层。 1、人工填土层（Q ml，层号①） 根据土性及成因，人工填土主要为素填土： （1）素填土（层序号①）：场地局部分布，揭露层厚 1.20～9.10m、平均厚度4.70m。层面标高为81.70～92.70m。其特征为：浅黄色，为平整场地期间从附近开挖山体回填，主要成分为砂质粘性土，未完成自重固结及分层碾压，松散状。 本层采土工试样2件(原报告：1件)，结果是：压缩系数0.09～0.64MPa-1，平均值为0.37MPa-1（原报告：0.48 MPa-1），压缩模量2.79～19.20MPa，平均值为6.46MPa（原报告：4.01 MPa）。 本层作标贯试验4次，剔除异常值后修正击数N范围值为4.7～8.3击，平均6.0击。 2、冲积层（Q al，层号②） 根据颗粒大小可划分为两个亚层。 含淤泥质粘土（层序号②-1）： 含淤泥质粘土层：场地局部分布，揭露层厚0.80～3.10米、平均厚度1.88米。层顶标高80.95～85.10米。其特征为：灰黑色，饱和，软塑状。主要成分为粘粒，含较多砂砾（原报告：砂粒）。见于ZK12、ZK14、ZK15、ZK18、ZK19、ZK22、ZK23、ZK30、ZK31、ZK32中。 本层作标贯试验7次，剔除异常值后修正击数N范围值为3.3～3.5击，平均3.5击，标准差0.077，变异系数0.22（原报告：0.022），标准值3.4击。 本场地取土样6件，主要的物理力学性质指标标准值：含水率w=41.5%，孔隙比e=1.150，液性指数I L=0.97,压缩系数a1-2=0.66MPa-1，压缩模量Es=3.29MPa。 粉质粘土（层序号②-2）：
水利水电部分常用岩土物理力学参数经验数值
使用说明： 1、资料涉及各行各业； 2、资料出处为黄底加粗字体的为最新版本内容。可按规范适用范围选择使用； 3、资料出处非黄底加粗字体的为引用资料，很多为老版本，参考用。 水利水电工程部分岩土物理力学参数经验数值 1岩土的渗透性 （1）渗透系数 岩土的渗透系数经验值
《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》GB50307-1999 139~140页 土体的渗透系数值
《水利水电工程水文地质勘察规范》SL373-2007 62~63页 岩土体渗透性分级
Lu：吕荣单位，是1MPa压力下，每米试段的平均压入流量。以L/min计摘自《水利水电工程地质勘察规范》GB50287-99 附录J 66页 表F 岩土体渗透性分级
《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）109页附录F （2）单位吸水量 各种构造岩的单位吸水量（ω值） 上表可以看出：同一断层内， 一般碎块岩强烈透水； 压碎岩中等透水； 断层角砾岩弱透水； 糜棱岩和断层泥不透水或微透水。 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 113页 坝基（肩）防渗控制标准
注：透水率1Lu（吕荣）相当于单位吸水量 摘自高等学校教材天津大学《水利工程地质》第三版 118页。 （3）简易钻孔抽注水公式 1）简易钻孔抽水公式 根据水位恢复速度计算渗透系数公式 γ(h 2-h 1 ) K= ——————— t (S 1+S 2 ) 式中： γ---- 井的半径；h 1---- 抽水停止后t 1 时刻的水头值；h 2 ---- 抽水停止 后t 2时刻的水头值；S 1 、S 2 ---- t 1 或t 2 时刻从承压水的静止水位至恢复水 位的距离； H---- 未抽水时承压水的水头值或潜水含水层厚度。《工程地质手册》第三版 927页 2）简易钻孔注水公式 当l/γ＜4时 2l K= ———— lg ———
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
⑥
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
⑧
粉质粘土
⑨
粉细砂
87.8 46.2
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： 全新版大学英语综合教程4课后习题答案 Unit 1 I. Vocabulary 1. 1) alliance 2) at the cost of 3) stroke 4) limp 5) minus 6) regions
7) declarations 8) siege 9) raw 10) bide his time 11) have taken their toll 12) in the case of 2. 1) is faced with 2) get bogged down 3) is pressing on / pressed on 4) drag on 5) get by 6) dine out 7) have cut back 8) get through 3. 1)The rapid advance in gene therapy may lead to the conquest of cancer in the near future. 2)Production in many factories has been brought to a halt by the delayed arrival of raw materials due to the dock workers’strike. 3)Sara has made up her mind that her leisure interests will/should never get in the way of her career. 4)Obviously the reporter's question caught the foreign minister off guard. 5)The introduction of the electronic calculator has rendered the slide rule out of date. 4. 1)Being faced with an enemy forces much superior to ours, we had to give up the occupation of big cities and retreat to the rural and mountainous regions to build up our bases. 2)Unity is crucial to the efficient operation of an organization. Failure to reckon with this problem will weaken its strength. In many cases, work may be brought to a halt by constant internal struggle in an organization. 3)The Red Army fought a heroic battle at Stalingrad and won the decisive victory against the Germans.In fact, this battle turned the tide in the Second World War. During this famous battle, the Soviet troops withstood the German siege and weakened the German army by launching a series of counterattacks. II. More Synonyms in Context 1) During the First World War, battles occurred here and there over vast areas. Some of the most dramatic fighting took place in the gloomy trenches of France and Belgium. 2) Elizabeth made careful preparations for the interview and her efforts / homework paid off. 3) I spent hours trying to talk him into accepting the settlement, but he turned a deaf ear to all my words. 4) Pneumonia had severely weakened her body, and I wondered how her fragile body could
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 ∝ ? （）