基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用

 根据建立的由岩体波速估算地质强度指标GSI和岩体扰动参数D的计算公式,引入Hoek-Brown准则,给出岩体波速预测岩体力学参数方法(简称岩体波速法)。以中缅油气管道(国内段)澜沧江跨域工程边坡岩体力学参数研究为例,并以室内岩石物理力学参数和场区声波测试数据为基础,采用岩体波速法和E. Hoek建议法预测场区的岩体力学参数。结果表明：岩体波速法和E. Hoek建议法所得的结果平均相对误差均较小,两者基本等效,数值模拟结果更进一步验证了工程应用效果的合理性。该方法在试验资料不足的情况下,能为岩体力学参数的快速评价提供一条新途径。     

不同工程条件下的岩体力学参数确定方法

在丘陵地区及岩石埋藏不深的地区,建筑物基础常常直接设置于岩体上。而地下工程如地下洞室、矿业工程都直接与岩体接触。深部地下岩体作为隔离核废料的第二屏障,必须掌握地下岩体在多场耦合下的力学特性。对于起不同作用的工程岩体,在确定其力学参数时要采用不同的方法。该文通过对几种典型岩体工程进行力学特性分析,阐述了不同工程情况下确定岩体力学参数的方法。对岩土工程师针对不同工程应如何进行工作具有借鉴意义。     

工程岩体力学参数确定方法的研究

 工程岩体力学参数的合理确定是多年来岩石力学界存在的一大难题。为解决该问题, 根据何满潮教授提出的工程岩体的连续性理论, 建立了工程岩体连续性的概化方法。该方法不仅适用于微观力学和细观力学介质的连续性判别, 也适合于宏观工程岩体的连续性问题。在此基础上, 提出了工程岩体力学参数确定方法, 即根据室内完整岩块实验参数, 结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟实验, 从而确定工程岩体力学参数的新方法。所给出的正交节理化岩体的实验结果, 展示了新理论、新方法的广阔应用前景。     

工程岩体力不参数确定方法的研究

工程岩体力他参数的合理确定是多年来岩石力学界存在的一大难题。为解决该问题,根据何满潮教授提出的工程岩体的连续性理论,建立了工程岩体连续性的概化方法。该方法不仅适用于微观力学和细胞力学介质的连续性判别,也适合于宏观工程岩体的连续性问题。在此基础上,提出了工程岩体学参数确定方法,即根据室内完整岩块实验参数,结合野外工程岩体结构特点进行计算机数值模拟实验,从而确定工程岩体力学参数的新方法。所给出的正交节理化岩体的实验结果,展示了新理论、新方法的广阔应用前景。     

金川矿山围岩动态演化及其力学参数研究

针对目前金川岩体力学研究中存在的问题,提出用系统论方法,分析不同部位不同时间岩体特征参数的测试试验结果,尤其是地应力场和岩体结构特征,研究岩体动态演化规律.岩体诸特征参数从不同侧面共同反映了岩体系统的特征,根据它们之间的相关关系,用某些简单且易获得的参数来确定那些难以获得的参数.地应力场和岩体结构是金川矿山工程岩体的主要控制因素,但岩体结构又明显受应力场控制,岩体特征及其演化是地应力场作用的结果,用之确定岩体力学参数及其时空变化特征反映了金川岩体的本质.弹性波速度是岩体诸要素的综合反映,用之研究岩体力学性质的时空变化特征及确定力学参数,简便可行.     

岩体表征单元体与岩体力学参数

在岩体多场耦合分析中,许多采用岩体表征单元体(REV)讨论岩体的渗透特性。事实上,岩体REV是岩石力学的一个基本科学问题,它是选取岩体力学模型以及确定岩体力学参数的基础。从REV的基本概念出发,阐述岩体REV的力学意义;根据岩石及岩体的结构和地质特征,定义了岩石力学中常见的6个尺度,并分析了REV与其它尺度的关系;归纳总结并提出了岩体REV的3种确定方法:能量叠加法,地质统计法,数值模拟法;讨论了岩体REV与岩体力学模型及岩体力学参数取值之间的关系;提出了岩体力学参数的"5S"相关性和岩体力学参数场的概念和分析方法。     

边坡岩体力学参数计算值的确定方法

岩体力学参数是影响边坡稳定性的主要因素之一,准确确定边坡岩体力学参数,是进行边坡稳定性分析的关键环节和基础性工作.理论和实践提示:岩体力学参数的合理确定已成为边坡工程理论分析和设计计算的"瓶颈"问题.本文总结了确定岩体力学参数计算值的常用方法和影响参数选取的主要因素,指出边坡岩体力学参数的确定应采用多种方法,以获得合理可行的结果.     

陨石撞击形变场特征及其动力作用过程模拟研究

首先在全面讨论、总结陨石撞击作用的理论与研究方法的基础上，深入分析苍山陨石坑和撞击构造的形变场特征，主要从三大方面揭示其撞击动力源的存在，即构造形迹，地球物理信息和撞击动力学证据，其次，为了深入研究苍山陨石撞击事件，揭示其形变场发展深化规律，尝试从撞击体的岩体力学特性入手，在建立工程岩体连接性模型的基础上，提出了确定岩体力学参数的新方法。新方法主要是为了确定复杂岩体的力学性质而提出的，因此对于复杂岩体，其力学性质的确定目前仍然是困扰岩石力学界的一大难题，无论是室内力学实验，还是室外原位测试，都存在一定的缺陷，尤其对于大型岩体更是无能为力，因此，针对传统实验方法的局限性，通过建立工程岩体连接性模型，以连续微元尺寸作为“介质单元”，利用有限元理论，将先进的计算技术与传统的室内力学实验结合起来，提出了一套确定岩体力学参数的新方法，然后依次确定苍山撞击岩体的各项力学参数。最后，基于这种新方法和ANSYS／LS－DYNA有限元模型实验，研究陨石撞击形变场特征及其动力作用 过程，并依此预测一些重要矿物的分布特征和分布区域。     

不向工程条件下的岩体力学参数确定方法

在丘陵地区及岩石埋藏不深的地区，建筑物基础常常直接设置于岩体上。而地下工程如地下洞室、矿业工程都直接与岩体接触。深部地下岩体作为隔离核废料的第二屏障，必须掌握地下岩体在多场耦合下的力学特性。对于起不同作用的工程岩体，在确定其力学参数时要采用不同的方法。该文通过对几种典型岩体工程进行力学特性分析，阐述了不同工程情况下确定岩体力学参数的方法。对岩土工程师针对不同工程应如何进行工作具有借鉴意义。     

岩体物理力学参数取值方法研究

对目前常用的求取岩体物理力学参数的试验法、经验分类法、综合法等方法作了简要的总结介绍，并作出有关评价，在合理确定岩体力学参数的基础上保证岩体工程的可靠性。     

对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义，介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法，指出了Hoek-Brown强度准则和有关改进公式中存在的不足，建立了可以考虑岩体受扰动程度的修正系数Km,Ks，给出了Hoek-Brown强度准则的改进公式。修正系数Km,Ks由完整性系数Kv来表征，既能反映岩体受扰动程度，又方便获取，克服了Hoek-Brown公式和前人改进公式的不足。提出的改进公式，能够更好地确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数。以厂坝铅锌矿岩体力学参数研究为例，分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算，结果表明，所提出的改进公式在确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际情况更为接近。在对比研究的基础上，进一步说明了提出的改进公式的合理性。     

田湾核电厂人工高边坡的三维数值模拟

在对岩体工程进行数值模拟分析时,岩体力学参数的确定是影响分析结果可靠性的关键步骤。由于岩体受结构面的控制,其变形和强度性质由岩块和结构面的性质共同决定。将岩块视为各向同性介质,其参数可由室内试验测得;将岩体中的结构面视为一种初始损伤,岩体变形参数通过岩块参数的损伤折减来确定。同时,利用Hoek-Brown岩体强度参数预测方程,结合RMR分类,通过弱化处理确定岩体的强度参数。将折减后的岩体变形参数和弱化处理后的强度参数用于田湾核电厂人工高边坡的三维数值模拟,对几种开挖方案进行分析对比,为最终设计提供了合理的挖坡角。     

深埋隧道锚岩体力学参数综合取值研究

深埋岩石工程勘察设计阶段中岩体原位试验工作困难,针对深埋复杂岩体力学参数选取问题,提出在岩体地质分析基础上,综合原位试验和Hoek-Brown准则的岩体力学参数取值方法。该方法首先依据勘探成果分析岩体地质特征,对工程区岩体进行分类,应用Hoek-Brown准则确定各类岩体力学参数并采用经验参数核对校正,确定设计阶段岩体力学参数。最终根据施工开挖揭示地质信息和原位试验,校正设计阶段岩体力学参数。该方法应用于川藏高速公路泸定大渡河特大桥隧道锚区域蚀变二长花岗岩岩体力学参数确定,实例分析表明:岩体原位试验成果离散性大,试验成果难以代表大范围复杂岩体力学参数;Hoek-Brown准则估算岩体内摩擦角与原位试验基本一致,黏聚力则偏高较多,需要采用经验参数校正;复杂岩体力学参数的选取,需在地质分析基础上综合采用各种方法相互验证。     

小观音坝址区岩体弹性波特征及其应用

  利用勘探平硐的硐壁波速和硐间整体穿透波速的测试成果,分析了小观音坝址区岩体弹性波速度的空间分布特征,鉴于该坝址区以自重应力为主的地应力场特征,讨论了岩体弹性波速度与地应力场的关系。在建立岩体弹性波速度与岩体力学参数间关系的基础上,并以岩体波速为桥梁,探讨了岩体力学参数与地应力之间的关系。利用建立的各种关系,对坝址区难以开展现场试验但又需要岩体力学参数的某些地段,可以通过弹性波测试甚至根据空间位置,确定或估算其岩体力学参数,以供坝址区岩体质量评价、岩体力学分析和计算使用。     

节理岩体力学参数的选取与应用

在岩块的变形和强度参数及岩体结构面的野外统计窗资料的基础上，利用损伤力学和Hook-Brown准则进行节理岩体力学参数的选取，从而为岩体工程数值模拟提供较可靠的参数。最后，给出了该方法应用于浙江三门核电厂人工边坡数值计算的实例。     

岩石工程数值分析中选择岩体力学参数的神经元网络方法

讨论了确定岩石工程数值分析中所需输入的岩体力学参数的人工神经元网络法,这种方法的优点是可以考虑的较多非定量的岩体地持同描述。应用实例表明,计算结果与实测结果比较一致。     

工程岩体抗剪强度确定综合方法——GMEM研究

工程岩体的强度由于受到岩性、节理、地下水、温度场等的影响导致其强度的确定成为岩石力学界的一个重大难题。工程岩体具有地质、力学和工程3大特色，其强度的确定也应综合考虑这3种因素。在此基础上，提出利用经验类比、岩体质量评分体系和连通率的方法结合宏观地质条件判断结果综合确定工程岩体强度的方法——GMEM(geology，mechanics and engineering memod)。运用该方法在向家坝等许多工程中得到很好的应用。     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

断续节理岩体渐进破坏数值模拟方法及等效力学参数的测定

工程岩体分级标准一般不考虑工程岩体的本构关系,仅提供黏聚力和内摩擦角,岩石的力学参数及现场小尺度的试验结果也不能直接用于工程计算。针对这一问题,利用岩石及结构面的实测参数建立含随机裂隙的岩体数值模型,模拟裂隙岩体渐进破坏过程,并获取岩体等效力学参数的数值模拟方法。计算结果证实,考虑地应力及卸荷条件下,计算获得的岩体强度参数较基于工程岩体分类体系的经验值高30%~50%,各风化、卸荷区结论一致,数值模拟获得的岩体卸载变形模量与工程实测值反演获得的变形模量一致。采用数值模拟方法获取岩体破坏模式、本构关系及相应的强度、变形参数是可行的。     

裂隙岩体宏观力学参数研究

 裂隙岩体的变形模量及强度特性是工程界关注的焦点,其关键是岩体变形模量及强度的尺寸效应和表征单元尺寸(REV)。根据锦屏二级水电站大理岩裂隙统计分布规律及岩块和结构面力学特性试验成果,确定岩块和结构面的本构模型,建立考虑无厚度裂隙面力学响应的分析模型。研究不同尺寸、不同统计窗裂隙岩体的力学响应特征,并重点研究裂隙岩体变形模量和单轴抗压强度的尺寸效应、REV特征以及各向异性特征。该研究方法为裂隙岩体的宏观力学参数取值提供参考,研究成果也为锦屏二级水电站工程岩体参数取值提供了依据。