Hoek-Brown准则改进及应用

Hoek-Brown屈服准则优点突出,但使用时所需的扰动因子D和地质强度指标GSI值两大参数难以准确获取。对此,总结分析学者们对传统Hoek-Brown准则的改进,提出能较便捷、精准地解决该问题的方法:利用扰动岩体波速VP和岩石纵波波速比值的平方计算扰动因子D,通过岩体纵波波速V_P与岩体RMR值的关系来计算岩体的GSI值。进而,将D和GSI的表达式代入Hoek-Brown准则中,得到新的改进公式。为验证改进公式的合理性,以黄河玛尔挡水电站大坝坝基岩体工程为例,分别对该改进方法计算得到的岩体物理力学参数与Hoek-Brown法计算结果进行对比。结果显示,该改进方法计算结果与Hoek-Brown法计算结果趋势走向一致、数值相差较小。据此,该方法可满足工程应用,尤其是可用于快捷、准确计算出Hoek-Brown准则中的两大参数,进而计算岩体的力学参数。     

岩体非线性特征描述的数值实现及其试验验证

为了采用Hoek-Brown非线性准则描述岩体特征,提出了Hoek-Brown非线性破坏准则的数值实现方法,并对岩体进行了三轴压缩试验的数值模拟,验证了数值计算方法的可靠性,分析了非线性破坏准则中各参数对剪切强度参数的影响.结果表明:通过理论推导可确定Mohr-Coulomb准则中的剪切强度参数与Hoek-Brown准则参数之间的关系;随着地质强度指标GSI的增大,岩体的剪切强度参数c和φ均不断增大,粘结力较内摩擦角对岩体地质强度指标的变化更加敏感;二者随完整岩石的岩体常数mi的变化幅度均不大,地质强度指标GSI对岩体强度的影响大于mi.     

基于钻孔测试的岩体抗剪强度参数取值方法及其工程应用

针对岩体抗剪强度参数取值问题,提出一种利用钻孔测试成果获取岩体抗剪强度参数新方法和新途径。该方法首先建立岩体地质强度指标GSI值与岩体基本质量指标BQ值、岩块饱和单轴抗压强度、岩块天然纵波波速的数学关系式,而后采用钻孔电视对钻孔岩体进行分段。在此基础上,利用钻孔声波和室内岩芯试验等测试成果计算得出相应岩段的BQ值及GSI值。最后,运用Hoek-Brown强度准则,得到每段岩体的抗剪强度参数。经工程应用并对比现场岩体剪切试验结果,本方法在确定岩体抗剪强度参数上具有较好的可靠性。     

基于Hoek-Brown准则的山岭隧道围岩力学参数估计

将围岩岩体分级系统(Q系统)引入到Hoek-Brown强度准则中,引入节理粗糙度、节理充填物的抗剪强度及岩石所受应力3个指标,对地质强度指标(GSI)进行定量化修正,并基于围岩基本质量指标BQ、裂隙组数、围岩节理条件以及Q系统评分值,重新构建一种GSI的定量化分析方法,通过测量扰动前后围岩的纵波波速优化岩体的扰动参数D。基于修正后的Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则进行等效转化,估算岩体的力学参数,通过与实例工程中试验结果进行对比,得知此方法是合理、可行的。     

基于GSI的Hoek-Brown强度准则定量化研究

对Hoek-Brown准则中地质强度指标GSI评分表格进行定量化研究。构建新的GSI量化取值表格,新的量化取值表格解决了岩体体积节理数不能精确确定的问题,并以岩体完整性系数替换岩块体积来解决对岩体完整性合理的定量化取值问题。该表格也采用了区间数理论来表示地质强度指标GSI的不确定性,更为符合现场岩体力学参数取值的实际情况,考虑了野外现场试验资料选择性获取的可操作性,多指标联合确定GSI的最终交集,确保了GSI定量化取值的合理性,为根据室内岩石力学试验合理获取野外岩体力学参数提供了理论依据和过渡的桥梁。     

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。     

基于原位试验和规范的岩体抗剪强度与Hoek-Brown准则估值比较

 简要论述目前岩体抗剪强度确定方法,以黄河上游玛尔挡水电站坝基岩体为例,在岩体质量分级基础上,引入规范建议值及现场原位大型剪切试验结果,建立岩体抗剪强度指标与BQ岩体质量分级的相关关系。同时利用实测资料建立BQ与GSI的相关关系,运用Hoek-Brown准则估算各试验点岩体的抗剪强度指标。结果表明,采用该研究成果较符合工程实际,而采用Hoek-Brown准则估算的等效内摩擦因数偏小,黏聚力则偏大很多。误差分析表明,这一结果主要是由Hoek-Brown准则中最小主应力的取值范围引起的,据此提出公式应用中需注意的问题及相应解决方法。     

一种确定节理岩体残余强度参数方法的探讨

 岩体的地质强度指标(GSI)集中考虑岩体结构和结构面表面特征2个方面的因素,已被广泛地应用于岩体强度参数与变形参数的计算中。在GSI系统的基础上,采用残余GSI量化评价方法,通过对峰值地质强度指标GSI进行折减,以得到残余地质强度指标 ,据此来计算节理岩体的残余强度参数。首先,结合岩体分类指标法(RMi),在 和 的基础上探讨残余岩块体积 和残余节理条件系数 取值的确定方法;然后,由 和 计算出 ,据广义Hoek-Brown准则计算出节理岩体的残余强度参数,重点对4种典型岩体的残余强度取值进行分析,讨论残余岩体体积对岩体残余强度参数的影响;最后,通过对岩体原位剪切实验数据和一桥墩承台开挖边坡的稳定性反分析,证实基于 指标的节理岩体残余强度参数确定方法的合理性和可靠性,为节理岩体残余强度参数的确定提供一条新的思路。     

大体积节理化岩体强度与力学参数

节理化岩体强度与力学参数可根据Hoek-Brown准则进行估计。然而，推广之后的Hock-Brown准则确定地质强度指标GSI时对岩体结构的划分缺乏定量的描述。当评价大体积节理化岩体的地质强度指标GSI时，为使大体积节理化岩体结构的描述定量化，引入Jv(节理数／m^3)。通过算例，说明了应用这一方法的具体过程，这为大体积节理化岩体强度与力学参数的估计提供了新的简便、经济、实用的方法。     

基于钻孔岩芯的RQD_I值获取泥岩地质强度指标(GSI)的方法应用研究

地质强度指标(GSI)是Hoek-Brown准则中重要的参数,其值主要是根据岩体结构和节理条件获取。在工程实践中,由于缺乏可具体量测的典型参数,GSI的取值主观性很强。在Hoek的GSI计算公式的基础上,基于对地铁勘察中钻孔岩芯的描述,引入RQD_I值确定岩体结构,并结合节理的粗糙程度和蚀变程度,建立一个新的GSI值计算公式。根据Hoek-Brown准则,利用该GSI值计算出泥岩的变形模量E_m,结果与勘察单位给出的建议值很接近,说明该方法具有一定的可行性。     

基于区间理论与GSI的岩质边坡稳定可靠性分析方法

针对采用结构面表面特征与岩体结构的定性描述确定岩体地质强度指标GSI存在较强主观性的特点,首先以结构面表面等级SCR与岩体结构等级SR对其进行量化处理,并根据组成SCR与SR的量化指标取值过程中所具有的不确定性,采用区间值表示参数取值,建立岩体量化GSI区间值确定方法;其次,根据Hoek-Brown准则等效岩体抗剪强度参数转换关系,采用区间数学理论建立出岩体力学参数区间值确定方法;然后,通过区间组合法求解岩质边坡安全系数区间值,并在确定安全系数要求值的基础上采用非概率可靠性分析方法进行稳定可靠性评价,进而建立出基于区间理论与GSI的岩质边坡稳定可靠性分析方法;最后,将其应用于分析湖南省柘溪水电站进水口高边坡稳定性,结果表明该方法具有一定的合理性与可行性。在缺乏现场岩体力学试验与大量样本数据的情况下,该方法为岩质边坡从岩体力学参数确定到稳定可靠性评价提供了一条新途径。     

一种基于GSI弱化的应变软化模型

Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏模型是目前运用最广泛的两种岩体破坏模型。为了能够直观地描述围岩高应力条件下的脆性破坏,众多学者提出基于这两种破坏模型的岩体参数取值方法,主要包括基于Mohr-Coulomb模型的CWFS模型以及基于Hoek-Brown模型的DISL模型和BDP模型。上述模型在表征岩石的脆性破坏方面均有一定的适应性,但是由于存在高围压条件下的硬化现象以及参数取值物理意义不明确等问题,其在实际工程中的应用受到一定限制。在上述模型的基础之上进一步研究Hoek-Brown破坏模型的参数取值规律,在分析地质强度指标GSI值在岩石压缩变形过程中的变化规律的基础上,通过构建地质强度指标GSI值与围压以及塑性应变的函数关系式,建立一种新的基于GSI弱化的应变软化模型——GSI弱化应变软化模型;然后通过锦屏二级水电站白山组大理岩以及Tennessee大理岩三轴压缩试验数值模拟对该模型进行验证。分析表明：该应变软化模型能够较好地模拟大理岩的三轴力学特性。最后运用该模型评价锦屏二级水电站引水隧洞开挖松弛范围,可为岩体开挖支护提供一定参考。     

热损伤大理岩三轴力学特性及强度模型

高温作用会引起岩石热损伤。对经历20℃(常温),200℃,400℃和600℃温度处理后的粗粒大理岩试样开展40 MPa围压范围内的常规三轴压缩试验,研究热损伤对孔隙率、纵波波速、裂纹发育的影响,分析高温处理和围压共同作用下大理岩的强度与变形特征,并采用GSI弱化方法,基于Hoek-Brown模型提出一种可以描述热损伤岩石强度规律的GSI弱化模型。结果表明:随热处理温度升高,热损伤微裂纹逐渐增多,孔隙率增大,纵波波速迅速下降,岩石的延性得到显著增强;热损伤作用会显著降低岩石的强度,而随着围压逐渐增大,不同温度处理后的岩石强度逐渐趋于一致,表明在高围压条件下围压是影响岩石强度的主要因素;通过试验数据和3组热损伤大理岩试验数据验证可以发现,提出的GSI弱化模型可以较好地反映热损伤岩石的强度随围压的变化规律,GSI指标的变化可以表征热损伤程度的大小。     

隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线耦合分析

目前,多数关于开挖面空间效应的研究仅采用弹性与理想弹塑性模型进行分析。然而,具有不同地质强度指标（GSI）的岩体呈现不同的峰后破坏模式,应采用合适的力学模型计算表征空间效应的隧道纵向变形曲线。同时,可将相同模型下围岩特征曲线与之进行耦合,从而指导隧道支护设计。提出了一种简便的基于有限差分法的分析方法,该法可计算Hoek-Brown与Mohr-Column屈服准则下,采用理想弹塑性、弹脆塑性、应变软化模型的隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线。利用已有研究成果,验证了方法的合理性,并比较了不同GSI范围与不同力学模型下开挖面后部某一位置处的虚拟支撑力。结果表明：GSI越大,3种模型下对应的虚拟支撑力差别越大,更应如实考虑岩体峰后力学行为;GSI中等或较高时,离开挖面距离小于约0.8倍洞径时,理想弹塑性模型设计偏于保守,但大于此距离时情况相反。     

基于岩芯分级的Hoek-Brown准则参数研究及应用

 地质强度指标(GSI)是Hoek-Brown准则中重要的参数,由于缺乏可具体测量的典型参数,GSI的取值主观性很强。基于工程钻探勘察中对片麻岩岩芯的研究,用野外典型完整岩芯照片和节理面照片代替GSI图里岩体结构的素描图,提出完整岩芯长度指标(RCL)和节理条件(Jc)两参数辅助GSI量化研究;最终建立一个直观的基于岩芯分级的通用GSI图。该GSI图与E. Hoek的方法相比主观误差小,根据该图计算出来的地基极限承载力与地勘单位建议值相比差值很小、精度高,该表可在场地钻探初期岩体力学参数的估算中推广使用。     

广义Hoek-Brown准则中强度折减系数的确定

 稳定性系数是边坡安全性评价的关键指标,但对适用于岩体特性的Hoek-Brown准则的折减存在标准不统一或计算复杂的特点,有必要确定合适的强度折减方案和系数。将广义Hoek-Brown准则(2002)与强度折减原理相结合,以三峡库区狮子包高边坡为模型,通过改变坡高、坡角和参数,以7种对岩石单轴抗压强度?ci、地质强度指标GSI和岩石材料常数mi的简化折减方案,研究狮子包高边坡的稳定性,并对稳定性系数和抗剪强度进行误差分析,确定广义Hoek-Brown准则的最优强度折减方案。研究结果表明,对广义Hoek-Brown准则的强度折减可通过同比折减参数?ci和GSI获得,此时数值计算与极限平衡法(Morgenstern-Price)确定的高边坡稳定性系数相对误差平均值为6.9%,方差为6.9%,抗剪强度相对误差为4.98%。这对广义Hoek-Brown准则在岩质边坡稳定性数值计算中的广泛应用有一定理论意义和价值。     

深部软弱岩体峰后等效力学模型及数值计算研究

软弱岩体给深部开采工程中的巷道支护等带来一系列棘手的问题,深入研究深部软弱岩体峰后非线性破坏行为,对于保证深部巷道围岩的安全稳定性具有十分重要的意义。基于连续介质理论及量化GSI围岩评级系统,依据Hoek-Brown强度准则,通过理论分析并结合前人的研究成果详细论证了等效节理岩体应变软化模型在深部岩体力学理论上的科学性与可行性。采用程序语言在FLAC^3D中编写等效节理岩体应变软化模型,分别采用常规弹塑性模型与应变软化模型对比分析深部围岩开挖面空间效应曲线;结合深部竖井支护工程设计及现场应用等进行了算例验证。得出结论如下：等效节理岩体应变软化模型所体现软弱岩体峰后强度参数衰减规律表明：岩体峰后行为受岩体质量等级和围压的影响较大,围岩在峰后卸载过程中软化参数并不是恒定值,而是随着围压的大小而变化;通过对深部软弱围岩开挖面空间约束效应曲线的计算可知,基于Mohr-Coulomb和Hoek-Brown强度准则的理想弹塑性模型计算结果基本一致,弹塑性模型与应变软化模型的计算结果相差较大,主要体现在中等地质指标范围;现场实际应用表明,等效节理岩体应变软化模型能够较为真实的反映深部软弱岩体的峰后力学行为,并在围岩地质强度指标与岩体连续介质理论之间建立联系,便于工程应用,并可为类似工程提供借鉴。     

Hoek-Brown准则的改进及在大光包滑坡滑带碎裂岩体力学强度评价中的应用EI北大核心CSCD

针对目前大光包滑坡滑带碎裂岩体力学强度参数缺乏研究这一问题,提出基于改进后的Hoek-Brown准则获取岩体力学强度参数的新方法。该方法首先通过岩体基本质量指标BQ、岩体结构等级SR、结构面表面等级SCR与结构面条件因子J_c分别对地质强度指标GSI进行量化取值;在此基础上,建立由岩体基本质量指标BQ估算扰动参数D的计算公式;并以现场调查和室内岩石力学试验为基础,将改进后的方法代入Hoek-Brown准则中,对大光包滑坡滑带碎裂岩体的力学强度参数进行评价。与E.Hoek建议法相比,改进后的方法获取的岩体力学参数偏小,更为接近前人研究中的建议值,证明该方法具有一定的合理性。     

Hoek-Brown准则的改进及在大光包滑坡滑带碎裂岩体力学强度评价中的应用

针对目前大光包滑坡滑带碎裂岩体力学强度参数缺乏研究这一问题,提出基于改进后的Hoek-Brown准则获取岩体力学强度参数的新方法。该方法首先通过岩体基本质量指标BQ、岩体结构等级SR、结构面表面等级SCR与结构面条件因子J_c分别对地质强度指标GSI进行量化取值;在此基础上,建立由岩体基本质量指标BQ估算扰动参数D的计算公式;并以现场调查和室内岩石力学试验为基础,将改进后的方法代入Hoek-Brown准则中,对大光包滑坡滑带碎裂岩体的力学强度参数进行评价。与E.Hoek建议法相比,改进后的方法获取的岩体力学参数偏小,更为接近前人研究中的建议值,证明该方法具有一定的合理性。     

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...