国际水电工程岩体抗剪强度参数估算方法

结合国外某水电工程实例,介绍了国外岩体工程中广泛应用的Hoek-Brown经验强度准则。摘录国外某水电工程地质勘察报告中岩体抗剪强度参数估算成果,与我国规范地质建议值比较,得出结论:运用Hoek-Brown准则估算的岩体抗剪强度参数与我国规范地质建议值相比值略小、值偏大。最后提出,运用Hoek-Brown准则估算岩体抗剪强度参数,核心参数地质强度指标GSI主要依赖地质师的经验判断取值,所以,地质师的工程经验判断是关键,这一点与国内水电工程地质工作是一致的。     

基于Hoek-Brown准则的地下洞室围岩稳定性分析

基于Hoek-Brown准则，针对该准则中与围岩稳定性相关联因素，如最大主应力σ₁、最小主应力σ₃、岩石强度指标GSI和岩石单轴抗压强度σ_ci,对水电站大型地下洞室围岩稳定性的影响开展分析，建立相关数值计算模型和方案，分析σ₁、σ₃、GSI和σ_ci影响下大型地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律。研究结果表明：根据不同σ₁、σ₃、GSI和σ_ci条件下地下洞室围岩变形、塑性区深度的变化规律，可将围岩变形和塑性区深度划分为3个阶段：基本不变阶段、缓变阶段、陡变阶段。根据洞室围岩的塑性区特征，并结合洞室变形趋势等可将围岩变形和塑性区划分为自稳域、可控域、不可控域，得到基于Hoek-Brown准则的水电站地下洞室地应力-岩体强度-围岩稳定关系。自稳域对应地下洞室围岩处于稳定或基本处于稳定状态；可控域对应围岩有一定的变形或松弛破坏，但在一定支护策略下可控制变形或维持围岩稳定；不可控域对应围岩变形或松弛...     

Hoek-Brown准则参数对边坡稳定性影响的敏感性分析

Hoek-Brown经验强度准则具有能够反应岩体的固有特点和非线性破坏特征,解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等特点,已成为岩体工程中应用最广泛的准则之一。但是,在确定Hoek-Brown准则参数时主观因素影响较大。分析了Hoek-Brown准则中完整岩石经验常数mi、完整岩体单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、岩体弱化因子D等参数对内摩擦角φ、粘聚力c以及边坡安全系数F影响的敏感性,以期对Hoek-Brown准则参数取值提供帮助。     

西部某电站基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数取值分析

以西部某水电站岩体参数获取为例,在已有单轴抗压试验、平硐素描基础上,利用Hoek-Brown准则进行抗剪强度参数和变形模量等参数取值。由Hoek-Brown准则获得的参数与水电规范法获得的参数进行对比分析可知,对于西部复杂地质条件下的参数取值,HoekBrown准则的引入,具有一定的可行性。总体而言,抗剪强度参数中黏聚力c和变形模量E均偏低,摩擦系数f偏高,形成这样差异的原因是GSI值的判定存在人为因素的影响,仍需要对其参数进行修正,并期望可用于指导本工程的施工。     

Hoek-Brown准则在软岩～中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用——以陕西省延安市龙安水利枢纽工程为例

通过基于Hoek-Brown准则的地质强度指标GSI,结合岩体质量分类,对陕西省延安市龙安水利枢纽坝基岩体力学参数进行了分析研究。结果表明,经过修正后的GSI指标与岩体质量分类确定的岩体质量等级经验值基本吻合,GSI可应用于砂泥岩互层地区岩体力学参数的确定。该方法可在原位试验资料不足的情况下,为砂泥岩层地区力学参数的选取提供一定的参考价值。     

三峡水库消落带斜坡岩体劣化过程地质强度指标研究

三峡库区消落带岩体劣化研究多针对室内岩样,难以应用到现场岸坡稳定性分析评价中。本文开展了水库实际运行状态下原位跨孔声波测试和井下电视,获取了不同深度下岩体物理力学参数,改进了GSI系统对岸坡劣化带岩体的描述,拓展了广义Hoek-Brown(H-B)准则在劣化带岩体强度动态评价中的应用,得出主要结论如下:广义H-B准则可以评估、描述原位岸坡岩体强度,结合水位循环消落原位跨孔声波测速,改进并构建了GSI量化取值方法;GSI结合广义H-B准则得到的特征深度强度包线表明,三轴受压应力状态可以提高岩体强度,且可明显抑制岩体劣化;脆-延转换线σ1=4σ3计算的H-B准则适用范围表明GSI系统对岩体劣化评价有宽泛的适用性,且随着GSI下降适用范围下降;通过指数回归构建了考虑劣化过程的GSI(t)、Erm(t)时效曲线,并基于GSI(t)解得不同深度结构面处二、三维强度劣化包线。强度劣化包线显示表层结构面的劣化敏感性高于深层,且表层受劣化影响H-B准则适用范围下降最明显;结合多层面GSI(t)曲线可得三维结构面GSI(t,h)时空函数。这种基于消落带原位跨孔声波的GSI(t)时效函数以及二、三维结构面强度劣化包线分析方法为岸坡岩体劣化评估、稳定性分析和工程治理提供了更加科学合理的新途径。     

基于Hoek-Brown极限平衡理论下的边坡稳定敏感性分析

研究Hoek-Brown准则中表征岩体性能的不同参数对边坡稳定性的影响,介绍了Hoek-Brown准则与极限平衡法相结合的边坡安全系数计算方法,结合灰关联度理论,利用Geo-slope软件中的Slope/w模块,结合岩体单轴抗压强度σ_(ci)、岩体性状m_i、地质强度指标GSI,以及岩体扰动因子D四个参数对某岩质边坡进行了单因素敏感性分析。结果表明:岩体的单轴抗压强度和地质强度指标是影响岩质边坡稳定的关键因素。灰关联度法简单方便,可直观准确地获取主要因素和次要因素,能广泛应用于边坡稳定性分析中,为量化边坡稳定敏感性分析提供了一种有效的方法。     

水工隧洞岩体覆盖层厚度数值计算及其分析

随着科技的发展,水工隧洞可用于灌溉、发电、供水、排涝、输水和通航,这会导致覆盖层厚度受到多方不良条件的影响。通过优化传统算法,以弹塑性力学方法为基础,计算最符合实际条件的覆盖层厚度并对其进行分析。结果表明,运用Mohr-Coulomb与Hoek-Brown破坏准则可以有效推出圆形水工隧洞有无衬砌两者情况下的覆盖层厚度公式。在无衬砌情况下,Mohr-Coulomb准则计算结果为覆盖层厚度与抗剪强度指标呈负相关;Hoek-Brown准则考虑到D、GSI、m_i值等因素影响,得出岩石坚硬程度为定值或是降低,GSI指标与覆盖层厚度均为负相关;在有衬砌情况下,衬砌内为弹塑性界面,覆盖层厚度与衬砌黏聚力呈正相关,与衬砌内摩擦角呈负相关;岩体内为弹塑性界面,覆盖层厚度与岩体黏聚力、衬砌黏聚力和内摩擦角呈负相关,与岩体内摩擦角呈正相关,而且衬砌形式的水工隧洞覆盖层厚度远远不及无衬砌水工隧洞。研究结果可为实际工程提供参考与借鉴。     

上海某地铁隧道衬砌内力及沉降变形分析

依据上海市地铁15号线某区间岩土勘察所获得的地层资料,采用惯用法对地铁隧道衬砌内力进行计算与分析。针对地铁盾构施工引起的地表沉降问题,本文分别采用Peck公式计算、 FLAC3D软件模拟两种方法对上海地铁15号线某区间盾构隧道施工引起的地面沉降进行了计算与分析,得出了不同地层损失率及不同强度混凝土注浆支护下的地表沉降值,对国内地铁建设具有一定的指导与参考意义。     

层状复合岩体的改进Hoek-Brown强度准则研究

Hoek-Brown强度准则是岩土工程领域应用最为广泛的强度准则之一,但其最初只适用于各向同性岩体。通过将层状复合岩体考虑为横观各向同性材料,引入各向异性状态参数(被定义为材料微观结构偏张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量),并将该参数与Hoek-Brown强度准则耦合,建立了层状复合岩体的强度准则。结合干燥和饱和状态下的千枚岩、板岩和沉积石英岩的三轴试验结果对计算结果进行验证,结果表明改进的Hoek-Brown准则能较好地预测层状复合岩体的破坏强度。     

软弱岩体中圆形隧道挤压变形临界应变研究

 预测隧道挤压程度对设计者至关重要,因此对挤压状态临界应变的研究是很必要的。由于软弱岩体中Q或RMR岩体分类使用效果欠佳,引入GSI代替Q或RMR,并在前人的基础上推导了圆形隧道发生挤压变形的临界应变公式。采用工程实例进行了验证,计算结果符合实际观测结果。最后,依据Hoek－Brown强度准则推导了静水压力状态下圆形隧道挤压变形的临界应变解析表达式。对于埋深很深的隧道,侧压系数近似为1,因此可以采用推导的解析解确定隧道挤压状态。     

Hoek-Brown强度准则在深部岩体力学参数估算中的应用研究

以H-B强度准则为基础的岩体力学参数估算方法综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,可更好地反映岩体的非线性破坏特征。以锦屏二级深埋大理岩为例,引入深部岩体完整性系数K_V改进深部岩体GSI值确定方法,在此基础上详细分析了这一估算方法对深部工程岩体的适用性。结果表明:H-B强度准则中4个参数互相独立,且与围压应力状态无关,应用于深部岩体力学参数的估算是可行的;深部岩体完整性系数K_V可反映岩体内部各种结构面的发育程度和岩体开挖受扰动程度,岩体完整性系数K_V的引入,使深部岩体GSI值的确定更加客观;采用室内常规三轴试验结果参数σ_ci和m_i的值是比较合适的。采用上述方法估算获得锦屏深埋大理岩的强度包络线表现出明显的非线性,在中高围压阶段 (15 MPa<σ₃<40 MPa),其内摩擦角降低了32%,但黏聚力则是低围压阶段的近3倍。     

基于Hoek-Brown强度准则的硬石膏采房群稳定性分析

如何合理地评价硬石膏采房群或采空区的稳定性对保证安全生产、处治现有采空区具有重大的意义。选取山东肥城某石膏矿为工程实例,通过室内试验获取硬石膏岩石的物理力学参数;结合现场调查和室内试验结果,采用广义Hoek-Brown强度准则和地质强度指标估算了硬石膏岩体强度;运用FLAC^3D5.0建立数值仿真模型,评价了硬石膏采房群的整体稳定性。基于广义Hoek-Brown强度准则的单元安全系数法(ESFM),定量分析了硬石膏采房群的局部稳定性。结果表明:该硬石膏开采完形成的采房群围岩体塑性区大量贯通,房柱基本破坏;房柱围岩单元的单元安全系数介于0.9~1.1之间,处于欠稳定状态甚至不稳定状态;该硬石膏采房群整体稳定性和局部稳定性差。因此,应优化硬石膏的采矿方法或采取必要的支护以保证安全生产。研究结果为采房群稳定性分析提供了参考。     

Hoek-Brown强度准则在隧道岩体稳定分析中的应用研究

Hoek-Brown强度准则适宜于描述完整岩石或节理岩体的破坏特征,并在岩体工程中得到了广泛应用。基于Hoek-Brown强度准则对某隧道工程岩体稳定进行分析,并与Mohr-Coulomb强度准则计算进行比较。结果表明:Hoek-Brown强度准则计算得到的关键点位移、塑性半径及塑性区范围均稍大于Mohr-Coulomb强度准则的结果;Hoek-Brown强度准则能够反映施工开挖扰动对岩体力学参数的影响。同时,假设施工扰动系数从隧道内向外逐渐减小,应用Hoek-Brown强度准则研究了开挖扰动程度对隧道塑性半径的影响规律。研究表明:随着扰动的增大,塑性半径非线性增大。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

地质雷达在地铁隧道深度探测中的应用

根据大连地铁5号的工程实例,运用瑞典地质雷达对隧道区间进行深度探测,分别介绍了溶洞、裂隙、富含水以及软弱夹层探测中雷达图像的特征。给予了一些施工建议,提早预防工程灾害。可以为地质雷达在隧道不良地质深度探测中积累一些经验并为以后相似工程提供借鉴。     

基于Hoek-Brown方法的强度参数取值及水电工程应用与案例分析

西部水电工程普遍处于高应力和复杂地质环境下,强度参数取值受到岩性多样化、围压效应等因素的影响,引入和使用Hoek-Brown参数取值方法,有助于更好地服务于水电工程实践。对比了Hoek-Brown经验取值方法与水电经验取值方法,介绍了Hoek-Brown经验取值方法中与影响因素分别相关的岩性指标、地质强度指标独立参数的具体取值依据与实现过程,并阐述了与西部水电工程密切相关的实际应用方法,分别进行了锦屏二级水电站、锦屏一级水电站应用验证,证明了Hoek-Brown经验取值方法在西部水电工程中的高适应能力。     

Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩力学参数估算中的应用

白云岩砂化是滇中引水工程玉溪段面临的典型地质问题之一。砂化白云岩物理力学参数的准确获取可以为施工和设计提供依据,保障隧洞施工人员的生命财产安全,具有重要的工程意义。强烈砂化白云岩因其岩体结构较为破碎,难以通过制作标准试样进行室内试验获取岩体力学参数。基于此,为了快速获取强烈砂化白云岩岩体力学参数,通过现场调查以及针贯入试验,运用Hoek-Brown强度准则对其岩体力学参数进行估算,并将估算结果与现场岩体平硐试验结果进行对比。研究结果表明：通过Hoek-Brown强度准则估算的强烈砂化白云岩力学参数绝大部分值落在试验值区间内,Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩岩体力学参数估算中运用效果良好。根据估算结果给出研究区强烈砂化白云岩的岩体力学参数建议值,可为工程建设提供支撑,具有一定的推广价值。     

Estimation of slope stability by N. N. Maslov's “Fp” method with the use of the Hoek-Brown failure criterion and Bieniawski-Barton geotechnical GSI rock classification

Conclusions 1. For both methods (Maslov's “Fp” method and method of minimum horizontal stresses) the profile of a stable slope has a curvilinear outline, steeper in the upper part of the slope and more gently sloping in the lower (Table 1 and Figs. 3, 4, and 5). In the case of using the Hoek-Brown criterion and weak rock masses, this tendency is expressed more strongly (Table 1 and Figs. 4 and 5). Examples 3, 4, and 5 (Table 2) show a very good coincidence of the results obtained by Gordeev's SSERS method [10] and method of minimum horizontal stresses. In the case of relatively strong rocks concavity of the surface of the slope calculated by the method of minimum horizontal stresses is expressed very weakly. Therefore, the arithmetic mean values of the angle of stable slope α and the values determined with a maximum height of the slope differ little (Table 2). For the same strength criterion a steep slope is always obtained by the method of minimum horizontal stresses compared with Maslov's “Fp” method (Table 1, Figs. 3, 4, and 5). If it is assumed that the actual value of the horizontal stress in the mass is in the limits of its maximum (3) and minimum (19), (19HB), (25) values, the real profile of a stable slope should be between the profiles calculated by both methods. For relatively great heights of the slopes and GSI≤50 the combined use of Maslov's “Fp” method and the method of minimum horizontal stresses derived on the basis of the Hoek-Brown failure criterion and Bienawski-Barton GSI classification is recommended. Of course, these methods can be used also for a multilayer mass. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 7, pp. 49–54, July, 1998.     

浅埋暗挖车站施工对周边建筑等环境变形的控制

为了研究城市复杂地质条件下的暗挖车站结构设计及施工对上部结构等周边环境的影响,以徐州地铁１号线车站为工程背景,通过数值模拟计算ＣＲＤ工法施工过程引起的隧道及地表沉降变形,同时基于隧道拱顶以及上部地表竖向位移监测数据,分析影响地表沉降因素,结果表明:当隧道开挖下穿已有上覆建筑结构时,上覆结构会明显抑制由隧道开挖引起的地表沉降量,约降低３０％ ～５０％;地表沉降达到稳定所需时间也有显著降低;在洞内采用ＣＲＤ工法分断面施工以减小对周边环境的变形影响,暗法隧道施工采取适当措施能有效控制地层沉降,对上部建筑结构和周边地层影响可以控制在允许范围内。