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1、ISSN1671-2900采矿技术第9卷第4期2009年7月CN43-1347/TDMiningTechnology,Vol.9,No.4July2009基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数计算12于加云,漆泰岳(1.中铁隧道勘测设计院有限公司,天津300122;2.西南交通大学土木工程学院,四川成都610031)摘要:在确定岩体地质强度指标(GSI)的基础上,通过将Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则相互变换的方法来求得节理岩体的力学参数。通过算例说明了这种方法的具体计算过程,并
2、分析了岩体强度参数C,φ值与围压的关系,得出了一些结论。关键词:地质强度指标;Hoek-Brown准则;Mohr-Coulomb准则;节理岩体;力学参数Hoek-Brown准则由于考虑了岩体的节理条件0前言及低应力区和拉应力区的强度特性,比较符合工程在地下工程的修建及很多相关的岩土工程中,实际。一些研究发现,Hoek-Brown准则在低压应常常遇到含有大量节理的岩体,为了确保施工、运营力区和拉应力区的强度特性比Mohr-Coulomb准则[1,2]中的安全性,就需要确定这种岩体的力学参数以供更接近于岩体实
3、际。因此,软弱破碎围岩中,在设计参考。岩体抗剪强度参数C,φ值反映了岩体较低的围压(支护强度)作用下,采用Mohr-Cou2抗剪断能力的大小,与岩体自身的性质有关,也与影lomb准则判断岩体是否屈服破坏时,按照Hoek-响岩体性质的环境条件,如应力状态有关。由于在Brown准则获取岩体力学参数,将会使数值分析结岩体工程中多将莫尔破坏圆的包络线近似看作直果比较接近实际。本文基于Hoek-Brown准则的线,所以C、φ值不随应力状态而改变,在确定的工GSI指标和完整岩石的强度特征来分析并计算Mohr程地质单元
4、内看作为常量。但是由实验资料可知,-Coulomb准则所需的岩体等效力学参数。当围压较大时,莫尔圆包络线向下弯曲,不能近似为1岩体力学常用屈服准则直线,C、φ值可以看作为包络曲线某点切线在纵轴1.1Mohr-Coulomb屈服准则的截距和斜率,它们在不同的法向应力条件下各不以最大主应力和最小主应力表示的Mohr-相同,即C、φ值随着应力状态的变化而发生改[1]Coulomb屈服准则为:变。Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则对2Ccosφ1+sinφ应的曲线关系如图1所示。σ1=+σ3(
5、1)1-sinφ1-sinφ1.2Hoek-Brown屈服准则Hoek和Brown于1980年根据岩石形态方面的理论和实践经验,通过对几百组岩石三轴实验和大量岩体现场测试资料的统计分析,得到了岩体在破坏时极限主应力之间的关系式:2σ1=σ3+mσcσ3+sσc(2)式中:σ1———岩体破坏时的最大主应力;σ3———作用在岩体上的最小主应力;σc———岩石单轴抗压强度;m、s———参数,取决于岩体性质以及达到σ1图1Hoek-brown准则与Mohr-coulomb和σ3之前岩体破坏程度,m=准则相对应的图
6、形关系0.001～25,对严重扰动的岩体取于加云,等:基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数计算450.001,对于坚硬完整岩体取25,s=以河南省陈四楼煤矿巷道支护工程为背景,根0～1,对破碎岩体取0,完整岩体取1,据现场地质勘查,围岩属于软弱破碎类型,岩石单轴在工程实践中可查表直接估算m和s。抗压强度为25MPa,围岩立方体积节理数为25,表Hoek-Brown屈服准则由于考虑了岩体的节理面风华严重,表面条件较差,通过查表可知该类岩石条件及低应力区和拉应力区的强度特性,比较符合的地质强度指标为GS
7、I=30,常数mi为10,取D工程实际。因此,它已成为工程界广泛应用的强度为0。准测。由式(4)、(5)、(6)得:近年来,Hoek-Brown对该准则进行了推广,考mb=0.821;s=0.00042;a=0.5虑岩体的地质环境,提出了地质强度指标GSI(geo2由式(3)得:logicalstrengthindex),该指标与岩体的结构特性、表σ1=σ3+20.5205σ3+0.2625(10)面风化程度及表面粗糙性有关,推广后的Hoek-[3,4]根据Hoek-Brown建议,σ3max的取值为σc
8、/4;Brown屈服准则为:对于地下开挖工程,由于开挖面的围压很小,开挖面mba[4]σ1=σ3+σc(σ3+s)(3)建议取σ3max=0～5MPa。在σ3max的取值范围内,σc取8组等间距分布的σ3值进行回归计算。GSI-100mb=miexp((4)式(8)中的k,b回归计算公式为:28-14DGIS-100rσ1rσ3s=exp()(5)rσ1σ3-9-3Dnk=21-GSI/15-20/32[rσ3]a=0.5+(
