基于广义Hoek-Brown准则边坡稳定性分析强度折减法

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1、万方数据第2l卷第l期2010年3月中国地质灾害与防治学报TheChineseJoumalofGeologicalHazardandControIV01．2lNo．1Mar．2010基于广义Hoek-Brown准则边坡稳定性分析强度折减法陈昌富，翁敬良(湖南大学岩土工程研究所，湖南长沙410082)摘要：目前的强度折减法大多基于Mohr-coulomb准则，而较少基于Hoek—Brown准则。为了在Hoek—Brown准则中实施强度折减法，并使其得到的结果与Mohr-coulomb准则中强度折减法得到的结果等效，本文利用Hoek—Bmwn准则参数m、s、盯。与

2、粘结力c和内摩擦角妒之问的关系，在Hoek-Brown准则中同时对m、s实施强度折减，通过理论推导得到m、5折减系数之间的关系；并进一步推导得到m、5折减系数与基于Mohr．coulomb准则强度折减系数之间的关系；最后，由FLAC”软件建立计算模型，采用所确定的折减方法计算边坡的安全系数，并将该结果与极限平衡法所得到计算结果进行比较，结果表明：本文确定的折减方法与极限平衡法所得到的安全系数的相差仅1．76％，验证了本文所确定的强度折减法的可行性。关键词：Hoek．Brwn准则；Moh卜coulomb准则；强度参数；极限平衡法；FLAC”软件文章编号：1003

3、-8035(20lO)0l一0013—06中图分类号：Tu457；P642文献标识码：AO引言Hoek．Brown强度准则是可以估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则⋯。经过20余年的发展，5次较大的改进H。1，它已成为岩体强度预测及稳定性分析领域应用最广泛的准则之一，并在极限平衡法中已经得到广泛应用伸。引。强度折减法是一种边坡稳定性分析重要方法，其原理是逐渐折减边坡的强度参数，直到临界失稳状态，此时所对应的折减系数即为边坡的整体安全系数。目前，强度折减法主要针对Mohr．coulomb准则进行实施，即对抗剪强度参数粘结力c、内摩擦角p进行折减，从而得到边

4、坡的安全系数¨11。但Moh卜coulomb准则对岩体强度的描述有一定局限性，如不能解释低应力区对于岩体的影响。只能反映岩体的线性破坏特征等¨引。Hoek．Brown经验强度准则则能够反映岩体的固有特点和非线性破坏特征，弥补了Moh卜coulomb准则的不足，符合边坡岩体的变形特征和破坏特征¨3_143。文[11]认为在强度折减的过程中，Hoek—Br唧n强度准则参数m、s、矿。i的折减系数满足联=K，E=1。本文利用Hoek—Brown准则参数m、s、盯。；与粘结力c和内摩擦角9之间的关系，在Hoek．Brown准则中同时对m、s实施强度折减，通过理论推导得

5、到m、s的折减系数之间的关系。并进一步推导得到m、s的折减系数与基于Mohr-coulomb准则强度折减系数之间的关系，从而使本文所确定的强度折减法得出的安全系数能够用基于Mohr．coulomb准则强度折减法所定义的安全系数K来表达。最后，在算例中用FLAc30软件建立计算模型，采用所确定的折减方法计算边坡的安全系数，并将该结果与极限平衡法计算所得到的结果进行比较，验证所确定的折减方法是可行的。1Hoek—Brown强度准则1．1Hoek-Brown强度准则简介Hoek—Brown强度准则的特点之一是实现了以一定的数学方式对岩体应力分量进行规则化，并使之与岩

6、体材料属性相联系。同时，广义Hoek—Brown屈服准则既可表示为主应力形式，也可表示为破坏面上的正应力和剪应力形式，因此可以十分方便地用于屈服面的强度估计，比如边坡的潜在破坏面的确定等¨51。Hoek—Brown屈服准则定义了岩体产生破坏的最大和最小主应力关系，对于完整岩石有⋯：收稿日期：2009·08—25；修订日期：2009-09—29基金项目：国家自然科学基金(50878082)作者简介：陈昌富(1963一)，男，湖南祁东人，教授，博士生导师，主要从事边坡与支挡结构、地基处理等研究。E-mail：cfchen@163．com万方数据14中国地质灾害与防

7、治学报ZHONGGUODIZHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBA02010年⋯¨盯“√m，薏“(1)式中：矿“——岩石单轴抗压强度；m；——完整岩石经验常数，与岩石类型有关，主要反映岩石的软硬程度，取值为5—40，岩石越硬取值越大。岩体破坏时的最大和最小主应力满足”1盯。=盯，+％(m。旦+s1(2)式中：m¨s、n为与岩体节理等不连续面有关的参数，均可表述为如下尺肘R的函数。⋯哗xp(端)．，尺MR一100、一麟p11丽J口：{+丢(e—R村R门s—e—z。力)口2虿+百‘e1⋯“”一e“⋯’)(3)式中：R肘尺值是根据岩块的单轴抗压强度、岩芯的RQ

8、D值、节理间距、节理条件、地下水的作用