基于HoekBrown准则的岩体力学参数计算

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1、万方数据ISSN167l一2900CN43一1347／TD采矿技术第9卷第4期MiningTechnology，V01．9，No．42009年7月July2009基于Hoek—Brown准则的岩体力学参数计算于加云1，漆泰岳2(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，

2、并分析了岩体强度参数C，妒值与围压的关系，得出了一些结论j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O前言在地下工程的修建及很多相关的岩土工程中，常常遇到含有大量节理的岩体，为了确保施工、运营中的安全性，就需要确定这种岩体的力学参数以供设计参考。岩体抗剪强度参数C，妒值反映了岩体抗剪断能力的大小，与岩体自身的性质有关，也与影响岩体性质的环境条件，如应力状态有关。由于在岩体工程中多将莫尔破坏圆的包络线近似看作直线，所以C、妒值不随应力状态而改变，在确定的工程地

3、质单元内看作为常量。但是由实验资料可知，当围压较大时，莫尔圆包络线向下弯曲，不能近似为直线，C、妒值可以看作为包络曲线某点切线在纵轴的截距和斜率，它们在不同的法向应力条件下各不相同，即C、9值随着应力状态的变化而发生改变⋯。Hoek—Brown准则与Mohr—Coulomb准则对应的曲线关系如图l所示。图1Hoek—brown准则与Mohr—coulomb准则相对应的图形关系H0ek—Brown准则I}I于考虑r7÷体的节理条件及低应力Ⅸ和{征成／JIX的燃度特性．比较符合工程实际。一些研究发现，Hoek—Br

4、own准则在低压应力区和拉应力Ix．的强度特性比Mohr—Coulomb准则更接近于岩体实际L2。冈此，软弱破碎【钮岩中，在较低的围雎(支护强度)作用下，采崩Mohr—Cou-lomb准则判断岩体足否埘服破坏时，按照Hoek—Brown准则获取岩体力学参数，将会使数值分析结果比较接近实际。本文基于Hoek—Brown准则的GSI指标和完整岩石的强度特征来分析并计算Mohr—Coulomb准则所需的岩体等效力学参数。1岩体力学常用屈服准则1．1Mohr—Coulomb屈服准贝Ⅱ以最大主应力和最小主应力表示的Moh

5、r—Coulomb屈服准则为：”篇1+篙1盯，(1)盯l2=_—_■一十：_—__一盯1Ll，‘一SIn妒一Sln∞。‘‘1．2Hoek—Brown屈服准贝UHoek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：盯l=矿3+√，w，盯3+s盯：(2)式中：盯。——岩体破坏时的最大主应力；盯，——作用在岩体上的最小主应力；矿。——岩石单轴抗压强度；m、s——参数，取决于岩体性质以及达到矿．和盯，之前岩体

6、破坏程度，m=0．00l一25，对严重扰动的岩体取万方数据于加云，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=0一l，对破碎岩体取0，完整岩体取1。在工程实践中可查表直接估算m和s。Hoek—Brown屈服准则由于考虑了岩体的节理条件及低应力区和拉应力区的强度特性，比较符合工程实际。因此，它已成为工程界广泛应用的强度准测。近年来，Hoek—Brown对该准则进行了推广，考虑岩体的地质环境，提出了地质强度指标GSI(geo．109icalstrengthindex

7、)，该指标与岩体的结构特性、表面风化程度及表面粗糙性有关，推广后的Hoek—Brown屈服准则‘3·41为：”¨O"c(孑州s)4(3)叩miexp(爨器(4)⋯xp(譬磐)(5)口=o．5+去(e删15一e删)(6)E=(1一詈)√孟10((CSI-10)阚)GPa(7)式中：E——岩体弹性模量；盯．——岩体破坏时的最大主应力5盯，——岩体破坏时的最小主应力5or。——组成岩体完整岩块的单轴抗压强度5m6，mi，s，o——岩体的Hoek—Brown常量；D——岩体遭受开挖扰动(爆破破坏和应力松弛)程度的参数⋯

8、】，0≤D≤l。1．3岩体的粘聚力c、摩擦角妒由已确定出的岩体所遵循的Hoek—Brown方程估计岩体力学参数时：将式(3)采用回归分析法心1近似的拟和为与Mohr—Coulomb屈服准则相似的公式：orl=k0．3+b(8)由式(2)与式(8)相对比可得：fk：等{6：运@’o1一slnIio根据式(9)可反求得到岩体的C、9值。2算例及参数分析2．1岩体的力学参数计算以河南省陈四楼