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1、ISSN1671-2900采矿技术第9卷第2期2009年3月CN43-1347/TDMiningTechnology,Vo.l9,No.2Mar.2009基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数确定方法1,21,2盛佳,李向东(1.长沙矿山研究院,湖南长沙410012;2.国家金属采矿工程技术研究中心,湖南长沙410012)摘要:合理准确的确定岩体力学参数对岩体稳定性评价、工程优化设计等具有很重要的作用。在现场工程地质调查、岩体质量指标
2、分析与评价的基础上,基于Hoek-Brown强度准则,结合矿山实例,进行了岩体力学参数的分析研究。关键词:岩体力学参数;Hoek-Brown强度准则;地质强度指标;最优结构面组-GSI/15-20/3在岩土工程研究、设计过程中,准确的岩体力学a=1/2+1/6(e-e)(4)参数取值对岩体强度特性评价、稳定性评价、工程优GSI(地质强度指标)表征岩体破碎程度以及岩化设计等具有很重要的作用。本文结合崇礼紫金矿块镶嵌结构;mi是完整岩石的岩性系数;D是岩体的工程实践,采用经验类比法中的Hoek-Brown强遭受破坏
3、和应力释放而引起扰动程度的一个衡量度准则确定矿岩的岩体力学参数。因子。当式(1)中1=0时,岩体单轴抗压强度为:1岩体力学参数计算的基本理论a1=cis(5)Hoek-Brown强度准则是Hoek等人在参考对于脆性材料,单轴抗拉强度等同于双轴抗压Griffith经典强度理论的基础上,通过大量试验,于强度。所以,设1=3=t,代表着双轴受压的条1980年提出的岩体非线性破坏经验准则。其适用件,则岩体抗拉强度为:于法向拉力下的Griffith准则和法向压力下的破坏scit=-(6)条件,用抛物线来
4、拟合破坏时的实测数据,提出了用mb于确定开挖岩体强度的经验准则,后来为了适应不岩体弹性模量由下式确定:同应力条件、不同质量的岩体和方便工程应用,做了Dci(GSI-10)/40Em(GPa)=1-10(7)进一步的修正,提出了基于GSI(地质强度指标)的2100Hoek-Brown(2002)准则。其公式为:式(7)应用于ci100MPa。对于ci>100MPa的a3情况,用式(8)计算:1=3+cimb+s(1)ciD(GSI-10)/40Em(GPa)=1-10(8)式中,1、3分
5、别为岩体破坏时的最大和最小主应2力;ci为岩石的单轴抗压强度;mb是完整岩石岩性由于许多地质技术软件与Mohr-Coulomb破坏系数mi的消减值,具体取值由式(2)确定;s和a与准则有关,非常有必要确定各种岩体和应力范围内岩体特性有关的材料常数,取值为0~1,对完整岩的等效内摩擦角和内聚力。本方法通过等效转换,石,s=1,s和a的取值由式(3)和式(4)分别确定。对t<3<3max(最小主应力的最大值)范围内的mb=miexp(GSI-100)/(28-14D)(2)最小主应力设置一条线性相关的直线,
6、推导出下面s=exp(GSI-100)/(9-3D)(3)关于等效内摩擦角和内聚力c的等式。a-1-16amb(s+mb3n)=sina-1(9)2(1+a)(2+a)+6amb(s+mb3n)a-1ci[(1+2a)s+(1-a)mb3n](s+mb3n)c=(10)a-1(1+a)(2+a)1+(6amb(s+mb3n))/((1+a)(2+a))在此,3n=3max/ci,注意到最小主应力的最大值3max取值要根据具体的应用而定。盛佳,等:基于Hoek-Brown强度
7、准则的岩体力学参数确定方法13般通过实验室试验得出,或者根据现场条件通过点2各因素指标的确定载荷试验等方法确定。mi的取值与岩石类型及特通过上述分析可知,根据Hoek-Brown准则,性有关,取值为1~50,具体根据表1来确定。计算岩体力学参数需要确定以下因素指标:完整岩岩体扰动因素衡量因子D需要根据岩体工程石的单轴抗压强度ci、地质强度指标GSI、完整岩石所受的扰动程度来确定,完整岩体中未遭受扰动时的岩性系数mi和岩体扰动因素衡量因子D。ci一取值为0,受到强烈扰动时取值为1,即D=0~1。表1由岩石
8、类型所决定的Hoek-Brown常量mi结构岩石类型岩石性状岩石化学特征粗糙的中等的精细的非常精细沉积岩碎屑状砾岩22砂岩19粉砂岩9泥岩4非碎有机的煤8~21碳化的角砾岩22石灰岩8~10屑状化学的石膏16硬石膏13变质岩非层状大理岩9角叶岩19石英岩23轻微层状惩麻岩30闪石25~31糜棱岩6层状片麻岩33片岩4~8千枚岩10板岩9火成岩亮色的花岗岩33流纹岩25花岗闪长岩30闪长
