基于廣義Hoek—Brown準則的節理巖體力學參數折剪計算

程三建+張平發+劉欣+劉浩+張亮

摘 要：節理化巖體力學參數是礦山工程地質和穩定性分析的重要基礎數據，一般在實驗室通過單軸、三軸試驗只能得到巖石的力學參數，無法得到巖體的力學參數。目前，利用巖石力學參數確定巖體力學參數的方法較多，但都過于煩瑣或準確度不高，急需一種新的簡易確定方法。因此，通過利用基于廣義Hoek-Brown準則的地質強度指標（GSI法），并結合相應的巖土分析軟件，強度折剪巖石力學參數值，從而得到巖體的力學參數。通過將該方法應用于赤峰中色白音諾爾礦業有限公司巖體力學參數的計算中，證明采用該方法考慮巖體的結構面和完整性，可較為準確地反映節理化巖體的力學特性，且方便可行，具有工程實用價值。

關鍵詞：礦山工程；廣義Hoek-Brown準則；GSI法；巖體力學參數

中圖分類號：TU457 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0102-03

Hoek-Brown強度準則是Hoek等人根據巖石特性的理論和實踐經驗總結提出的巖石和巖體破壞時的判據。由于其考慮了巖體的結構、巖石強度和所受應力狀態等綜合因素，目前，該準則已在巖土工程領域中得到了廣泛應用。

節理化巖體力學參數是礦山工程地質和穩定性分析的重要基礎數據，是影響礦山設計、施工的重要因素和指標。由于節理化巖體含有節理裂隙，導致試件不合理或試件尺寸不符，因此，很難確定節理化巖體的力學參數。然而，廣義Hoek-Brown準則提出了一種確定節理化巖體力學參數的新方法——地質強度指標GSI法（Geological Strength Index），這是一條簡單而經濟的新途徑。GSI值的確定也為巖體穩定性強度折減提供了數據來源。

巖體的抗剪強度等力學參數也可以利用Hoek-Brown破壞準則計算，但都較為煩瑣。本文基于廣義Hoek-Brown強度準則，采用GSI法，更加方便、快捷地將巖石的內聚力c值、內摩擦角φ值轉化為巖體的c值、φ值，使其更方便于工程應用。

1 廣義Hoek-Brown準則

Hoek-Brown破壞準則最初適用于估算完整、堅硬的巖體的力學參數，是半經驗強度準則。2002年，Hoek等人針對最初的強度準則在實際工程應用中出現的問題，綜合考慮了巖體結構、巖石強度和應力狀態等因素的影響，并進行了修正，得出了巖體破壞的經驗準則，稱之為“廣義Hoek-Brown準則”，并給出了各類巖體經驗參數值。其表達式為：

2 地質強度指標

地質強度指標（GSI）是Hoek等人在1994年提出的一種新的巖體分級系統，GSI系統是專門用于解釋不連續面或節理的巖體性質而開發的一種方法，這些巖體性質影響著巖體的強度和變形。國外巖土工程界廣泛運用該方法估算隧道、地下硐室和邊坡巖體的強度等參數和穩定性。

研究表明，節理巖體強度取決于完整巖塊的性質和施加一系列應力條件下這些巖塊表面上的滑移和旋轉的自由度。這種自由度不僅取決于完整巖塊的形狀，也取決于表面分離自由度的情況。GSI系統試圖解釋巖體的這2種特征。巖體的塊度、級別、連鎖反應和不連續表面的條件共同描述了巖體的結構。巖體的GSI值根據巖體結構特征和結構面表面條件估算。參考表1并結合一些經驗，就可以得到巖體的GSI值。

3 工程應用

3.1 工程背景

赤峰中色白音諾爾礦業有限公司二礦區的圍巖主要有閃長玢巖、結晶灰巖、閃長巖和石英斑巖等，礦山經過30多年的開采，遺留下大量的采空區，準確獲取礦山圍巖的巖體力學參數和提供基礎數據，對礦山采空區穩定性分析等有重要的現實意義。

3.2 現場工程地質調查

分別對赤峰中色白音諾爾礦業有限公司二礦區950 m中段和900 m中段進行了調查評估，共計描述和測量了100余條節理裂隙特征，詳細記錄了調查面的風化、粗糙程度，并參照表1評估了GSI值，評估結果如表2所示。

4 結論

利用工程地質調查和室內三軸試驗可以得到節理巖體力學參數計算所需的基礎數據，簡單易行；利用廣義Hoek-Brown強度準則，綜合考慮了影響巖體力學性質的結構面和結構體的性質，可以比較精確地確定節理化巖體的力學參數?；诖朔椒?，可以方便、快捷地將巖石的c值、φ值轉化為巖體的c值、φ值。

參考文獻

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作者簡介：程三建（1990—），男，碩士研究生，現從事巖石力學與工程方面的研究。

〔編輯：張思楠〕

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作者簡介：程三建（1990—），男，碩士研究生，現從事巖石力學與工程方面的研究。

〔編輯：張思楠〕

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作者簡介：程三建（1990—），男，碩士研究生，現從事巖石力學與工程方面的研究。

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