強度準則對不同巖性破壞強度的適用性研究

鄭曉娟 王云飛

(1.焦作師范高等專科學校，河南 焦作 454000；2.河南理工大學 土木工程學院，河南 焦作 454000)

由于地下大型基礎設施的興建和礦山開采深度的逐漸增加，工程巖體受力工況越來越復雜，工程巖體穩定性顯得尤為重要。而巖土工程穩定設計的基礎則要明確各類巖石的強度變化特性，因而強度理論的合理選擇便成為工程穩定設計的關鍵一環。

國內外巖石力學研究者對巖石強度方面的內容進行了大量研究，獲得許多有益成果。如俞茂宏關于強度理論的總結[1-2]、非線性統一強度理論[3]和雙剪應力強度理論[4]，尤明慶的指數強度理論[5]，沈珠江對破壞準則和屈服函數的總結[6]，周小平等的深部巖體強度準則[7]。

從研究者對強度準則的研究可見，建立的強度準則很豐富，表達形式各異，但是各有利弊。因而，本文以煤巖、砂巖、大理巖和花崗巖的試驗數據為基礎，深入分析了Mohr-Coulomb、Hoek-Brown、Bieniawski和指數強度四種強度準則對不同巖性在脆性和延性破壞時的整體擬合精度和適用性，以期對于不同工程巖性科學選擇強度準則，充分發揮巖石材料自身強度，為工程提供科學設計依據。

1 強度準則表達形式

1.1 Mohr-Coulomb準則

該準則是巖土工程設計的經典強度理論之一，由于其物理意義明確，獲得廣泛應用。Mohr-Coulomb強度準則認為巖石破壞的最大切應力由兩部分組成，可用式(1)表示：

τ=c+σtanφ

(1)

式中：c—黏聚力，MPa；σ—正應力，MPa；φ—摩擦角，(°)。

式(1)的主應力表達形式為：

(2)

式中：σ1—最大主應力，MPa；σ3—最小主應力，MPa。

1.2 Hoek-Brown準則

HOEK和BROWN通過巖石的大量試驗數據和現場巖體試驗成果的統計分析提出了Hoek-Brown準則[8]。……