hoek-sshr强度准则与mohr-coulomb强度准则的比较.docxVIP

hoek-sshr强度准则与mohr-coulomb强度准则的比较

1gsi围岩分级的定量测定

在岩石工程的稳定性研究中，重要的是研究和确定岩体工程的力学参数。在岩石工程的维护、稳定性评估和数值模拟中，需要选择岩体强度的力学参数。参数选择的正确与否在计算精度中起着重要作用。岩体力学参数原位测试周期长、费用高、测试困难,难以大量开展或鲜有测试数据,且测试结果常存在一定的离散性。室内岩石试验脱离了岩体的赋存环境、结构特征及尺寸限制,测定的岩石力学性质、岩体力学性质差异很大,与实际相差甚远。

在目前的围岩分级系统中,只有GSI围岩分级系统是直接与岩体参数(如Hoek-brown强度准则和Mohr-Coulumb强度准则参数以及岩体模量)相联系的。而通过定量的围岩分级系统,可以减少对工程经验的依赖,且方便易行。因此,以室内试验或经验的岩石块体参数为基础,基于GSI围岩分级系统和Hoek-brown强度准则估计岩体力学参数将能更加方便、及时、准确地反映岩体的实际情况,在工程实践中具有可操作性,尤其是在岩体工程的初步设计阶段。

2基于岩体结构面条件因子jc量化的gsi围岩分级方法

GSI围岩分级系统是在多年实践经验的基础上发展起来的,目的是为了修正Hoek-Brown岩体破坏准则,估算岩体的Hoek-Brown准则参数s、a和mb,修正不同地质条件下岩体的强度。最初只适用于硬岩,经过不断修订和发展也满足节理化硬岩、软岩、多岩相岩体稳定性分析的需要。该方法被国外岩石力学和岩石工程界广泛用于估算岩石地基、隧道、地下洞室和边坡岩体的强度与变形参数和岩体的稳定性。

岩体的GSI值根据岩体结构特征和结构面表面条件来估计。Hoek等将岩体结构分为大块状、块状、碎块状、块状/扰动状/有裂缝状、碎裂状和薄片状/剪切变形的,按结构面表面条件分为非常好、好、一般、差和非常差等。在使用GSI表格时,要反映岩体最本质的地质条件,对岩体结构特征和结构面条件的描述措词要准确,然后对每一组岩体结构特征和结构面条件的组合分配相对应的权重。这种方法依赖于工程师的丰富经验和合理判断,带有一定的主观性,也阻碍了GSI围岩分级系统的广泛应用。同时,基于GSI而估算的岩体力学参数却对GSI值非常敏感。为了便于操作应用和获得更加精确的GSI值,需要建立量化的GSI围岩分级系统,以提高其取值的精确性和减少对经验的依赖。

不少学者引入定量的评价指标来建立量化的GSI围岩分级系统方面做了不少的尝试。Sonmez、Ulusay通过引入两个基于岩体体积节理数Jv的“岩体结构级度(structurerating,SR)”和“岩体表面条件等级(surfaceconditionrating,SCR)”来描述岩体的非连续性和岩体结构的表面条件,实现节理化岩体结构的定量化描述。Cai和Kaiser等提出了基于块体尺寸和结构面条件因子JC的定量的GSI围岩分级方法,使GSI值的确定更具客观性。

考虑到实际工程,岩体体积节理数Jv简单易行,应用广泛,且用它能较准确地反映出岩体的结构特征,而对于岩体的结构面条件的描述,结构面条件因子JC更能准确地反映岩体的结构面条件。本文基于岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC量化提出GSI围岩分级系统。对于Jv的统计,通常采用如下的公式:

式中:S1和S2分别为对应的每组节理裂隙的平均间距;Nr为随机节理数;A为量测区域面积。

在破碎岩体和节理非常发育的岩体中,尤其是有揉皱或断层发育时,主要节理的准确识别和节理间距的统计难度较大,采用式(1)不易进行操作。假设岩体是均质和各向同性的,在此基础上提出了通过碎屑块体的表面数来估计节理组数的统计方法,例如:含有六个面的棱形块体显示有3组节理的存在,四面体的块体显示节理的数目为4组。采用如下公式较容易估计岩体体积节理数Jv。

式中:Dn为通过碎屑块体的表面数来估计节理组数的方法而获得的节理组数;S为块体或者岩片的平均尺寸,通常认为与平均节理间距相等。

据围岩分级的Q系统和RMi系统,结构面条件因子JC采用如下方法进行计算:

式中:JW为以1~10m范围内的大比例尺波形系数(m);JS为1~20cm范围内的小比例尺光滑系数(cm);JA为结构面蚀变系数。JW是根据波动率来确定其等级系数,如图1所示,波动率为α/d,其中α为结构面的粗糙起伏幅度,d为最大峰值间的距离。

根据表1~3分别可以估计出JW、JS、JA,求得岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC后,由图2确定围岩的GSI值。

3hok-发生

Hoek和Brown基于Griffith的脆性断裂理论,通过对大量岩石三轴试验资料和岩体现场试验成果的统计分析,得出了岩块和岩体破坏时极限主应力之间的关系式,即为Hoek-Brown强度准则,亦称为狭义Hoek-Bro