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        基于廣義Hoek—Brown準(zhǔn)則的節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)折剪計算

        2014-11-26 22:00:05程三建張平發(fā)劉欣劉浩張亮
        科技與創(chuàng)新 2014年20期

        程三建+張平發(fā)+劉欣+劉浩+張亮

        摘 要:節(jié)理化巖體力學(xué)參數(shù)是礦山工程地質(zhì)和穩(wěn)定性分析的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),一般在實驗室通過單軸、三軸試驗只能得到巖石的力學(xué)參數(shù),無法得到巖體的力學(xué)參數(shù)。目前,利用巖石力學(xué)參數(shù)確定巖體力學(xué)參數(shù)的方法較多,但都過于煩瑣或準(zhǔn)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(zhǔn)則的地質(zhì)強度指標(biāo)(GSI法),并結(jié)合相應(yīng)的巖土分析軟件,強度折剪巖石力學(xué)參數(shù)值,從而得到巖體的力學(xué)參數(shù)。通過將該方法應(yīng)用于赤峰中色白音諾爾礦業(yè)有限公司巖體力學(xué)參數(shù)的計算中,證明采用該方法考慮巖體的結(jié)構(gòu)面和完整性,可較為準(zhǔn)確地反映節(jié)理化巖體的力學(xué)特性,且方便可行,具有工程實用價值。

        關(guān)鍵詞:礦山工程;廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則;GSI法;巖體力學(xué)參數(shù)

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

        Hoek-Brown強度準(zhǔn)則是Hoek等人根據(jù)巖石特性的理論和實踐經(jīng)驗總結(jié)提出的巖石和巖體破壞時的判據(jù)。由于其考慮了巖體的結(jié)構(gòu)、巖石強度和所受應(yīng)力狀態(tài)等綜合因素,目前,該準(zhǔn)則已在巖土工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

        節(jié)理化巖體力學(xué)參數(shù)是礦山工程地質(zhì)和穩(wěn)定性分析的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是影響礦山設(shè)計、施工的重要因素和指標(biāo)。由于節(jié)理化巖體含有節(jié)理裂隙,導(dǎo)致試件不合理或試件尺寸不符,因此,很難確定節(jié)理化巖體的力學(xué)參數(shù)。然而,廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則提出了一種確定節(jié)理化巖體力學(xué)參數(shù)的新方法——地質(zhì)強度指標(biāo)GSI法(Geological Strength Index),這是一條簡單而經(jīng)濟的新途徑。GSI值的確定也為巖體穩(wěn)定性強度折減提供了數(shù)據(jù)來源。

        巖體的抗剪強度等力學(xué)參數(shù)也可以利用Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則計算,但都較為煩瑣。本文基于廣義Hoek-Brown強度準(zhǔn)則,采用GSI法,更加方便、快捷地將巖石的內(nèi)聚力c值、內(nèi)摩擦角φ值轉(zhuǎn)化為巖體的c值、φ值,使其更方便于工程應(yīng)用。

        1 廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則

        Hoek-Brown破壞準(zhǔn)則最初適用于估算完整、堅硬的巖體的力學(xué)參數(shù),是半經(jīng)驗強度準(zhǔn)則。2002年,Hoek等人針對最初的強度準(zhǔn)則在實際工程應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,綜合考慮了巖體結(jié)構(gòu)、巖石強度和應(yīng)力狀態(tài)等因素的影響,并進(jìn)行了修正,得出了巖體破壞的經(jīng)驗準(zhǔn)則,稱之為“廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則”,并給出了各類巖體經(jīng)驗參數(shù)值。其表達(dá)式為:

        2 地質(zhì)強度指標(biāo)

        地質(zhì)強度指標(biāo)(GSI)是Hoek等人在1994年提出的一種新的巖體分級系統(tǒng),GSI系統(tǒng)是專門用于解釋不連續(xù)面或節(jié)理的巖體性質(zhì)而開發(fā)的一種方法,這些巖體性質(zhì)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(shù)和穩(wěn)定性。

        研究表明,節(jié)理巖體強度取決于完整巖塊的性質(zhì)和施加一系列應(yīng)力條件下這些巖塊表面上的滑移和旋轉(zhuǎn)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(tǒng)試圖解釋巖體的這2種特征。巖體的塊度、級別、連鎖反應(yīng)和不連續(xù)表面的條件共同描述了巖體的結(jié)構(gòu)。巖體的GSI值根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)特征和結(jié)構(gòu)面表面條件估算。參考表1并結(jié)合一些經(jīng)驗,就可以得到巖體的GSI值。

        3 工程應(yīng)用

        3.1 工程背景

        赤峰中色白音諾爾礦業(yè)有限公司二礦區(qū)的圍巖主要有閃長玢巖、結(jié)晶灰?guī)r、閃長巖和石英斑巖等,礦山經(jīng)過30多年的開采,遺留下大量的采空區(qū),準(zhǔn)確獲取礦山圍巖的巖體力學(xué)參數(shù)和提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),對礦山采空區(qū)穩(wěn)定性分析等有重要的現(xiàn)實意義。

        3.2 現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查

        分別對赤峰中色白音諾爾礦業(yè)有限公司二礦區(qū)950 m中段和900 m中段進(jìn)行了調(diào)查評估,共計描述和測量了100余條節(jié)理裂隙特征,詳細(xì)記錄了調(diào)查面的風(fēng)化、粗糙程度,并參照表1評估了GSI值,評估結(jié)果如表2所示。

        4 結(jié)論

        利用工程地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)三軸試驗可以得到節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)計算所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),簡單易行;利用廣義Hoek-Brown強度準(zhǔn)則,綜合考慮了影響巖體力學(xué)性質(zhì)的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的性質(zhì),可以比較精確地確定節(jié)理化巖體的力學(xué)參數(shù)?;诖朔椒?,可以方便、快捷地將巖石的c值、φ值轉(zhuǎn)化為巖體的c值、φ值。

        參考文獻(xiàn)

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        [11]汪亦顯,曹平.堅硬節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)的確定方法[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2006,26(S2):13-15.

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        [13]匡波,付宏淵,付傳飛,等.基于廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的節(jié)理巖質(zhì)邊坡可靠性分析[J].中外公路,2009,29(06):58-61.

        [14]吳順川,金愛兵,高永濤.基干廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的邊坡穩(wěn)定性強度折減法數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報,2006,28(11):1975-1980.

        [15]胡盛明,胡修文.基于量化的GSI系統(tǒng)和Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)的估計[J].巖土力學(xué),2011,32(03):861-866.

        [16]蘇永華,封立志,李志勇,等.Hoek-Brown準(zhǔn)則中確定地質(zhì)強度指標(biāo)因素的量化[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(04):679-686.

        [17]李彥恒,馮 利,羅立平.基于Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體分級法在地下工程中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2012,33(S2):201-204.

        [18]宋琨,晏鄂川,毛偉,等.廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則中強度折減系數(shù)的確定[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012,31(01):106-112.

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

        〔編輯:張思楠〕

        [6]朱志明,章廣成,朱嬌燕,等.基于廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體等效強度[J].煤田地質(zhì)與勘探,2012,40(04):52-55.

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        [14]吳順川,金愛兵,高永濤.基干廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的邊坡穩(wěn)定性強度折減法數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報,2006,28(11):1975-1980.

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        [18]宋琨,晏鄂川,毛偉,等.廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則中強度折減系數(shù)的確定[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012,31(01):106-112.

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

        〔編輯:張思楠〕

        [6]朱志明,章廣成,朱嬌燕,等.基于廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體等效強度[J].煤田地質(zhì)與勘探,2012,40(04):52-55.

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        [14]吳順川,金愛兵,高永濤.基干廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則的邊坡穩(wěn)定性強度折減法數(shù)值分析[J].巖土工程學(xué)報,2006,28(11):1975-1980.

        [15]胡盛明,胡修文.基于量化的GSI系統(tǒng)和Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)的估計[J].巖土力學(xué),2011,32(03):861-866.

        [16]蘇永華,封立志,李志勇,等.Hoek-Brown準(zhǔn)則中確定地質(zhì)強度指標(biāo)因素的量化[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2009,28(04):679-686.

        [17]李彥恒,馮 利,羅立平.基于Hoek-Brown準(zhǔn)則的巖體分級法在地下工程中的應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2012,33(S2):201-204.

        [18]宋琨,晏鄂川,毛偉,等.廣義Hoek-Brown準(zhǔn)則中強度折減系數(shù)的確定[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2012,31(01):106-112.

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

        〔編輯:張思楠〕

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