孟世明

（江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000）

礦體力學(xué)參數(shù)的獲取是分析礦體工程穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，基于GSI系統(tǒng)的Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則更加方便準(zhǔn)確地反映了礦體的實(shí)際情況，減少了對(duì)工程經(jīng)驗(yàn)的依賴，在工程實(shí)踐中具有更高的可操作性。韓鳳山[1]利用礦體體積節(jié)理數(shù)Jv對(duì)地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI進(jìn)行量化，用來估算節(jié)理化礦體的強(qiáng)度參數(shù)。蘇永華[2]利用礦體塊度指數(shù)和絕對(duì)風(fēng)化指數(shù)量化GSI取值，估算得到的隧道中礦物的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)與實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比，估算值具有很高的有效性和實(shí)用性。夏開宗[3]利用礦體波速對(duì)地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI和礦體擾動(dòng)參數(shù)D進(jìn)行量化，提出了基于GSI系統(tǒng)的Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則下，礦體波速預(yù)測礦體強(qiáng)度參數(shù)的方法。

上述礦體強(qiáng)度估算方法中所需估算參數(shù)存在獲取不易、不快、不準(zhǔn)的問題，導(dǎo)致上述方法在工程實(shí)踐中應(yīng)用和推廣受到一定的限制。為此，本文通過室內(nèi)礦物聲波試驗(yàn)和單軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場原位測試，研究基于GSI系統(tǒng)的Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則下，室內(nèi)波形衰減系數(shù)與現(xiàn)場礦體變形模量的關(guān)系，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的驗(yàn)證，為運(yùn)用簡單、快速、準(zhǔn)確的波形測試手段進(jìn)行礦體強(qiáng)度參數(shù)估算提供新方法。

1 試驗(yàn)過程

礦物取自福建省某礦山0m～8m深度，所研究礦物特性主要為粒狀、片狀?，F(xiàn)場在鉆孔取芯后，通過彈模儀測試不同深度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得到礦體彈性模量、變形模量隨深度的變化情況。

在室內(nèi)先進(jìn)行礦物的超聲波測試，試驗(yàn)樣品為圓柱體，直徑為67mm～67.4mm，誤差小于0.4mm，試件高度80mm～160mm，通過超聲波測試系統(tǒng)記錄波形并計(jì)算出礦物樣品的波速和波形衰減系數(shù)。完成巖石超聲波試驗(yàn)后，將樣品經(jīng)過自動(dòng)磨石切割機(jī)和混凝土試樣磨平機(jī)加工成高徑比為2.0且誤差不超過5%的非標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，單軸壓縮試驗(yàn)采用RMT-150C巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，由于礦物直徑為67mm，誤差不超過5%，因此試驗(yàn)結(jié)束后要進(jìn)行尺寸效應(yīng)修正，得到標(biāo)準(zhǔn)試樣下的礦物力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)。

2 結(jié)果分析

盧志強(qiáng)[4]對(duì)大量的現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過擬合建立了礦體變形模量Erm和地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI間的關(guān)系。為了能通過簡單、快速、準(zhǔn)確的波形測試手段對(duì)礦體變形模量進(jìn)行估算，基于GSI系統(tǒng)下Hoek-Brown準(zhǔn)則，并結(jié)合超聲波測試和單軸壓縮試驗(yàn)，建立了礦物波形衰減系數(shù)與礦體變形模量的關(guān)系：

式中：Erm為礦體變形模量；D為礦體擾動(dòng)參數(shù)，取值0.2；GSI為地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)，取值65.67，α為樣品（塊）波形衰減系數(shù)，k、p、m為擬合常數(shù)，分別為0.243、0.982、41.336。

根據(jù)式（1）代入各參數(shù)可計(jì)算礦體變形模量，并與礦體變形模量原位測試值比較，得到誤差絕對(duì)值，結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 體變形模量估算值與原位值

圖1 礦體變形模量估算值與原位值隨深度的變化

從圖1中可以看出，礦體變形模量估算值與原位值隨深度的變化趨勢非常相近，在原位測試深度為1.5m、3.5m、6.5m、7.6m附近所對(duì)應(yīng)礦物的波形衰減系數(shù)計(jì)算得到的估算值與原位值非常的接近，誤差在2%～5%左右，在合理范圍內(nèi)，說明波形衰減系數(shù)計(jì)算得到的礦體變形模量估算值與礦體原位測試得到的礦體變形模量非常吻合，驗(yàn)證了樣品（塊）波形衰減系數(shù)估算礦體變形模量的可行性。

3 結(jié)論

通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場原位測試，利用曲線擬合以及GSI系統(tǒng)理論，推導(dǎo)出礦體原位變形模量和樣品塊衰減系數(shù)的定量關(guān)系；礦體原位測試得到的實(shí)測值與通過原位測試深度附近巖塊的波形衰減系數(shù)計(jì)算得到的估算值的誤差在2%～5%左右，驗(yàn)證了礦物波形衰減系數(shù)估算礦體變形模量的可行性，為今后簡單、快速、準(zhǔn)確獲取礦體力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)提供了新思路。