Hoek-Brown屈服準(zhǔn)則及其在邊坡工程中的

1、Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算新方法及其工程應(yīng)用報(bào)告人：王強(qiáng)(07721664) 2008-02-221Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則的發(fā)展歷史最初的Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則是Hoek E在專著巖石地下工程(Underground Excavations in Rock,1980)一書中發(fā)展起來(lái)的。并于1992,1997,2002年多次提出了修改后的Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算方法2Hoek E和Brown E T在分析Griffith理論和修正的Griffith理論的基礎(chǔ)上,憑借自己在巖石力學(xué)方面深厚的理論功底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),通過(guò)對(duì)大量巖石三軸試驗(yàn)資料和巖體現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果的統(tǒng)計(jì)分析,

2、用試錯(cuò)法導(dǎo)出的巖塊和巖體破壞時(shí)極限主應(yīng)力之間的關(guān)系式(公式1),即為Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則,也稱為狹義Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則。3(1)式中1,3為巖體破壞時(shí)的最大、最小主應(yīng)力(壓應(yīng)力為正);c為巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度;tmass為巖體抗拉強(qiáng)度;n,分別為巖體有效垂直應(yīng)力和剪應(yīng)力;m, s, A, B為經(jīng)驗(yàn)參數(shù),m反映巖石的軟硬程度,其取值范圍在0.000 000 125之間,s反映巖體破碎程度,其取值范圍在01之間, A,B可以根據(jù)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的曲線求得。4帝國(guó)科技大學(xué)的John W Bray博士于1983年從理論上很好地解決了Hoek-Brown準(zhǔn)則和非線性參數(shù)m,s之間的關(guān)系,

3、以及與Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的c,值之間的關(guān)系Hoek E,Brown E T, 1988年將“未擾動(dòng)”和“擾動(dòng)”巖體概念引入了該準(zhǔn)則,將近地表巖體的質(zhì)量等級(jí)降低一個(gè)級(jí)別,使準(zhǔn)則不僅適用于地下工程,也適用于邊坡工程1994年Hoek E和Brown E T提出了廣義破壞準(zhǔn)則。廣義破壞準(zhǔn)則包括了最初的破壞準(zhǔn)則和修改后的準(zhǔn)則。這樣一來(lái),原始的狹義準(zhǔn)則適用于質(zhì)量極好到相對(duì)較好的巖體,而修改后的準(zhǔn)則適用于抗拉強(qiáng)度為零的破碎和極為破碎的巖體。51997年, Hoek E和Brown E T對(duì)以前的研究成果進(jìn)行了全面總結(jié),并且提供了估算巖體粘聚力和內(nèi)摩擦角的計(jì)算公式(2)式中cm為巖體單軸抗壓強(qiáng)度;

4、k為1與3的關(guān)系曲線的斜率,一般通過(guò)室內(nèi)三軸模擬試驗(yàn)確定。6新Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則及巖體強(qiáng)度估算方法在Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則2002年的版本中,廣義強(qiáng)度準(zhǔn)則的形式?jīng)]有發(fā)生改變,但是與巖體質(zhì)量有關(guān)的m b,s,有了很大的變化(式3)。(3)新增修正變量D值的范圍為01,取決于外界因素對(duì)原位巖體的擾動(dòng)程度,如爆破、巖體開挖、巖體卸荷等行為。7目前市面上大多數(shù)巖土工程軟件都是依據(jù)Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則編寫的,而在Mohr-Coulomb準(zhǔn)則中,巖體強(qiáng)度是通過(guò)粘聚力c和內(nèi)摩擦角表征。針對(duì)這種情況, Hoek于2002年也提出了相應(yīng)的巖體強(qiáng)度估算方法。式中3n =3max /c8

5、對(duì)于3max , Hoek給出了經(jīng)驗(yàn)公式。當(dāng)在隧道工程中使用Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算公式時(shí)當(dāng)在邊坡工程中使用Hoek-Brown巖體強(qiáng)度估算公式時(shí)式中H為邊坡的坡高。式中為巖體的容重; H為隧道的埋深。上面各式中,c , mi , GS I及D為基礎(chǔ)變量,可以通過(guò)確定它們來(lái)求得所需的巖體物理力學(xué)參數(shù);c為巖石單軸抗壓強(qiáng)度。9工程應(yīng)用某一級(jí)水電站工程建設(shè)位于新疆維吾爾自治區(qū)北部天山西段,伊犁哈薩克自治州東北腹地。壩址區(qū)邊坡高度一般為80200 m,出露的巖性為凝灰?guī)r及安山巖,其中凝灰?guī)r分布最為廣泛,而安山巖局部呈脈狀產(chǎn)出,凝灰?guī)r巖體強(qiáng)度較高,屬硬質(zhì)巖,抗風(fēng)化能力強(qiáng),壩址強(qiáng)風(fēng)化層厚35 m

6、,順斷層帶時(shí)可達(dá)1020 m,強(qiáng)風(fēng)化帶巖體呈干砌塊石狀,風(fēng)化裂隙發(fā)育,巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,縱波速度Vp 2000m/s 。壩址弱風(fēng)化層厚度較大,一般厚2530 m,斷層帶可達(dá)40 m,弱風(fēng)化層內(nèi)斷層面有風(fēng)化的銹斑,但巖體的組織結(jié)構(gòu)變化不大,順弱風(fēng)化層內(nèi)的斷層面附近,零星見有經(jīng)滲流沖蝕形成的小孔隙和空洞,弱風(fēng)化層縱波速度Vp = 20003000 m / s。利用RMR 法對(duì)巖體進(jìn)行分級(jí)可得巖體為級(jí), RMR = 55。10表1 水電站工程巖體巖石力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)巖性風(fēng)化程度容重/gcm巖石單軸抗壓強(qiáng)度/MPa凝灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化2. 6790弱風(fēng)化2. 7090. 90 151. 20 (平均120. 36

7、)-311表2 利用Hoek-Brown準(zhǔn)則計(jì)算的邊坡巖體強(qiáng)度參數(shù)巖性風(fēng)化程度Hoek-Brown分類輸入?yún)?shù)Hoek-Brown準(zhǔn)則參數(shù)cGS Im iDm bsa凝灰?guī)r強(qiáng)85.043100.80.340.000180.52弱120.4551002.000.006740.5012表3 利用Hoek-Brown準(zhǔn)則計(jì)算的洞室?guī)r體強(qiáng)度參數(shù)巖性Hoek-Brown分類輸入?yún)?shù)Hoek-Brown準(zhǔn)則參數(shù)cGS Im iDm bsa弱風(fēng)化凝灰?guī)r12255100.31.510.003860.50413由上述結(jié)果可以看出,利用最新Hoekk-Brown巖體強(qiáng)度參數(shù)估算方法計(jì)算得出的巖體強(qiáng)度參數(shù)十分合理。這在利用這些參數(shù)進(jìn)行高邊坡穩(wěn)定性分析和洞室群穩(wěn)定性分析中也得到了充分的驗(yàn)證,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)也可以看出以上巖體參數(shù)是非常合理的。14結(jié)論通過(guò)以上論述可以看出最新Hoek-Brown準(zhǔn)則及巖體強(qiáng)度參數(shù)估算方法基本上解決了現(xiàn)場(chǎng)工程巖體強(qiáng)度估算的問(wèn)題,應(yīng)用前景良好,使用方便。而且通過(guò)工程應(yīng)用表明,利用該方法得出的巖體參數(shù)十分合理,可以有效地應(yīng)用于工程巖體數(shù)值計(jì)算和模擬。該方法需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)少,可以有效地利用現(xiàn)場(chǎng)工程地