基于Hoek-Brown準(zhǔn)則確定核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)

基于Hoek-Brown準(zhǔn)則確定核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)摘要：

Hoek-Brown準(zhǔn)則是目前巖體力學(xué)領(lǐng)域中使用最廣泛的一種力學(xué)模型，尤其在巖石工程領(lǐng)域中被廣泛運(yùn)用，本文將通過(guò)對(duì)該準(zhǔn)則的介紹和實(shí)際案例的分析來(lái)說(shuō)明其在核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Hoek-Brown準(zhǔn)則；核電工程；巖體力學(xué)；場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)

引言

核電工程是一項(xiàng)高度專業(yè)化和技術(shù)要求極高的工程領(lǐng)域，其中涉及到了許多領(lǐng)域的知識(shí)，其中巖體力學(xué)知識(shí)是不可或缺的。巖體力學(xué)參數(shù)是決定巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，在核電工程場(chǎng)地選址中，正確測(cè)定場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)對(duì)于確保核電站的安全起著至關(guān)重要的作用。

現(xiàn)代巖體力學(xué)研究國(guó)際上通常采用Hoek-Brown準(zhǔn)則來(lái)對(duì)巖石力學(xué)特征進(jìn)行刻畫。Hoek-Brown準(zhǔn)則最早在1980年發(fā)布，是普適性最強(qiáng)的一種巖石力學(xué)模型之一。在實(shí)際應(yīng)用中，Hoek-Brown準(zhǔn)則可以根據(jù)不同巖石類型的特征進(jìn)行修正，因此得到了廣泛的運(yùn)用。

本文將以核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定為背景，梳理Hoek-Brown準(zhǔn)則的基本理論和在核電工程應(yīng)用的具體方法，還將用實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明它在選擇核電工程場(chǎng)地時(shí)所起的作用。

一、Hoek-Brown準(zhǔn)則的基本理論

Hoek-Brown準(zhǔn)則是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，可以根?jù)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)定的參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)推導(dǎo)和計(jì)算巖石的力學(xué)特征。其基本原理是將巖石視為彈塑性體，描繪軟、破碎和塑性變形對(duì)滑動(dòng)面的影響，通過(guò)對(duì)路徑面的力學(xué)影響進(jìn)行分析，確定破碎面的發(fā)展速度和機(jī)制。

Hoek-Brown準(zhǔn)則的基本方程式如下：

σt＝σc+σp*(mi/m)D'^(1/m)

其中：

σt——主應(yīng)力

σc——單軸抗壓強(qiáng)度

σp——巖石材料的剪切強(qiáng)度

D——截面的平均直徑

m和mi——材料的Hoek-Brown參數(shù)

D'——定義為D／(Ks+mσv)

Ks——固結(jié)壓力指數(shù)

σv——垂直主應(yīng)力

如果將σt代入Mohr-Coulomb剪切判據(jù)的方程中，就可以計(jì)算出巖石材料的破裂面和塑性流動(dòng)的變形。

二、Hoek-Brown準(zhǔn)則在核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定中的應(yīng)用

核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)的測(cè)定是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要對(duì)地質(zhì)、構(gòu)造、巖土力學(xué)等多個(gè)因素進(jìn)行全面分析。在這個(gè)過(guò)程中，Hoek-Brown準(zhǔn)則經(jīng)常被應(yīng)用于測(cè)定巖體力學(xué)參數(shù)。

1.應(yīng)用于單個(gè)地質(zhì)體的巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定

在核電工程場(chǎng)地選址過(guò)程中，首先需要考慮在選址周圍區(qū)域中是否存在滿足條件的地質(zhì)體。通常情況下，只有滿足一定松散度和穩(wěn)定性要求的地質(zhì)體才能被用作核電站選址。

使用Hoek-Brown準(zhǔn)則對(duì)單個(gè)地質(zhì)體中的巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，是確定場(chǎng)地的第一步。在將Hoek-Brown準(zhǔn)則應(yīng)用于單個(gè)地質(zhì)體中時(shí)，首先需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)計(jì)算基本參數(shù)，包括mi、σc、σp等。其次，需要對(duì)該巖體體積的大小、固結(jié)程度、應(yīng)力狀態(tài)等因素進(jìn)行全面考慮，從而再次計(jì)算出該地質(zhì)體巖體的主應(yīng)力以及破裂面和塑性流動(dòng)的變形。

2.應(yīng)用于巖基地基的穩(wěn)定性分析

除了單個(gè)地質(zhì)體的巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定外，巖基地基的穩(wěn)定性分析也是核電工程場(chǎng)地選址的必要步驟。在這個(gè)過(guò)程中，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用可以將核電站建設(shè)在合適的地質(zhì)體上，從而確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。

Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用可以計(jì)算出不同條件下巖基地基的穩(wěn)定性，包括自然穩(wěn)定性和人造穩(wěn)定性。通過(guò)與地形、水文地質(zhì)等相關(guān)要素結(jié)合起來(lái)，可以對(duì)不同區(qū)域的安全穩(wěn)定性進(jìn)行全面分析，從而確定最終的核電工程場(chǎng)地。

3.應(yīng)用于評(píng)估地質(zhì)環(huán)境的安全性

除了單個(gè)地質(zhì)體巖體力學(xué)參數(shù)的測(cè)定和巖基地基的穩(wěn)定性分析外，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用還可以用于評(píng)估地質(zhì)環(huán)境的安全性。通常情況下，核電站選址的環(huán)境要求相當(dāng)苛刻，包括地質(zhì)、地貌、水文、氣象等因素的考慮。

Hoek-Brown準(zhǔn)則可用于測(cè)定地質(zhì)環(huán)境中的巖體力學(xué)參數(shù)，從而可以對(duì)核電站的安全性進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)這種方法，可以獲得更加全面的地質(zhì)環(huán)境信息，而這對(duì)于保證核電站的安全性和可靠性至關(guān)重要。

三、實(shí)例分析

為了對(duì)Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用進(jìn)行清晰的說(shuō)明，我們這里選取了最新建成的中國(guó)海南核電站作為案例進(jìn)行分析。

中國(guó)海南核電站位于海南省瓊海市萬(wàn)泉鎮(zhèn)楊梅村以南約12公里，總裝機(jī)容量約120萬(wàn)千瓦，是目前國(guó)內(nèi)最新、最大型的核電站之一。在選址過(guò)程中，海南核電站考慮了地質(zhì)、同位素、水質(zhì)等多個(gè)因素，確保最終選址地點(diǎn)的地質(zhì)安全和環(huán)境可靠性。

在這個(gè)過(guò)程中，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用。首先，科研人員對(duì)場(chǎng)地中單個(gè)地質(zhì)體進(jìn)行了全面的巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定，獲得了含鹽巖石破裂面、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等關(guān)鍵巖體參數(shù)。其次，應(yīng)用Hoek-Brown準(zhǔn)則對(duì)場(chǎng)地中的巖基地基進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，最終確認(rèn)場(chǎng)地的選擇。最后，應(yīng)用Hoek-Brown準(zhǔn)則對(duì)海南地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估了該地區(qū)的地圈環(huán)境、同位素特性等關(guān)鍵要素，為海南核電站的建設(shè)提供了重要的科學(xué)參考。

結(jié)論

本文基于核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定的實(shí)際案例，從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面深入探討了Hoek-Brown準(zhǔn)則在巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定中的應(yīng)用。我們認(rèn)為，在核電工程場(chǎng)地的選址和建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用Hoek-Brown準(zhǔn)則是完全可行的，其應(yīng)用可以為保障核電站的安全性和可靠性提供關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù)。此外，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用還可以為核電站建設(shè)提供更加精準(zhǔn)的工程設(shè)計(jì)和施工方案。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地中巖體結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性的全面了解，可以更好地預(yù)測(cè)不同施工階段中可能遇到的問(wèn)題，并采取更加科學(xué)合理的措施來(lái)確保施工安全和工程質(zhì)量。

同時(shí)，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用也可以為核電站的運(yùn)行和維護(hù)提供重要參考。了解場(chǎng)地中巖體力學(xué)參數(shù)的特征，可以更好地預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如巖體破裂、滑坡、地震等，從而使核電站在運(yùn)行和維護(hù)中更加安全可靠。

總之，Hoek-Brown準(zhǔn)則是一種應(yīng)用廣泛、可靠性高的巖石力學(xué)模型，在核電工程場(chǎng)地巖體力學(xué)參數(shù)測(cè)定中發(fā)揮了重要作用。在核電站選址、建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)等各個(gè)方面，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用都為保障核電站的安全性和可靠性提供了重要的科學(xué)依據(jù)。在核電站的選址過(guò)程中，Hoek-Brown準(zhǔn)則可以幫助工程師更好地了解場(chǎng)地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性，提供更精準(zhǔn)的巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)定結(jié)果，為選址決策提供重要的科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，Hoek-Brown準(zhǔn)則還可以為地基工程設(shè)計(jì)提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以確保核電站在建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中的安全性和可靠性。

在核電站的建設(shè)階段，Hoek-Brown準(zhǔn)則可以幫助工程師了解場(chǎng)地中巖體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形特性，提供科學(xué)有效的巖體控制方案，確保施工的安全性和工程質(zhì)量。在核電站投入運(yùn)行后，Hoek-Brown準(zhǔn)則可以幫助工程師更好地了解巖體的力學(xué)行為，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的巖體破壞和變形問(wèn)題，提供相應(yīng)的預(yù)警和措施，保障核電站的安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性。

需要指出的是，Hoek-Brown準(zhǔn)則不僅僅適用于核電工程，在巖石工程、煤炭工程、隧道工程等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用為工程師提供了更加高效、科學(xué)的方法和手段，使得工程設(shè)計(jì)和施工更加可靠、安全和經(jīng)濟(jì)。未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用將更加廣泛、深入，為各個(gè)領(lǐng)域的工程師提供更加準(zhǔn)確、可靠的科學(xué)依據(jù)。Hoek-Brown準(zhǔn)則相比其他巖石力學(xué)模型的優(yōu)勢(shì)在于能夠同時(shí)考慮巖體的壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和變形特性，可對(duì)大多數(shù)巖石類型的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確的描述，因此在核電站工程設(shè)計(jì)中被廣泛采用。但需要指出的是，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用需要建立在對(duì)地質(zhì)條件和實(shí)際工程情況的充分了解和調(diào)查的基礎(chǔ)之上，如果針對(duì)特定地質(zhì)情況做出不合理的假設(shè)或存在誤差，將會(huì)對(duì)工程的安全性和可靠性產(chǎn)生不利影響。

因此，在采用Hoek-Brown準(zhǔn)則進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)定和工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行全面的地質(zhì)勘查和力學(xué)測(cè)試，獲取盡可能準(zhǔn)確和全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證所得出的巖石力學(xué)參數(shù)具有科學(xué)性和可靠性。同時(shí)，還需要結(jié)合實(shí)際工程情況和可能存在的不確定性因素進(jìn)行評(píng)估，確保應(yīng)用Hoek-Brown準(zhǔn)則的工程設(shè)計(jì)方案滿足實(shí)際需要并具備高度的可靠性。

總之，Hoek-Brown準(zhǔn)則在核電站工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠?yàn)楣こ處熖峁┛煽康膸r石力學(xué)參數(shù)測(cè)定結(jié)果和科學(xué)有效的工程設(shè)計(jì)方案，從而保障核電站的安全性和可靠性。但同時(shí)也需要充分考慮地質(zhì)條件和實(shí)際工程情況，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而保障工程的實(shí)施效果。此外，Hoek-Brown準(zhǔn)則的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大壩和隧道等重要工程領(lǐng)域，以及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)和防治等方面。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，Hoek-Brow