巖體強(qiáng)度和力學(xué)參數(shù)

巖體強(qiáng)度和力學(xué)參數(shù)確定方法探討王廣領(lǐng)141172039目前巖體力學(xué)參數(shù)確定方法1)工程地質(zhì)類比法這個(gè)方法是目前工程界中較為普遍采用的方法。各種巖石分級(jí)法屬于此類。通常根據(jù)本區(qū)存在的滑坡或處于穩(wěn)定狀態(tài)的邊(滑)坡情況，確定本區(qū)的穩(wěn)定坡角，然后用于工程設(shè)計(jì)。另一方面是將研究區(qū)的情況與已建工程的地質(zhì)條件進(jìn)行類比，根據(jù)已建工程的類似情況下采用的參數(shù)來(lái)確定所研究的工程應(yīng)該采用的參數(shù)。2)Hoek—brown判據(jù)3)正分析法和反分析法正分析法主要包括數(shù)值模擬法、模型試驗(yàn)法和斷裂損傷力學(xué)方法等，反分析法是利用實(shí)測(cè)的位移或根據(jù)研究對(duì)象所處的穩(wěn)定狀態(tài)，特別是處于極限穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡和已經(jīng)存在的古滑坡，假設(shè)其穩(wěn)定性系數(shù)，采用各種計(jì)算方法反算巖石的力學(xué)指標(biāo)和變形參數(shù)。反分析法在巖土工程行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。4）實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度折減法參考文獻(xiàn);巖體力學(xué)參數(shù)確定方法探討(劉豐收侯清波溫秋生）巖體強(qiáng)度確定方法巖體強(qiáng)度是指巖體抵抗外力破壞的能力。抗壓強(qiáng)度：主要討論巖體強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度：

抗拉強(qiáng)度：對(duì)裂隙巖體抗拉能力很小且測(cè)試技術(shù)難度大，故研究較少巖體由巖塊和結(jié)構(gòu)面組成的地質(zhì)體強(qiáng)度受巖塊和結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度及其組合方式(巖體結(jié)構(gòu))的控制。一般情況下，巖體強(qiáng)度不同于巖塊強(qiáng)度，若巖體中結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，呈完整結(jié)構(gòu)；則巖體強(qiáng)度大致等于巖塊的強(qiáng)度，若巖體將沿某一結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)時(shí)，

則巖體強(qiáng)度完全受該結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度的控制。重點(diǎn)研究被各種節(jié)理、裂隙切割的裂隙（節(jié)理化）巖體強(qiáng)度的確定問(wèn)題含有一個(gè)不連續(xù)面巖體的強(qiáng)度若巖體中只含有一個(gè)不連續(xù)面，顯然這種巖體的強(qiáng)度取決于是否沿該不連續(xù)面發(fā)生剪切滑移，此時(shí)作用在不連續(xù)面上的剪應(yīng)力應(yīng)滿足庫(kù)侖準(zhǔn)則：

對(duì)于平面問(wèn)題，滑動(dòng)面上的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力可用最大、最小主應(yīng)力和表示，及或改寫(xiě)成其中整理得或者式中若不連續(xù)面的力學(xué)參數(shù)和不變，那么和關(guān)系為這說(shuō)明在上述兩種情況下，不會(huì)發(fā)生沿不連續(xù)面的滑移，因此，當(dāng)時(shí)，才可能出現(xiàn)沿不連續(xù)面剪壞的情形。由得此時(shí)巖體的強(qiáng)度最小為裂隙巖體的霍克-布朗強(qiáng)度準(zhǔn)則霍克與布朗根據(jù)大量現(xiàn)場(chǎng)巖體強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)資料分析結(jié)果在強(qiáng)度準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，修改與完善，形成的可用于裂隙化巖體的經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)度準(zhǔn)則。準(zhǔn)則表述:式中-巖塊的單軸抗壓強(qiáng)度--巖體力學(xué)參數(shù)參數(shù)S,a最好通過(guò)原位試驗(yàn)確定，無(wú)法進(jìn)行原位試驗(yàn)時(shí)，三個(gè)強(qiáng)度參數(shù)可用以下公式計(jì)算確定。GSI根據(jù)巖體所處的地質(zhì)環(huán)境、巖體結(jié)構(gòu)特性和表面特性來(lái)確定。但以往在巖體結(jié)構(gòu)的描述或巖體結(jié)構(gòu)的形態(tài)描述中缺乏定量化,難以準(zhǔn)確確定巖體的GSI值。為使其描述定量化,引入巖體質(zhì)量RMR分級(jí)法定量確定巖體質(zhì)量等級(jí)。根據(jù)Z.T.Bieniawski研究認(rèn)為,修正后的RMR指標(biāo)值與GSI值具有等效關(guān)系,確定修正后的RMR指標(biāo)值,即得出GSI值。RMR分級(jí)方法是采用多因素得分,然后求其代數(shù)和(RMR值)來(lái)評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量。參與評(píng)分的6因素:巖石單軸抗壓強(qiáng)度;巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD;節(jié)理間距;節(jié)理性狀;地下水狀態(tài);節(jié)理產(chǎn)狀與巷道軸線的關(guān)系。在1989年的修正版中,不但對(duì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修正,而且對(duì)第4項(xiàng)因素進(jìn)行了詳細(xì)分解,即節(jié)理性狀包括:節(jié)理長(zhǎng)度;間隙;粗糙度;充填物性質(zhì)和厚度;風(fēng)化程度。實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,進(jìn)行巖體質(zhì)量指標(biāo)RMR的分析與評(píng)價(jià),需結(jié)合礦區(qū)實(shí)際,在確定優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面組后,再根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與巷道軸線的關(guān)系來(lái)確定巖體RMR分級(jí)節(jié)理方向的修正值,得出巖體RMR評(píng)分值,確定巖體質(zhì)量等級(jí)。（參考盛佳和李向東基于Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法）GSI指標(biāo)定量化第二種確定方法Sonmez（1999）提出，即把巖體結(jié)構(gòu)和表面狀況進(jìn)行定量化。巖體結(jié)構(gòu)評(píng)分值SR(Structurerating）是單位巖體中所含有的結(jié)構(gòu)面?zhèn)€數(shù)的函數(shù)--單位體積巖體中所含有的結(jié)構(gòu)面?zhèn)€數(shù)（個(gè)/--互相正交的三條測(cè)線的長(zhǎng)度--互相正交的三條測(cè)線上節(jié)理的條數(shù)巖體表面狀況（SCR）評(píng)分值

巖體表面狀況（SCR）取決于巖面的粗糙程度，風(fēng)化程度及節(jié)理充填情況這三個(gè)因素的評(píng)分值之和--分別為粗糙程度，風(fēng)化程度及節(jié)理充填情況評(píng)分值求出巖體結(jié)構(gòu)評(píng)分值和表面狀況評(píng)分值就可從表中查出GSI值霍克（2002）也對(duì)GSI進(jìn)行細(xì)化，提出確定不同巖體GSI值新方法GSI(GeologicalStrengthIndex）為地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)，反映各種地址條件對(duì)巖體強(qiáng)度削弱程度的一個(gè)參數(shù)，取值從0（極差巖)到100（完整巖體）可以根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)特征和巖體表面狀況從表中直接讀取。當(dāng)GSI>25時(shí)(非擾動(dòng)巖體）當(dāng)GSI<25時(shí)(非擾動(dòng)巖體）S=0,a=0.65-GSI/200對(duì)于擾動(dòng)巖體，霍克建議采用以下公式

D-表示巖體受擾動(dòng)程度系數(shù)，節(jié)理巖體擾動(dòng)參數(shù)D主要考慮爆破破壞和應(yīng)力松弛對(duì)節(jié)理巖體的擾動(dòng)程度，從非擾動(dòng)巖體D=0變化到擾動(dòng)性很強(qiáng)的巖體D=1.邊坡工程巖體D建議值參考下表

巖體擾動(dòng)參數(shù)D的建議值（Hoek等。2002）節(jié)理巖體描述D的建議值小規(guī)模爆破導(dǎo)致巖體引起中等程度破壞D=0.7（爆破良好）應(yīng)力釋放引起某種巖體擾動(dòng)D=1(爆破效果差）由于大型生產(chǎn)爆破或移去上覆巖體導(dǎo)致大型礦山邊坡擾動(dòng)嚴(yán)重D=1(生產(chǎn)爆破)軟巖地區(qū)用撬挖或機(jī)械開(kāi)挖方式開(kāi)挖，因此邊坡破壞程度低D=0.7（機(jī)械開(kāi)挖）完整巖石的巖性系數(shù)的取值與巖石類型及特性有關(guān),取值為1~50,具體根據(jù)表1來(lái)確定。（摘盛佳基于Hoek-Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則的巖體力學(xué)參數(shù)確定方法）巖體強(qiáng)度估算的經(jīng)驗(yàn)辦法（一）基于巖體彈性波傳播速度的經(jīng)驗(yàn)公式彈性波縱波反映巖體的壓縮及拉伸變形特性，而橫波反映了巖體的剪切變形特性，波速和巖體介質(zhì)各種彈性參數(shù)密切相關(guān)。近年來(lái)在工程巖體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及強(qiáng)度估算的研究中，根據(jù)彈性波在巖體中的傳播特征，進(jìn)行巖體物理力學(xué)性質(zhì)與狀態(tài)的測(cè)試和評(píng)估進(jìn)展快速.彈性波波速估算巖體強(qiáng)度的方法由于避免了很多主觀因素影響，因此，使用廣泛。彈性波波速與巖體強(qiáng)度關(guān)系曲線分布如下所示，根據(jù)回歸分析得出關(guān)系曲線：（參考文獻(xiàn)：巖體強(qiáng)度估箅方法研究及應(yīng)用林達(dá)明)基于巖體彈性波傳播速度的經(jīng)驗(yàn)公式1)1970年，日本Ikeda提出巖體單軸抗壓強(qiáng)度與巖體縱波波速及巖石縱波波速的關(guān)系--分別為巖體和巖石的單軸抗壓強(qiáng)度與縱波波速2)1993年，Aydan提出用巖體彈性波速估計(jì)軟弱巖體的單軸抗壓強(qiáng)度3)1996年，Ito提出在泥巖與淤泥巖中開(kāi)挖隧道時(shí)計(jì)算巖體的單軸抗壓強(qiáng)度當(dāng)波速小于1.4km/s時(shí)，用4）1995年，Barton提出以下巖體單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式（二）基于巖體分類的強(qiáng)度估算Hoek-Brown、Prest-Brow、Kalamaras-Bieniawski等先后對(duì)Q、RMR與巖體強(qiáng)度關(guān)系給出曲線當(dāng)Q＜1或RMR＜40時(shí)，Hoek-Brown、Priest-Brown的研究曲線顯示巖體的強(qiáng)度接近0，此時(shí)巖體在強(qiáng)度性質(zhì)上接近砂土。顯然，該方法在此時(shí)估算出來(lái)的值沒(méi)有什么意義。鑒于上述的缺陷1）1993年Singh提出單軸抗壓強(qiáng)度與Q值之間的直接關(guān)系