基于广义Hoek-Brown强度准则的岩体应变软化行为模型

基于岩体的强度参数随着最大塑性主应变的增加而逐渐演化这一力学行为,采用广义Hoek-Brown(H-B)强度准则,以最大塑性主应变作为应变软化参数,假设广义Hoek-Brown强度准则中的强度参数m,s和a为最大塑性主应变的双线性函数条件下,通过理论推导给出岩体应变软化曲线非线性表达式的求法。最后结合算例分析度参数m,s和a的演化规律对岩体应变软化行为的影响。研究结果表明:强度参数m和s的残余值越大且a的残余值越小,则软化曲线下降得越缓和,岩体的残余强度越大。

一种改进的真三轴Hoek–Brown强度准则

Hoek–Brown强度准则已经广泛应用于岩石与岩体力学分析、岩石边坡稳定性分析、岩石隧道设计等领域,但常规Hoek–Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,应用上不能反映岩石的真三轴力学性能,因此有必要对Hoek–Brown强度准则进行改进。通过分析岩石的真三轴试验结果,明确了岩石中间主应力对岩石强度的影响存在增强和抑制两种特征,当中间主应力大于临界值σ*2时,岩石强度被增强;当中间主应力小于临界值σ*2时,岩石强度被减弱。基于中间主应力的临界应力状态,引入中间主应力系数β,将一种2维Hoek–Brown强度准则改进为真三轴Hoek–Brown强度准则。采用非线性拟合方法确定了模型中的参数,通过对比8种岩石类型的真三轴试验数据,对改进后强度准则的精确性和普适性进行验证,并与其他3种真三轴强度准则做对比。结果表明:改进的真三轴强度准则的最佳参数m取值均能落在Hoek和Brown建议的取值区间,能够继承Hoek–Brown强度准则的优点。改进后的强度准则对8种岩石类型的均方根差(RMSE)均低于另外3种准则,能够准确预测岩石强度,且适用于大多数岩石类型,较好地体现了中间主应力对岩石强度的影响;Pan–Hudson准则总是在低σ2条件下高估岩石强度值,在高σ2条件下低估岩石强度值;Zhang–Zhu和Priest准则对岩石类型具有较强依赖性,描述精度较差。因此,改进的真三轴Hoek–Brown强度准则具有重要的应用推广价值。

基于广义Hoek-Brown准则的边坡稳定性强度折减法数值分析

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及计算领域应用最广泛的准则之一,并在边坡极限平衡法计算中得到了广泛应用,但很少应用于数值模拟计算领域。本文结合工程实例,以广义Hoek-Brown屈服准则建立数值计算模型,并基于强度折减方法计算边坡安全系数,经与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟及极限平衡计算对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与其它方法一致并且正确的结论。并认为不同屈服准则条件下的边坡潜在滑移面位置及变形特点存在差异,原因在于不同的屈服准则采用了不同的流动法则。与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则更加体现了节理岩体的变形和破坏特点,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。

基于广义Hoek-Brown准则的边坡安全系数间接解法

为了将强度折减法与Hoek-Brown准则相结合,可通过2种方法间接得到安全系数,即直接折减Hoek-Brown参数及计算等效Mohr-Coulomb参数方法.理论分析表明,前者存在一定困难,因此选用后者.首先计算与Hoek-Brown参数对应的等效黏结力和内摩擦角;然后采用位移突变失稳判据,由Mohr-Coulomb强度折减法间接得到广义Hoek-Brown准则下边坡的安全系数.结果表明:间接计算方法方便可行,具有实用价值.

Hoek-Brown经验强度准则的修正及应用

对Hoek-Brown强度准则中岩体地质力学指标GSI和扰动参数D的评估值进行统计分析发现,不同评估者对岩体GSI值的评估有较强的一致性,而对D值的评估则呈现很高离散性.扰动参数D的评估值的离散性是岩体力学参数估计值可靠度降低的主要原因,因此,对Hoek-Brown经验强度准则而言,给出一种更为准确的D值确定方法是十分必要的.通过分析现有的岩体扰动参数确定方法的局限性以及基于声波测试理论的岩体完整性评价方法,探讨了基于声波传播速度的扰动参数D的确定方法以及在实际工程中考虑或忽略开挖扰动的基本原则,并通过有限元算例与Hoek等人的理论进行了比较.

广义Hoek-Brown破坏准则平面应变问题的滑移线场理论

根据弹塑性力学平面应变问题的特点,推导广义Hoek-Brown破坏准则平面应变问题应力分量的双参数表达式。代入静力平衡微分方程,得到双曲型一阶拟线性偏微分方程组。运用行列式方法,在适当的变量代换后,获得应力偏微分方程组的特征方向和特征上的微分关系。特征方向表明塑性区中的共轭斜交剪切滑移面形成两族非正交滑移线,其共轭角随极限应力状态和Hoek-Brown岩体材料物性参数而变化。由于对称初始应力场条件下圆形硐室理想弹塑性围岩塑性区内最大主应力方向为环向,而滑移线切线方向与最大主应力方向的夹角是最小主应力(径向应力)的函数,结合圆形硐室理想弹塑性围岩的应力分布的分析解,获得滑移线的极坐标曲线所满足的微分方程,进而得到其极坐标曲线方程。

对Hoek-Brown强度准则的改进及工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义,介绍了Hoek等人对Hoek-Brown强度准则的改进公式,基于完整性系数Kv,提出了Hoek-Brown强度准则的改进公式。以瓮福磷矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其它几种方法进行计算。计算结果表明,本文提出的改进公式确定的岩体力学参数与实际情况更为接近,通过对比,进一步说明了本文提出的改进公式的合理性。

Hoek-Brown强度准则在隧道岩体稳定分析中的应用研究

Hoek-Brown强度准则适宜于描述完整岩石或节理岩体的破坏特征,并在岩体工程中得到了广泛应用。基于Hoek-Brown强度准则对某隧道工程岩体稳定进行分析,并与Mohr-Coulomb强度准则计算进行比较。结果表明:Hoek-Brown强度准则计算得到的关键点位移、塑性半径及塑性区范围均稍大于Mohr-Coulomb强度准则的结果;Hoek-Brown强度准则能够反映施工开挖扰动对岩体力学参数的影响。同时,假设施工扰动系数从隧道内向外逐渐减小,应用Hoek-Brown强度准则研究了开挖扰动程度对隧道塑性半径的影响规律。研究表明:随着扰动的增大,塑性半径非线性增大。

基于Hoek-Brown屈服准则的隧道围岩稳定性分析

基于隧道稳定性分析时常常采用Mohr-Coulomb屈服准则,但岩石屈服时服从Hoek-Brown半经验公式屈服准则。在Hoek-Brown屈服准则中引入强度折减法用以研究隧道围岩的整体稳定性,且与基于等效的Mohr-Coulomb屈服准则的强度折减法进行比较。分析结果表明:在不同屈服准则条件下的整体稳定系数、围岩变形特点及潜在破坏面位置大体上是一致的,但也存在一定差异;所得围岩稳定范围可以为锚固支护提供合理的参数以及开挖前的地层加固提供参考。

Hoek-Brown准则在岩质边坡稳定分析中的优越性

介绍了最新的用于估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则Hoek-Brown屈服准则。结合岩质边坡工程并基于强度折减法计算边坡安全系数,与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟对比,得出Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则,考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,能很好地反映岩体的非线性破坏特征及机理,符合节理岩体的变形和破坏特点。

Hoek-Brown准则在黑泉水库边坡稳定中的应用

详细介绍了最新的Hoek-Brown屈服准则,并结合黑泉水库边坡工程,基于强度折减法计算边坡安全系数,与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与Mohr-Coulomb屈服准则的一致并且正确的结论。与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则,更好地体现了节理岩体的变形和破坏机理,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。

Hoek-Brown准则在卸荷岩体中的应用探析

针对采用传统加载条件下计算边坡开挖卸载过程的结果与实际相差较大,以清江隔河岩水电站厂房开挖高边坡为例,分别采用Hoek-Brown和Mohr-Coulumb准则模拟卸荷岩体的力学性质。结果表明,Hoek-Brown准则描述开挖卸荷岩体的破坏模式更准确。

五种常规三轴强度准则的比较

基于6种岩石的试验数据对5种常规三轴强度准则进行拟合。以拟合偏差绝对值之和最小为目标确定强度准则中待定参数,进而比较拟合偏差以及单轴抗压强度σC和抗拉强度T的预测值与试验值差异。研究发现:含有3个参数的广义Hoek-Brown准则、指数强度准则和ROCKER准则预测的单轴抗压强度与试验值基本一致;ROCKER准则预测的单轴抗拉强度与试验值较接近;广义Hoek-Brown准则具有较小的拟合偏差,抗拉强度对强度准则的拟合结果没有明显影响。

经验参数m,s对岩体强度的影响

在研究Hoek-Brown经验强度准则过程中,不难发现,该准则将工程岩体在荷载作用下表现出来的复杂破坏,归结为拉伸和剪切破坏两种机制;将影响岩体强度的复杂因素,集中包含在准则引用的两个经验参数m(岩石软硬程度)、s(岩体破坏程度)之中。因而研究m,s两参数对岩体强度的影响,有较大的工程实用价值。本着从工程应用精度要求出发,侧重其m,s对岩体强度值计算精度的影响和规律进行了探讨和研究,指出了精确确定m,s值对岩体强度的应用与理论规律研究的重要性,同时也对工程正确应用该准则给予了启迪和帮助。

岩体质量参数m,s值确定及其对岩体强度影响研究

在前人研究成果的基础上归纳总结了几种确定岩体质量参数m,s值的方法,并结合长江三峡工程永久船闸高边坡岩体,进行岩体质量参数m,s值对岩体强度影响的研究,得到岩体质量参数m,s值与Hoek-B rown强度包络线以及瞬时内摩擦角φi等之间的一些变化规律。对于研究岩体质量参数对岩体强度的影响有一定的应用价值和参考价值。

地质强度指标量化方法综述

在广义Hoek-Brown强度准则中,如何量化地质强度指标GSI取值进而获得贴近工程岩体力学参数的问题,是众多专家学者一直在研究的课题。本文详细介绍了国内外专家对于此问题的最新研究成果,并提出了两个问题:各GSI取值方法的准确程度无法评价的问题;在改进的获取GSI表中,如何选取两个最具代表性的因素来表征岩体结构特征和岩体结构面特征的问题,这两个问题的研究将会推动岩体工程的进步。

基于Hoek-Brown准则和强度折减法的边坡稳定性分析

强度折减法在边坡稳定性评价中得到了广泛应用,它是以线性的Mohr-Coulomb准则为依据进行的。采用Hoek-Brown准则与强度折减原理相结合的方法,以某铁矿矿区的边坡为例进行稳定性分析研究,并对风化程度不同的岩层采用不同的强度准则,进行了对比分析。结果表明:Hoek-Brown强度准则适用于风化程度较小的岩层;当考虑地表荷载时,其作用范围的大小并不会影响边坡的稳定性,并且对于边界条件的影响也不明显。

基于GSI的水库高边坡岩体抗剪强度参数计算

为研究某水库高边坡的节理岩体抗剪强度参数,选取37个调查点进行统计计算,引入GSI地质强度指标,考虑岩体结构、结构面特征、岩块的抗压强度值,岩性的情况四个方面对其评分.采用了普遍适用的Hoek-Brown经验准则对边坡的白云质灰岩和灰岩材料参数进行计算,通过回归分析方法计算出了两种节理岩体的抗剪强度参数.结果表明GSI指标对强度参数值影响较大,尤其是粘聚力,白云质灰岩及灰岩的风化程度越强,粘聚力和内摩擦角及抗压强度值越小,并且得出了两种岩体强度参数的分布规律,其结果可为边坡的稳定性分析及防治提供可靠的依据.

开挖卸荷洞壁围岩强度变化规律研究

基于非线性Hoek-Brown强度准则,对地下岩体开挖应力重分布后岩体强度的变化规律进行了研究。结果表明,由于应力卸荷洞周一定范围岩体强度发生明显降低,不同部位降低幅值不同,距洞壁位置越远降低越小。岩体表征参数GSI、单轴抗压强度σci降低,卸荷后岩体强度降低,应力扰动系数D降低,岩体强度升高。

碎裂边坡岩体等效抗剪强度参数的确定

为了更精确地求出岩体的等效抗剪强度参数,本文采用岩体结构面网络模拟方法获得了边坡岩体质量分级的RMR值,通过建立RMR值与Hoek-Brown强度准则的数学关系,可计算出岩体的等效内聚力c和等效内摩擦角,并以该等效参数为基础利用3DEC软件进行数值模拟,结果表明模拟结果与实际情况基本相符,从而验证了该方法进行碎裂边坡岩体抗剪强度参数的确定具有可行性,且能更精确地为工程设计和施工服务。