修正Hoek-Brown准则的等效Mohr-Coulomb强度参数确定方法研究

合理确定岩石材料强度参数是工程设计的关键问题之一。为有效描述岩石的强度特性,众多学者提出了大量三维强度准则,其中基于两参数偏函数的修正Hoek-Brown(H-B)准则取得了良好效果,能够有效地反映岩石的静水压力效应、Lode角效应及中间主应力效应等强度特性。确定修正H-B准则的等效Mohr-Coulomb(M-C)参数有利于提高其在工程应用中的便利性,因此提出一种基于I1-√J2平面计算三维强度准则瞬时等效M-C参数的方法,应用于修正H-B准则,并对计算方法的合理性及瞬时等效M-C参数与岩石强度特性的关系进行讨论。结果表明:瞬时等效M-C参数可有效表征非线性静水压力效应,且合理反映Lode角效应和中间主应力效应的区间性特点;瞬时等效M-C参数可有效表征静水压力对Lode角效应的影响和最小主应力对中间主应力效应的影响,静水压力增大时,Lode角效应更为明显,且当最小主应力增大时,瞬时等效内聚力反映出更为显著的中间主应力效应;该方法能够合理地计算瞬时等效M-C参数,修正H-B准则具有准确预测岩石强度的能力。上述成果对修正H-B准则在实际工程中的应用具有较强的指导意义。

基于Sheorey岩体强度准则对等效Mohr-Coulomb强度参数的推导

引入基于RMR岩体分级指标的Sheorey岩体强度准则,根据σ1-σ3平面上用线性Mohr-Coulomb(M-C)强度准则对非线性准则进行拟合的原则,利用最小二乘法推导出相应的等效M-C强度参数,并给出等效强度参数的通用表达式,方便利用Sheorey准则评价岩体的强度及稳定性。之后,通过一个算例比较了Sheorey准则与HoekBrown准则的M-C等效强度参数。分析结果表明,两准则的等效强度参数具有良好的吻合度。

基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维极限平衡法与应用

开展岩质边坡三维稳定性分析方法研究具有重要的理论意义和工程应用前景。常规的等效Mohr-Coulomb强度参数来分析岩质边坡的稳定性,不能准确反映岩体材料强度包线呈非线性分布的特征,计算结果偏于保守。建议了一种逐点等效Mohr-Coulomb强度参数替代常规的等效Mohr-Coulomb强度参数,通过构造滑面上的正应力分布,滑面上各点的等效黏聚力和等效内摩擦角则随着滑面正应力分布而逐点变化。在此基础上,将逐点等效Mohr-Coulomb强度参数方法和基于滑面正应力修正的极限平衡法相结合,提出了一种基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维稳定性分析方法。算例表明该方法计算结果与已有方法相印证,适用于任意空间滑面形态。与常规等效Mohr-Coulomb强度参数相比,该方法得到稳定性系数显著偏低。进一步将该方法应用于某露天矿边坡的整体稳定性评价,效果理想,并被工程单位所采纳。该方法结果可靠,计算过程简单且易于编程,可为岩质边坡工程稳定性评价提供理论参考。

船梁子不稳定斜坡的非线性强度折减分析

自20世纪70年代以来,强度折减法逐步被用于评价岩土工程稳定性。对于线性的Mohr-Coulomb准则,由于其抗剪参数的折减物理意义明确,得到了学术界的一致认可。Hoek提出的非线性半经验Hoek-Brown强度准则,也已被岩石工程所广泛应用,然而关于其强度参数的折减,国内外存在着较大的分歧。首先,介绍了非线性强度折减技术的基本理论;然后,在船梁子斜坡稳定性分析中,分别采用非线性强度折减法和极限平衡理论进行计算,并对两种方法得到的边坡安全系数及破坏滑移面进行比较,分析表明,非线性强度折减技术和极限平衡理论结果基本吻合;最后,通过与等效Mohr-Coulomb法的结果对比分析,验证了非线性强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的合理性和适用性。

考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力分析

现有研究中,可高效地给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道衬砌结构内力分布规律的研究方法较少。为探究考虑Hoek-Brown破坏准则时的圆形隧道支护结构内力分布规律,基于超静定响应法,通过将Hoek-Brown破坏准则中的岩石强度参数转化为等效Mohr-Coulomb强度参数,给出考虑Hoek-Brown破坏准则的圆形隧道支护结构内力计算方法。通过将本文方法所得结果与经典解析解答进行对比,验证方法的有效性。利用给出的弯矩和轴力的计算表达式,探究了不同的隧道埋深H,不同的岩石无侧限抗压强度σci和地质强度参数GSI对隧道支护结构内力分布的影响规律。研究发现:参数H,σci和GSI对圆形衬砌结构内力影响较大,衬砌结构的弯矩和轴力值随H的增加而增长,但随σci和GSI的增加而减小;隧道开挖后岩石完整越好,围岩的整体自稳定性越好,使得衬砌结构内力越小。衬砌结构弯矩绝对值的最大值出现在隧道拱顶、侧墙和拱底处,而轴力绝对值的最大值仅出现在侧墙处。给出的方法既可为隧道设计初期支护结构的力学行为分析提供参考,又能为在服从Hoek-Brown破坏准则的岩体中开挖的圆形隧道支护结构设计提供理论参考。