节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法

确定大体积节理化岩体强度与力学参数是很困难的,这主要是由于节理化岩体试件尺寸太大及岩体所含节理裂隙所致.然而广义HOEK-BROWN准则的出现,为此提供了解决问题的新途径.本文提出了一种确定大体积节理化岩体强度与力学参数的简易经济的新方法——地质强度指标GSI法.

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。

基于钻孔岩芯的RQD_I值获取泥岩地质强度指标(GSI)的方法应用研究

地质强度指标(GSI)是Hoek-Brown准则中重要的参数,其值主要是根据岩体结构和节理条件获取。在工程实践中,由于缺乏可具体量测的典型参数,GSI的取值主观性很强。在Hoek的GSI计算公式的基础上,基于对地铁勘察中钻孔岩芯的描述,引入RQD_I值确定岩体结构,并结合节理的粗糙程度和蚀变程度,建立一个新的GSI值计算公式。根据Hoek-Brown准则,利用该GSI值计算出泥岩的变形模量E_m,结果与勘察单位给出的建议值很接近,说明该方法具有一定的可行性。

基于量化GSI系统的破碎岩体应变软化行为研究

松软破碎岩体的复杂力学特性给深部开采工程带来一系列棘手的问题,深入研究破碎岩体峰后力学行为,对于深部巷道围岩稳定性分析及支护结构设计具有重要意义。基于量化GSI围岩评级系统及连续介质理论,建立了考虑围压影响的破碎岩体峰后应变软化力学模型。通过工程应用实例验证了数值模型的可靠性。研究结果表明:通过计算围岩与支护结构相互作用关系可知,理想弹塑性模型和应变软化模型所得计算结果差异较大,采用理想弹塑性模型进行支护设计,可能导致支护结构的安全性偏低,甚至失稳。现场应用结果表明:数值计算结果与现场实际情况吻合;提出的深部破碎岩体应变软化模型能够较为真实地反映破碎岩体的非线性破坏行为,可为硐室围岩稳定性分析及支护结构设计等提供新的思路。

地质强度指标对白鹤滩水电站地下厂房围岩稳定性的影响研究

在工程实践中,由于地质强度指标的取值主观性较强,难以细化地质强度指标对大型地下洞室围岩稳定性的影响。为此,基于白鹤滩水电站地下厂房洞室群,在验证已有Hoek-Brown本构参数合理性的基础上,讨论不同地质强度指标取值对围岩稳定性的影响。结果表明,厂房与主变洞围岩的变形量和塑性区深度随着峰值地质强度指标的增大而减小,且各部位变化规律基本一致;地下厂房与主变洞围岩变形、塑性区深度的变化规律及趋势可分为基本不变(地质强度指标为90~80)、缓变(地质强度指标为80~50)、陡变(地质强度指标为50~40)3个阶段;厂房上游岩锚梁处的变形量始终大于其他部位,厂房下游岩锚梁附近与主变洞上游边墙中部围岩的塑性区变化较其他部位幅度大,围岩塑性区深度增加比较明显。该研究为类似其他大型地下洞室开挖提供了理论参考。

基于岩体强度指标和有限元法的边坡稳定分析研究

为了解决不完备勘探数据条件下地质强度指标法分析精度不足的问题,本研究采用地质强度指标法取代经验系数法设计有限元分析的参数设定方法,解决二者结合后,比较标准偏差率1倍σ值,有限元法结合地质强度指标法对比单纯有限元法,均值提升25.77倍,中位数提升25.70倍;有限元法结合地质强度指标法对比单纯地质强度指标法,均值提升111.03倍,中位数提升110.70倍。研究中将单纯岩体强度指标法与单纯有限元法相结合,形成有限元法结合岩体强度指标法的综合分析方法,发挥了岩体强度指标法对地质参数的整理效果,优化了各地质参数之间的传导关系,使原始参数的设定更佳,使得边坡稳定评价精度得到大幅度提升。

基于模糊综合评判法判断重庆天白水库地质强度指标

针对地质强度指标判断较为依靠主观经验的情况,本文以重庆天白水库工程作为研究实例,通过结构面条件、波形系数、光滑系数作为判断因子,然后把多因素模糊综合评判理论应用到GSI系统的评价中去,并利用层次分析法确定模糊评判因素的权重,建立GSI系统的模糊综合评判模型。本文建立的重庆天白水库地质强度指标GSI模糊综合评判法计算值与基于传统的GSI指标评价体系计算的结果较为吻合,能够很好地应用到实例工程中。

基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用

在分析岩体的变形特性时,岩体变形模量是一个非常重要的参数,一般要通过现场试验来确定。但利用现场试验直接确定岩体变形模量时,具有时间长、代价高以及试验结果可靠性差等缺点。E.Hoek利用地质强度指标GSI,通过大量现场试验数据的分析研究,建立一种新的估算岩体变形模量的公式。分析这种最新计算岩体变形模量的方法,并通过对岩体结构特征和结构面表面特征的定量描述,对GSI系统进行量化取值,特别对岩体体积节理数Jv的取值进行深入分析。最后通过实际工程的运用,研究应用这一方法的具体过程。最后通过与现场试验结果进行对比,分析这一方法的合理性。

定量化GSI在估计岩体力学参数中的应用研究

Hoek-Brown强度准则在裂隙化岩体中得到了广泛应用。然而,Hoek给出的岩体结构特征和岩体表面状况与地质强度指标(GSI)的概化关系,公路隧道工程中无法根据勘察报告给出围岩指标,建立与GSI的对应关系。鉴于此,必须建立岩体完整系数(K_v)和岩体风化程度系数(K_f)与GSI的定量关系,从而确定Hoek-Brown强度准则中所需要的岩体参数值。利用该方法估计公路隧道围岩的力学参数,将该估算值用于模拟隧道拱顶沉降,得到的模拟值与实际监测结果对比,误差在允许范围之内。通过算例验证该方法确定H-B强度准则中岩体参数的可行性,为公路隧道不同围岩的H-B强度准则岩体参数值的确定提供了新的快速、实用的方法。

中国地质灾害系统层次分析与综合灾度计算

本文在总结新中国成立以来中国地质灾害基本情况的基础上,参照系统工程理论与方法,建立以综合灾度为指标的地质灾害综合评价的系统层次结构模型和计算的数学模型;以经纬度2.5°×2.5°为计算单元,计算得出不同地区的地质灾害程度指数和综合灾度指数;以此为基础,分析了中国地质灾害区域分布规律和发展趋势。

基于GSI值量化和修正方法的岩体力学参数确定

为了准确确定岩体力学参数,通过综合分析多种地质强度指标(GSI)量化方法,提出了一种改进的GSI值量化和修正方法。首先,利用测线法估算结构面平均间距(d)和岩体块度指数(RBI)的改进型岩体块度率(RBR),根据岩体三维结构面网络,获得岩体体积节理数(J_v)和岩体结构等级(SR),然后采用上述参数和结构表面条件(SCR)及结构表面特性参数(J_c)进行了GSI值的定量化处理。为了克服GSI体系的缺点,考虑结构面产状和地下水对岩体力学性质的影响,提出了GSI值的修正方法和公式。以某铅锌矿体的矿岩体为例,根据改进的GSI值量化和修正方法及Hoek-Brown强度准则来确定矿岩体力学参数,通过与原位变形试验的对比分析,验证了该方法的精确性和可行性。该方法为从室内岩石力学试验合理地获取节理岩体力学参数提供了理论及实现的依据。

钻孔成像在GSI系统估算深部岩体力学参数中的应用

为提高深部岩体力学参数估算的准确性。对从某矿现场取得的岩样进行岩石力学性质试验,获得包括岩石的抗压强度、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等岩石力学参数。然后,对同一位置、不同方向的多个钻孔进行钻孔成像勘探,延伸其中的结构面,联通获得其三维空间分布特征,确定岩体结构等级和结构面表面特征等级。进而,基于地质强度指标(GSI)系统和Hoek-Brown准则,建立深部岩体力学参数量化取值的新方法。研究表明,用量化GSI方法估算得出的岩体力学参数小于室内岩石力学性质试验得出的结果。

GSI值定量化与岩体力学参数的确定

为了降低地质强度指标GSI取值主观性,提高岩体力学参数取值精度,采用正交试验得出岩体地质特征参数关于GSI敏感性排序,选出对GSI影响较大的4个参数;引入岩体结构等级SR、结构面表面等级SCR的区间数概化出GSI区间范围;引入岩体完整性系数K_(V),波速比K′_(V)对GSI区间范围进行线性插值,从而获得精确的GSI值。以清家沟隧道为例,用该方法估算出的岩体力学参数值在III_(2)级围岩规范范围内,利用FLAC^(3D)进行数值模拟,所得拱顶竖向沉降值与实际监测值之间相对误差为1.5%,验证了该方法的可靠性。

GSI系统下波形衰减系数估算矿体变形模量的新方法

以福建某矿山矿体为研究对象,通过现场原位测试,并结合室内矿物超声波波形测试和单轴压缩试验,利用GSI系统下Hoek-Brown强度准则,研究了波形衰减系数估算矿体变形模量的新方法。结果表明:由块状矿物波形衰减系数得到的矿体变形模量估算值与实测值非常吻合,误差为2%～5%左右,为简单、快速、准确获取矿体强度参数提供了新思路。

一种基于GSI弱化的应变软化模型

Mohr-Coulomb和Hoek-Brown破坏模型是目前运用最广泛的两种岩体破坏模型。为了能够直观地描述围岩高应力条件下的脆性破坏,众多学者提出基于这两种破坏模型的岩体参数取值方法,主要包括基于Mohr-Coulomb模型的CWFS模型以及基于Hoek-Brown模型的DISL模型和BDP模型。上述模型在表征岩石的脆性破坏方面均有一定的适应性,但是由于存在高围压条件下的硬化现象以及参数取值物理意义不明确等问题,其在实际工程中的应用受到一定限制。在上述模型的基础之上进一步研究Hoek-Brown破坏模型的参数取值规律,在分析地质强度指标GSI值在岩石压缩变形过程中的变化规律的基础上,通过构建地质强度指标GSI值与围压以及塑性应变的函数关系式,建立一种新的基于GSI弱化的应变软化模型——GSI弱化应变软化模型;然后通过锦屏二级水电站白山组大理岩以及Tennessee大理岩三轴压缩试验数值模拟对该模型进行验证。分析表明:该应变软化模型能够较好地模拟大理岩的三轴力学特性。最后运用该模型评价锦屏二级水电站引水隧洞开挖松弛范围,可为岩体开挖支护提供一定参考。

岩体宏观力学参数取值的GSI和广义Hoek-Brown法

工程实践中 ,岩体宏观力学参数的确定至关重要 ,直接影响到工程的安全性和经济性。本文将工程岩体分类的新方法—地质强度指标 (GSI)法和广义Hoek -Brown法结合起来 ,对某矿山边坡岩体宏观力学参数进行了估计 ,并与其它岩体参数估计方法进行了对比研究 ,结果表明 ,GSI和广义Hoek

基于区间理论与GSI的岩质边坡稳定可靠性分析方法

针对采用结构面表面特征与岩体结构的定性描述确定岩体地质强度指标GSI存在较强主观性的特点,首先以结构面表面等级SCR与岩体结构等级SR对其进行量化处理,并根据组成SCR与SR的量化指标取值过程中所具有的不确定性,采用区间值表示参数取值,建立岩体量化GSI区间值确定方法;其次,根据Hoek-Brown准则等效岩体抗剪强度参数转换关系,采用区间数学理论建立出岩体力学参数区间值确定方法;然后,通过区间组合法求解岩质边坡安全系数区间值,并在确定安全系数要求值的基础上采用非概率可靠性分析方法进行稳定可靠性评价,进而建立出基于区间理论与GSI的岩质边坡稳定可靠性分析方法;最后,将其应用于分析湖南省柘溪水电站进水口高边坡稳定性,结果表明该方法具有一定的合理性与可行性。在缺乏现场岩体力学试验与大量样本数据的情况下,该方法为岩质边坡从岩体力学参数确定到稳定可靠性评价提供了一条新途径。

基于Hoek-Brown准则的位移反演分析GSI与岩体波速关系

地质强度指标GSI的选取有地域性,GSI的准确性会直接影响Hoek-Brown强度准则的应用效果。基于Hoek-Brown准则对青岛地铁3号线永平路站—青岛火车北站区间内的地质强度指标GSI、扰动系数D和泊松比进行反演研究,并利用均匀设计表对反演参数进行范围划分和试验点选取,有效降低了试验次数,同时保证了较好的试验效果。借助FLAC3D软件计算出10个断面的GSI值,并研究了GSI与岩体波速Vp的关系,通过线性拟合得到GSI-Vp关系式,并用于预测青岛地铁3号线重永区间的GSI值。结果表明:GSI-Vp关系式所预测的GSI值用于重永区间数值模拟计算,所得位移值与该区间监测值的相对误差较小,具有较好的一致性,进而验证了关系式的合理性。研究成果为工程上准确获得GSI提供了新方法。

钻探岩芯分级Hoek-Brown准则GSI在边坡工程中的应用

在广义Hoek-Brown强度准则中,地质强度指标(GSI)是一个重要的参数,其主要是根据岩体结构特征,查表取得。在工程应用时,该参数缺乏定量化依据,其取值主观性较强,误差较大。本文基于高速公路边坡工程钻探岩芯的定量化指标对边坡岩体结构类型进行了分级,并提出边坡岩体结构类型的线性定量化指标——岩体结构率,通过建立边坡钻探岩芯与岩体结构率之间的关系,即可通过查表获取GSI的值。该量化方法可以直接利用工程钻探的岩芯数据通过广义Hoek-Brown强度准则计算出边坡工程的岩体强度参数,并可有效地对边坡工程进行数值化分析。

基于Hoek-Brown强度准则的软岩强度参数获取方法研究

岩土体工程中如何可靠地获取岩体的力学参数一直是岩石力学所面临的重要问题,基于广义的Hoek-Brown强度准则,结合国标中对岩体结构类型划分与岩体结构面条件总评分,构建新的地质强度指标GSI量化取值表,获取岩体的GSI范围量化值,结合Roc Data数据处理软件,拟合出岩体的剪切强度包线,获取岩体的物理力学参数,与工程实例中获取的现场直剪试验数据进行对比分析,分析此方法的合理性。