基于岩体爆破累积损伤效应的Hoek-Brown准则修正公式

爆破开挖作业引起的扰动与损伤,特别是频繁爆破产生的累积损伤效应,必然导致岩体完整性降低,岩体力学参数弱化,从而威胁岩体工程稳定性。考虑岩体爆破损伤及其累积效应,指出了Hoek-Brown(赫克-布朗)准则及其改进公式的不足,引入完整性系数K v和损伤因子D,建立了可以表征岩体爆破累积损伤效应、岩体爆破扰动状态及其力学参数弱化程度的mb和s的取值方法。基于声速变化与爆破累积损伤效应之间的联系,建立了以岩体声速降低率η为基准量的岩体爆破累积损伤扩展模型,并将该模型成功应用于提出的Hoek-Brown准则修正公式中。根据现场模拟爆破试验与声波测试数据,对提出的修正公式进行了分析,结果表明,建立的考虑岩体爆破累积损伤效应的Hoek-Brown准则修正公式是合理的。

Hoek-Brown破坏准则求解圆形硐室塑性区半径与修正的芬纳公式比较

目的为定量确定围岩塑性区半径和给支护锚杆的深度设计提供科学依据.方法以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件，推求侧压力系数为1.0时圆形硐室理想弹塑性围岩的弹塑性应力和塑性区半径，运用Mohr-Coulomb准则直线拟合Hoek-Brown准则曲线和面积差补方法，求取等效的岩体Mohr-Coulomb强度参数后，建立相对塑性区半径随支护力和地质强度指标变化的二元非线性回归数学模型，并与源自于Mohr-Coulomb强度准则为屈服条件的修正的芬纳公式进行比较研究.结果支护力每增加1.0 MPa，就可确保地质强度指标降低10-20的岩体中不会出现塑性区.在支护力较小和岩体质量较差情况下，采用Hoek-Brown破坏准则推导得出的塑性区半径和修正的芬纳公式计算得出的塑性区半径差别稍大.相对塑性区半径与地质强度指标都呈负乘幂函数关系，随着支护力的增大，塑性区半径随着岩体质量等级的升高而下降的趋势逐渐变缓.建立的相对塑性区半径随地质强度指标和支护力变化的二元非线性回归数学模型简明，使支护力连续变化，提高了工程实用性.结论在岩体质量较差情况下，锚杆深度取1.8-3.0倍硐半径为宜.

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。

修正Hoek-Brown强度准则在钻孔稳定性分析中的应用

钻孔稳定性分析是深部钻探工程的重要科学问题之一,选择合理的强度准则有助于提高钻孔稳定性预测的准确性,可有效地减少钻孔崩落事件的发生。由于广泛使用的Hoek-Brown准则忽略了中间主应力的影响,应用时无法充分发挥岩石强度潜能。引入一种有效克服诸多经典强度准则的奇异性与非外凸性缺陷的修正Hoek-Brown强度准则,将其应用于水平、垂直和倾斜钻孔稳定性分析中的最小泥浆压力计算,同时与Mohr-Coulomb、Drucker-Prager、Hoek-Brown、3D Hoek-Brown、Mogi-Coulomb和修正Lade准则等经典强度准则预测值进行对比。研究结果表明,修正Hoek-Brown准则与修正Lade、Mogi-Coulomb和3DHoek-Brown准则的预测结果相近,且修正Hoek-Brown预测值与实际工程所用泥浆的相对误差分别为2.1%和0.76%,证明修正Hoek-Brown准则应用于钻孔稳定性分析的适用性与准确性;最小泥浆压力随钻孔深度增加呈线性递增,且受钻孔方位角和倾斜角的影响;Mohr-Coulomb与Hoek-Brown准则所预测的最小泥浆压力值最大,增加了实际工程泥浆的用量,Drucker-Prager准则所预测的最小泥浆压力最小,但给出的预测结果偏于危险,易发生钻孔失稳;基于修正Hoek-Brown准则可得到理论上最佳的钻孔位置(即所需最小泥浆压力值达到最小),为钻井工程师进行钻孔位置优化提供有益参考。

基于断裂力学的层状岩石Hoek-Brown准则修正模型研究

本文基于各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论,从层状岩石细观断裂机理出发,分析初始微裂纹沿层理分叉后起裂条件,考虑初始裂纹引发岩石破裂的临界角,建立层理弱面主导裂纹偏转的参数m_(1)各向异性公式,引入考虑岩石沿层理和基质混合破裂修正系数,得到Hoek-Brown强度准则的各向异性修正模型。对比其他各向异性Hoek-Brown模型以及页岩三轴试验结果证明了模型的有效性。修正模型继承了各向同性Hoek-Brown强度准则的断裂力学理论对于岩石破坏特征量的选择,反映了岩石的细观破坏机理,同时考虑层理各向异性的影响,准则中的相关参数物理意义明确。模型中参数m与层理面角度、层理及岩石的抗拉强度、抗压强度、摩擦系数有关,其中层理面摩擦系数的变化会引起参数m极小值点位置及岩石强度特性发生改变。

对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义,介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法,指出了Hoek-Brown强度准则和有关改进公式中存在的不足,建立了可以考虑岩体受扰动程度的修正系数Km,Ks,给出了Hoek-Brown强度准则的改进公式。修正系数Km,Ks由完整性系数Kv来表征,既能反映岩体受扰动程度,又方便获取,克服了Hoek-Brown公式和前人改进公式的不足。提出的改进公式,能够更好地确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数。以厂坝铅锌矿岩体力学参数研究为例,分别用提出的改进公式和其他几种方法进行计算,结果表明,所提出的改进公式在确定介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际情况更为接近。在对比研究的基础上,进一步说明了提出的改进公式的合理性。

基于Hoek-Brown强度准则的近接交叉隧道围岩参数计算方法

为利用在工程领域中使用广泛的Hoek-Brown强度准则,须对此进行修正,使其适用于各向异性岩石力学参数的计算。本文综合考虑了交叉隧道净距对围岩强度的影响,将Hoek-Brown准则中的扰动系数与净距关系进行量化并经过理论推导和数值模拟验算,得到了在上下隧道不同净距影响下的修正后Hoek-Brown公式。利用修正后的强度公式计算出结果与实测数据对照,结果相吻合。表明了修正后的Hoek-Brown强度公式能更好的反映出交叉隧道围岩的真实变形情况。

修正的横观各向同性岩体强度破坏准则

受结构面的控制,横观各向同性的现象在岩体工程中十分常见,其对于岩体的强度性质以及破坏行为有较为重要的影响。目前,对于岩体的强度估算,一般采用Hoek-Brown强度准则,但传统的Hoek-Brown准则缺乏对岩体横观各向同性性质的较为清晰的描述。为此,该文通过引入岩石体积节理比J_(v),节理断续度J_(c),岩体摩擦比系数J_(f),节理平直度J_(s)和节理弱化乘子γ5项指标,对Hoek-Brown强度准则进行了修正,并通过数值模拟验证,能较好地预测横观各向同性岩体的强度,为实际工程设计提供了理论依据。

基于修正拟动力法的岩质边坡三维稳定性分析方法及应用

岩质边坡的抗震设计是岩土工程的重要课题,其稳定性直接关系到工程安全和社会经济效益。由于岩石的非线性强度特性,岩质边坡的破坏形式和机理与土质边坡有很大的不同,需要采用不同的分析方法和设计原则。此外,地震作用是导致岩质边坡破坏的主要因素之一,其对岩质边坡的稳定性有着显著的影响。为更好地确定基于Hoek-Brown强度准则下的岩质边坡抗震设计方法,在极限分析法上限定理的框架下,基于离散化技术构建了一种更加符合实际岩石边坡失稳破坏机制的三维对数螺旋破坏预测模型。通过广义切线技术将Hoek-Brown准则的参数转化为容易计算的Mohr-Coulomb准则参数再将其嵌入到预测模型中,提出一种更加准确的岩质边坡地震稳定性分析模型。该模型可以考虑岩石的非线性强度特性,并通过修正拟动力法引入地震加速度和阻尼比参数,提高了地震作用力的预测精度。然后,将重力增加法和多元宇宙优化算法相结合,获得一种边坡临界安全系数的确定方法,实现了岩质边坡在地震作用下的三维稳定性评估。与现有研究成果对比和工程案例应用表明,此方法可以较为准确地评估岩质边坡的地震稳定性,同时也能够反映岩质边坡的失稳破坏形态和范围,在岩质边坡地震稳定性分析中具有较好的有效性和可靠性。研究成果为进一步优化岩石边坡的抗震设计方法提供了新的思路和参考。

基于Hoek-Brown准则等效强度参数的工程应用

为研究重庆至长沙省际公路共和隧道层状围岩稳定性,减小模拟值与实测值误差,并充分考虑倾角效应、静水压力效应和罗德角效应,将适用于层状岩体的修正Hoek-Brown(H-B)准则在I_(1)-√J_(2)平面与Mohr-Coulomb(M-C)准则进行瞬时等效,推导出用于层状岩体的等效强度参数公式,计算得到不同倾角下砂质页岩等效c、φ值,然后输入FLAC^(3D)遍布节理模型中对原岩体参数进行修正。结果表明:1)修正岩体参数法所得关键点位移变化规律与修正前一致,且位移量大于修正前,但当倾角大于60°后,该法适用性有所降低;2)修正后围岩各关键点偏应力(σ_(1)-σ_(3))始终大于修正前,且二者塑性区随倾角变化趋势一致;3)当岩体内摩擦角小于节理内摩擦角时,围岩塑性区面积较大;反之,当岩体内摩擦角大于节理内摩擦角时,塑性区面积较小。

广义H-B准则中经验参数的改进取值方法

介绍了国内外几种岩体力学参数的确定方法,指出了广义Hoek-Brown强度准则和有关改进公式的不足,基于扰动参数D评估值的离散性,引入完整性系数Kv来表征岩体扰动程度,利用对数函数建立了扰动参数D与完整性系数Kv的关系,从而建立修正系数Km、Ks与完整性系数Kv之间的非线性关系,同时又考虑了Km—Kv、Ks—Kv曲线斜率的渐变性质,给出了改进的广义Hoek-Brown公式。以贵州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他几种方法进行计算,结果表明:所提出的改进公式在确定扰动和未扰动之间的岩体力学参数时与实际更接近。

BFGS修正算法在前馈神经元网络学习中的应用

介绍了拟牛顿公式中 BFGS修正算法和 Wolf- Powell不精确线性搜索准则所具有的全局收敛性质 。

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。

对层状岩体使用修正的Hoek-Brown破坏准则的有限元分析

针对用于各向异性岩石材料的修正后的Hoek-Brown准则,推导相应的数值计算格式,将其引入可对横观各向同性介质进行弹塑性分析的二维有限元程序中,以一个假定的位于层状岩体中的矩形地下洞室为算例,通过改变岩体层面的倾角,计算和分析围岩中的位移、应力及塑性区。结果表明:当岩体层面的方向位于某些角度时,围岩中可能无或出现范围不同的塑性区,层状岩体各向异性的变形和强度特性对洞室围岩的力学动态及稳定性具有强烈的影响。

水电岩质边坡的稳定性概率分级方法研究

引入荷兰学者R.Hack等[1-3]提出的边坡稳定性概率分级(SSPC)方法,针对该方法在水电边坡稳定性评价中存在的两个局限性:一是仅适合于45 m以下边坡的稳定性评价和对完整岩石抗压强度的估计主观性和随意性较强,提出采用Hoek-Brown经验强度准则和边坡最大坡高经验公式,对SSPC方法中边坡岩体的抗剪强度和最大坡高进行修正。典型水电边坡实例的研究结果表明,SSPC修正方法对34个水电边坡稳定性评价的准确率为61.8%,对10个非构造性控制破坏的水电边坡稳定性评价的准确率达80%。SSPC修正方法对于水电岩质边坡的稳定性概率分级具有较好的适用性,可以为水电岩质边坡的稳定性快速评价提供一条新的途径。

基于广义Hoek-Brown准则的弹塑性本构模型及其数值实现

Hoek-Brown强度准则在岩石及岩体工程中得到了广泛的应用,而目前基于该准则建立起的弹塑性本构模型在理论上还存在着一些不足;考虑到不同围压条件下的岩石材料塑性形变发展特征,提出了基于分段隐式修正塑性势的塑性流动法则,解决了其它基于广义H-B准则所建立的本构模型中塑性流动方向不连续及需额外引入参数等问题;采用基于误差控制的改进欧拉中点积分算法,对该本构模型进行了数值实现并给出了单积分点层次的结果验证;进一步将成果嵌入到了同济曙光岩土工程三维数值平台(Geo FBA3D)当中,并给出了一类经典弹塑性力学问题的计算结果验证以及其在隧道工程中的典型应用算例。

重庆沙溪庙组岩石抗剪强度的确定方法

按现行岩石试验的国家规范,岩石抗剪强度是基于莫尔—库伦准则获取的。莫尔—库伦包络线为直线,但实际上岩石破坏的包络线为曲线。在重庆沙溪庙组岩石中,基于莫尔—库伦准则,利用岩石抗压和抗拉强度确定的抗剪强度与试验值存在较大的差异。本文基于莫尔包络线,引入抗剪强度修正系数,利用几何法对前述确定方法进行了修正。重庆市区70%区域分布着沙溪庙组岩石,多年建设中积累了大量的岩石强度参数,通过反演抗剪强度修正系数,建立了沙溪庙组抗剪强度的经验公式,利用经验公式计算的抗剪强度与试验值间的吻合程度高,可靠性好,可推广应用到该地层的岩土勘察与设计中去。

基于GSI值的岩体抗剪断强度参数估算

岩体抗剪断强度是评价工程岩体稳定性的重要指标之一,国内外水电工程多通过基于GSI值的Hoek-Brown准则对岩体力学参数进行估判,再结合工程规范进行取值。为方便现场快速通过GSI值的获取来选择合适的岩体抗剪断强度参数值,同时为解决Hoek-Brown经验准则在一般情况(高应力状态)下估算岩体抗剪断强度参数的计算结果与国内规范取值难相一致的问题,以调查实测所得的不同类别岩体大量GSI、RMR与BQ值数据为基础,分析研究三者之间的关系,得到了BQ、RMR以及GSI之间的关系方程。同时结合工程岩体分级标准(GB/T 50218)中BQ值与岩体抗剪断强度参数的关系,建立了基于GSI值的岩体抗剪断强度参数估算公式。通过比较H-B准则等效公式与所提出的基于GSI值的估算公式的计算结果,建立它们之间的关系式,将H-B准则在一般情况(高应力状态)下的计算结果转化为与国内规范GB/T 50218等取值相一致的参数,以便在工程中更有效应用。研究成果可供其他类似工程参考。

爆破扰动下露天矿边坡岩体力学参数确定

在矿山巷道工程和边坡工程稳定性分析中,岩体力学参数选取会对结果产生重大影响。通过现场大型原位试验方法可以确定出符合工程实际的岩体力学参数,但存在工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制。一般采用Hoek-Browm准则对室内岩块试验获得的力学参数进行工程处理,常用的Hoek-Brown准则在处理边坡岩石力学参数都是忽略爆破震动对露天矿边坡的影响,而爆破扰动是影响稳定性和岩体力学参数的主要因素。利用非线性方程来表征受扰动修正系数Km、Ks与完整性系数Kv之间的关系,建立了Hoek-Brown准则经验参数mb、s的一种改进取值方法。以新疆东戈壁露天矿东边坡为例,采用Hoek-Brown准则爆破扰动下的修正公式及前人公式进行分析计算,结果表明,由该方法确定的介于扰动和未扰动之间的岩体力学参数更符合实际。