基于声波信息预测岩体力学参数的研究

基于Hoek-Brown强度准则中运用地质强度指标GSI求取岩体力学参数的方法。通过改进构建起钻孔声波测试所得岩体纵波波速vmp,岩石单轴饱和抗压强度σc与GSI值之间的函数关系,并应用于Hoek-Brown强度准则预测了沙坨水电站大坝坝基岩体力学参数,结果显示预测值与实验测试值之间基本吻合。该方法为资料不足情况下探知岩体力学参数提供了一种参考方式。     

基于块体体积和岩体波速的岩体力学参数估算方法

岩体力学参数的准确取值是岩土力学与工程领域关键科学问题之一.首先引入可考虑节理间距与数量的块体体积（Vb）参数,提出了基于Vb的地质强度指标（GSI）的计算公式,并将基于岩体波速（Vp）的岩体扰动参数（D）代入Hoek-Brown强度准则,提出了基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法.然后通过与已有GSI计算方法对比,验证了基于Vb计算GSI的正确性,并将基于Vb和Vp的岩体力学参数估算方法应用于田西高速的参数取值,同时将数值计算结果与现场调查、监测结果进行对比分析,验证了所提方法的可行性和准确性.该方法推广了Hoek-Brown强度准则的适用范围,并为工程建设初期试验资料不足情况下的参数取值提供了一种新的思路.     

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K_m、K_s与完整性系数K_v之间的关系,建立了Hoek-Brown准则经验参数m_b、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。     

基于RMR与H-B准则估算大型洞室岩体力学参数敏感度分析

利用RMR(岩体质量分级)与Hoek-Brown(H-B)准则估计岩体力学参数可作为大型地下洞室围岩参数确定的有效途径.考虑到输入参数不确定性引起岩体力学参数估计精度受影响的问题,依托白鹤滩水电站地下厂房工程,基于原位测试、室内试验与数值模拟等,研究H-B准则输入参数与估计岩体力学参数间的敏感性关系,并采用敏感度因子定量描述.结果表明,岩体力学参数对输入参数的敏感性排序为RMR>σ_○ci(岩石单轴抗压强度)>m_i(岩石材料常数),当RMR取值误差为±5%时,弹性模量、内摩擦角及黏聚力估计结果分别产生约20%,22%与13%的偏差;当σ_○ci与m_i的测定误差小于±20%时,其对于内摩擦角与黏聚力估算结果的影响分别小于4%与10%.该研究可为类似大型地下洞室工程岩体力学参数估计精度评价提供借鉴.     

广义Hoek-Brown准则在某非洲水电工程中的应用研究

基于广义Hoek-Brown准则,以某非洲大型水电工程为背景,探讨了该方法在低地应力地区节理岩体强度参数取值中的应用。在现场勘察和施工开挖面测绘数据基础上,对比分析了相同围压条件下该方法估算获得的岩体强度参数同现场原位试验的岩体强度参数,结果基本吻合,说明广义Hoek-Brown准则估算岩体强度参数可以满足工程计算需要。应用广义Hoek-Brown准则估算的隧洞和边坡岩体的强度参数,对坝址区引水隧洞K0+209.0 m断面及右岸坝肩边坡开挖过程模拟分析,结果显示的隧洞顶拱位移及隧洞平顶效应与现场相符。边坡开挖后表层岩体产生轻微卸荷回弹,最大值为第二级和第三级边坡4.7 mm,边坡整体稳定性好。     

大尺度垂悬岩体力学参数的确定

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于工程实践的岩体力学参数.     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩参数智能反分析

岩体力学参数的合理确定是隧道工程中一项基础性工作,也是隧道施工过程中存在的一个重要问题,直接关系到分析结果的正确性和可靠性,反分析作为一种可以较好地确定岩体力学参数的方法,在岩土工程领域得到广泛应用.本文基于Hoek-Brown强度准则,首先利用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中4个参数进行了敏感性分析,然后编制遗传-粒子群反分析程序进行隧道围岩物性参数的反分析.基于反演分析得到的围岩力学参数,对下一步施工产生的影响进行预测,取得了良好效果,验证了所提方法准确、可靠,具有一定的适用性.     

岩体物理力学参数测定及其工程处理方法的研究

在巷道工程和边坡工程稳定性分析中,力学参数的测定与选取会对计算结果产生重大影响.确定岩体力学参数的现场大型原位试验方法工程浩大、费用高昂,受到多种环境和技术条件限制.因此,本文采用Singh法、Kalamaras法和Hoek-Brown法等多种工程处理方法对由室内岩块试验获得的岩块力学参数进行了工程处理,考虑了岩块与岩体之间的差异,得到了符合工程实际情况的岩体力学参数.     

Determination of Mechanical Parameters for Suspended Rockmass of Long Span

以柿竹园多金属矿为工程背景,研究确定该矿垂悬部分岩体的岩体力学参数.在工程现场进行实地的节理裂隙调查,对调查结果进行统计分析,利用科学和工业研究委员会(CSIR)地质评价体系对岩体进行质量分级;系统研究了各种岩体抗拉强度、抗压强度、变形模量、粘聚力以及内摩擦角的确定方法,最终主要以Hoek-Brown准则为基础,结合其他方法,综合评判确定岩体力学参数.结果表明,大尺度垂悬岩体质量好,不同方法得到的力学参数值有所差别,综合评价能够较合理地得到适合于下程实践的岩体力学参数.     

RMi岩体指标评价法优化及其应用

为了克服传统岩体质量评价方法(RMR法、Q法等)中评价参数难以确定、对质量较差岩体评价结果精度不够等缺陷,介绍RMi法中岩块单轴抗压强度σc与节理裂隙参数Jp的确定思路,对其进行优化,并将其与Hoek-Brown失效准则进行有效结合.结合工程实例对得到的围岩类别及岩体力学参数予以验证.研究结果表明:该方法参数确定简单,应用范围广,可精确地实现对不同岩体质量评价及力学参数的估算,其研究成果可为工程设计施工提供重要依据.     

散体围岩力学参数位移反演优化

针对散体围岩非连续性、松散的特性以及难以获得可信度高的力学参数的问题,基于Hoek-Brown强度准则和位移反演理论,提出一种新的岩体力学参数确定方法。采用Hoek-Brown强度准则估算散体围岩强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ和抗拉强度στ)和变形参数(弹性模量EH),将估算出的强度作为位移反演分析过程中的已知参数,基于数值计算方法,对变形参数(弹性模量反算值EB和泊松比μ)进行反演优化。将弹性模量估算值EH和弹性模量反算值EB对比分析,进而修正估算的输入参数,从而得到接近实际的岩体力学参数。研究结果表明:EH与EB相差仅为0.01 MPa,相对误差为1.75%,小于5.00%,即参数合理有效;将新方法确定的力学参数应用于数值模型进行反演正算,得到ZK34+232断面拱顶下沉值和水平收敛值的相对误差分别为1.3%和3.4%,符合检验标准,满足工程实践,说明新方法是可行的,可以用于隧道工程设计和施工。     

基于Hoek-Brown准则的深部岩体力学参数及其应用

基于Hoek-Brown经验强度准则,采用最小二乘法拟合出岩体力学强度参数,并与H-B_02ed推荐的等面积拟合结果进行对比,结果发现两种拟合方法得出的岩体内摩擦角数值相差很小,但等面积拟合法得出的黏聚力强度远高于最小二乘拟合法。将两种强度参数拟合结果应用于深部矿体开采的数值模拟,发现采用最小二乘拟合法的岩体强度参数其模拟结果更接近工程实际。该方法对深部岩体力学参数的确定具有一定的借鉴意义。     

冻融循环条件下白云岩物理力学特性研究

为了探究白云岩岩体的强度和力学参数在循环冻融作用下的演化规律,将饱水状态下的白云岩试样分为11组,在-20~20℃的温度区间内进行了50次循环周期为8h(冻4h,融4h)的室内快速冻融试验,每隔5次循环后观察岩样的表观劣化情况,随后进行干燥和饱和两种状态下的质量和纵波波速的测定,最后进行常规单轴压缩试验。将白云岩的质量、纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学性质指标同冻融循环次数进行了非线性的参数拟合,并分析了应力应变曲线随冻融循环的演化规律。试验研究结果表明：低孔隙率的白云岩试样抗冻性较好,仅有两块试样的端面在实验过程中出现了闭合型微裂缝;冻融循环作用对质量的变化影响很小且无明显规律性;水的存在会对波速测试起干扰作用,干燥状态下的波速拟合结果较饱和状态下的拟合结果更为理想,能真实准确的反映岩石内部的结构劣化;弹性模量和单轴抗压强度在冻融循环过程中均呈指数型下降趋势;应力应变曲线中的压密阶段随冻融循环次数的增加而增长,岩样的脆性逐渐减弱延性逐渐增强,具有峰前塑性硬化的特征。将参数拟合的结果应用于广义Hoek-Brown准则,引入基于声波波速变化的冻融损伤因子,建立了基于声速变化的冻融累积损伤效应下的岩体力学参数表达式,为寒区岩体工程设计过程中岩体力学参数的取值问题提供了一种新的方法。     

冻融循环条件下白云岩物理力学特性

为了探究白云岩岩体的强度和力学参数在循环冻融作用下的演化规律,将饱水状态下的白云岩试样分为11组,在-20～20℃的温度区间内进行了50次循环周期为8 h(冻4 h,融4 h)的室内快速冻融试验,每隔5次循环后观察岩样的表观劣化情况,随后进行干燥和饱和两种状态下的质量和纵波波速的测定,最后进行常规单轴压缩试验。将白云岩的质量、纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学性质指标同冻融循环次数进行了非线性的参数拟合,并分析了应力应变曲线随冻融循环的演化规律。试验研究结果表明:低孔隙率的白云岩试样抗冻性较好,仅有两块试样的端面在实验过程中出现了闭合型微裂缝;冻融循环作用对质量的变化影响很小且无明显规律性;水的存在会对波速测试起干扰作用,干燥状态下的波速拟合结果较饱和状态下的拟合结果更为理想,能真实准确的反映岩石内部的结构劣化;弹性模量和单轴抗压强度在冻融循环过程中均呈指数型下降趋势;应力应变曲线中的压密阶段随冻融循环次数的增加而增长,岩样的脆性逐渐减弱延性逐渐增强,具有峰前塑性硬化的特征。将参数拟合的结果应用于广义Hoek-Brown准则,引入基于声波波速变化的冻融损伤因子,建立了基于声速变化的冻融累积损伤效应下的岩体力学参数表达式,为寒区岩体工程设计过程中岩体力学参数的取值问题提供了一种新的方法。     

强风化云母石英片岩力学参数确定方法

为合理、有效地确定强风化云母石英片岩的岩体力学参数,在工程经验类比法的前提下,以现场原位试验为手段,研究以霍克-布朗强度准则为基础的经验公式法获取参数的可行性。结果表明：一般边坡工程采用经验公式法确定参数是可行的,对于重要边坡工程则应以现场原位试验为主确定参数,从而为获得软弱岩体力学强度参数提供一条可靠途径。     

基于岩体波速的强度参数预测与边坡稳定性评价

为有效利用岩体波速信息快速确定边坡稳定性问题,首先根据国标BQ法(岩体分级标准)提供的岩土体物理力学参数表,建立了由岩体波速估算强度参数的数学关系式,并根据工程实验数据验证了强度参数预测公式的适用性;然后通过数值模拟实验,构建了基于岩体波速的新型岩质边坡稳定性图表;研究发现坡角和坡高等坡形参数对坡体稳定性的影响几乎与岩体质量无关,进而提出坡形影响因子来量化坡形对边坡稳定性的影响程度。分析了标准坡形条件下(坡高25 m,坡角45°),波速与边坡安全系数的关系,发现安全系数随岩体波速的增大而增大,近似呈"S"形变化趋势,通过回归分析建立了标准坡形条件下波速与安全系数的关系式,最终结合坡形影响因子提出一种基于岩体波速预测边坡稳定性的方法,并且通过算例验证了该方法的可行性。     

尖山磷矿边坡岩体爆破开挖损伤测试研究

通过岩体声波测试,确定了岩体的损伤范围,并确定了损伤区岩体的损伤因子。根据损伤因子的确定结果,利用Hoek-Brown强度准则将岩块力学参数进行折减,确定出岩体力学参数。将确定的岩体力学参数用于边坡稳定性分析,分析结果与现场实际是一致,说明岩体损伤测试结果符合工程实际的。     

基于Hoek-Brown准则的边坡开挖岩体力学参数研究

将边坡开挖弱化因子引入广义Hoek-Brown强度准则,并对其进行定量表述,以研究爆破开挖对边坡岩体力学参数的影响程度．工程实例表明：开挖对不同边坡岩体的力学参数的影响程度不同,对坚硬岩体的影响比对软弱岩体的影响大;开挖弱化因子与变形模量、黏结力和内摩擦角呈线性相关,与抗拉强度呈指数相关．     

基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定

为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。     

水库泄洪洞岩体力学参数研究

通过室内岩石力学性质试验，现场原位岩体抗剪、变形试验和波速测试等研究，分析了水库泄洪洞洞室岩体的力学特性和变形特性．结合洞区岩体结构、构造特征及其风化程度，提出洞室区岩体力学性质基本参数，为洞室稳定性分析和工程设计施工提供了可靠依据．经施工开挖验证，所采用的工程岩体参数客观合理．