基于Hoek-Brown强度准则的洞室稳定影响分析

基于非线性Hoek-Brown强度准则,引入洞室围岩稳定系数,研究分析了岩体力学参数及初始应力场对地下洞室稳定性的影响。结果表明,保持σ3不变,侧压系数k增加以及保持σ3不变,主应力差σ1-σ3增加时,洞室稳定性相应降低。Hoek-Brown强度准则中,表征岩体特征参数GSI、mi以及岩石单轴抗压强度σci量值增加,洞室稳定性亦相应增加。     

基于真三轴强度准则分析页岩斜井坍塌风险

井壁稳定性分析常采用Mohr-Coulomb（M-C）准则,由于其忽略了中间主应力（σ₂）的影响,使得结果偏于保守。为此,给出一种考虑了σ₂影响的真三轴Mogi-Coulomb（MG-C）准则,通过拟合Yuubari页岩真三轴实验数据,评价了M-C、Drucker-Prager（D-P）和MG-C准则的适用性;基于孔隙弹性斜井井壁应力分布模型,采用3种强度准则进行了斜井相对坍塌风险的分析。研究表明,MG-C准则拟合结果最好,能够准确反映σ₂对强度的影响,岩石强度随σ₂增加,先增加后下降;采用3种强度准则计算的斜井相对坍塌风险分布规律基本一致,M-C准则计算结果偏高,D-P准则计算结果偏低,而MG-C准则比较准确地考虑了σ₂的影响,其计算结果比较适中,比较适合用于井壁坍塌压力分析。MG-C准则的材料常数可通过常规三轴岩石力学参数（内聚力和内摩擦角）计算得到,使得MG-C准则使用方便,采用测井资料分析井壁稳定可得到连续坍塌压力剖面。     

Hoek-Brown准则中参数不同选取值对Mohr-Coulomb参数值的影响

利用Hoek-Brown经验强度准则与Mohr-Coulomb准则关联函数,分析研究了Hoek-Brown准则中所采用参数不同选取值对于岩体黏聚力c及内摩擦角φ的影响。结果表明:c及φ值随着GSI的增加而增加,黏聚力与GSI呈指数函数关系,内摩擦角与GSI成线性函数关系;c及φ值随着mi的增加而增加,且均成对数函数关系;c及φ值随着σci的增加而增加,黏聚力与σci成线性函数关系,摩擦角成指数函数关系;c及φ值随着D的增加而减小,并均成多项式函数关系。     

基于正交试验的岩石细观力学参数数值研究

利用颗粒流程序,基于平直节理接触模型,进行了七因素三水平的正交数值试验,研究了接触面单元数N、平直节理模量Ec、平直节理刚度比kr、摩擦系数μ、平直节理抗拉强度σc、平直节理黏聚力c和平直节理内摩擦角θ等7种细观参数对岩石宏观力学参数的影响.研究结果表明:N、σc和c是影响岩石强度特性的显著性因素,岩石抗拉强度、单轴抗压强度和黏聚力与N呈负相关关系,与σc和c呈正相关关系;Ec和kr则是影响岩石变形特性的显著性因素,Ec主要对弹性模量起控制作用,kr主要影响岩石的泊松比和弹性模量,岩石的弹性模量与Ec呈正相关关系,与kr呈负相关关系,泊松比与kr呈正相关关系;摩擦系数对岩石宏观参数的影响与围压有关,围压可诱发颗粒间的剪切滑移机制;θ只对单轴抗压强度、黏聚力和内摩擦角产生一定的影响,但并不显著,对其余宏观参数几乎不产生影响;细观参数标定实例表明基于正交试验标定岩石细观力学参数的方法是可靠的.     

基于信息扩散的隧道突水岩层安全厚度概率模型研究

通过虚功原理和莫尔库伦强度准则建立隧道最小安全岩层厚度力学模型,并推导计算公式,从公式看出最小安全岩层厚度受隧道半径、岩石内摩擦角度、掌子面前溶腔水压和黏聚力等因素影响。针对小样本信息不完备特点,基于信息扩散原理建立岩石力学参数（黏聚力、内摩擦角、弹性模量）和最小安全岩层厚度概率估计模型,以宜万铁路5个隧道的样本数据为基础,获取了岩石力学参数和最小安全厚度概率密度分布函数,并且绘制了图形。依据信息扩散原理建立的隧道最小安全岩层厚度概率模型能很好地利用样本数据信息。建立的最小安全岩层厚度概率模型可以应用到岩溶隧道突涌水灾害的风险评价中,对设计和施工有一定参考价值。     

围压作用下岩石峰后应力-应变关系模型

假定峰后软化阶段任意一点皆满足摩尔库仑极限破坏条件,建立岩石峰后后继屈服面模型。利用岩石峰值处和残余阶段初始处应力状态绘制几组莫尔应力圆,获得不同围压下峰值处和残余阶段初始处的黏聚力c和内摩擦角φ,然后分别建立黏聚力c和内摩擦角φ同围压的函数关系。基于莫尔-库仑准则,以最大主应变ε作为软化参数,以分段线性函数形式演化黏聚力c和内摩擦角φ的正切,反求内摩擦角φ,从而建立岩石峰后应力-应变关系模型。数值算例研究Tennessee大理岩三轴试验的峰后应变软化过程,模拟结果与试验结果较吻合。研究结果表明:建立的峰后应力-应变关系模型合理而可靠,可以较好地描述不同围压下岩石的峰后力学行为。     

基于Hoek-Brown非线性极限平衡法的边坡安全系数

为了建立Hoek-Brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与Hoek-Brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到Hoek-Brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析Hoek-Brown参数对于边坡安全系数的影响,研究结果表明:岩体材料的等效黏结力与弱化因子D呈线性关系,而与岩体地质强度指标IGS、完整岩石单轴抗压强度σci和完整岩石参数mi呈非线性关系;等效内摩擦角与各Hoek-Brown参数均呈非线性关系.随D的增大,边坡安全系数F线性减小;随IGS的增大,F非线性增大;当σci较小时,F和σci关系呈现一定非线性特征,当σci较大时,二者呈现线性关系特征;F随mi的增大,呈先减小后增大的趋势.     

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。     

温、湿度对粉砂质泥岩边坡岩体抗剪强度的影响

为研究粉砂质泥岩边坡受温、湿度影响后的岩体抗剪强度参数变化规律,总结了基于Hoek-Brown准则的岩体抗剪强度参数的计算方法,并开展一系列单轴力学试验,得到粉砂质泥岩试样在不同温、湿度条件下的单轴抗压强度σ_c、劈裂强度σ_t及纵波波速V_(pi),根据试验结果及Hoek-Brown准则计算粉砂质泥边坡岩体抗剪强度参数并分析其变化规律。结果表明:温、湿度变化后σ_c、σ_t、V_(pi)均降低,且降幅与变温温差ΔT、变温循环次数n及含水率w相关;温度单独变化时,岩体抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角φ均衰减,且其衰减幅度均随温差幅度|ΔT|、变温过程平均温度、变温循环次数n增大而增大;岩体在恒温浸水时仅湿度变化,其含水率增速在前期较快而在后期趋缓,岩体抗剪强度参数c、φ与含水率w呈指数函数的递减关系;当温、湿度同时变化时,岩体抗剪强度参数c、φ均比天然状态时大幅衰减,且因温度变化影响了湿度变化,使得c、φ在降温循环时随温差幅度|ΔT|增大而增大,在升温循环时随温差幅度|ΔT|增大而减小;在相同变化时间下,湿度变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度变化,温、湿度同时变化对岩体抗剪强度参数的影响大于温度、湿度单独变化时的影响之和,表明温度与湿度之间存在协同增效作用;岩体抗剪强度参数中黏聚力c的衰减幅度大于内摩擦角φ。     

基于Barton-Bandis非线性破坏准则的岩体强度预测

为了采用Barton-Bandis模型描述岩体特征,并将其参数应用于数值计算中,探讨Barton-Bandis参数到Mohr-Coulomb准则参数的转换,研究Barton-Bandis参数对Mohr-Coulomb参数的影响.研究结果表明:Barton-Bandis参数到Mohr-Coulomb准则参数的转换方法方便有效;随着节理粗糙系数JRC和节理压缩强度JCS的增大,Mohr-Coulomb参数粘结力c和内摩擦角φ均呈现非线性增大,可通过指数方程对其关系进行拟合;JRC的变化对粘结力的影响大于其对内摩擦角的影响;JRC对岩体剪切强度的影响大于JCS对岩体剪切强度的影响.     

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．     

顺层岩质边坡稳定性影响因素灰色关联分析

首先用离散元软件UDEC计算出顺层岩质边坡稳定性安全系数在不同因素影响下的大小,再依据该结果用灰色关联方法分析7个不相关因素(岩层倾角、岩层厚度、岩体密度、层面内摩擦角、层面粘聚力、岩体内摩擦角、岩体内聚力)对顺层岩质边坡安全系数敏感性影响。研究结果表明:层面粘聚力和岩体内聚力对顺层岩质边坡稳定性影响比较敏感,岩层倾角、岩体密度、岩层厚度以及层面内摩擦角次之,岩体内摩擦角相比之下较不敏感。该结论为以后顺层岩质边坡的设计及其治理提供了评价依据。     

基于GSI的裂隙化岩体力学参数的确定

裂隙化矿岩体的力学强度特征和参数,主要受到岩块力学参数和岩体的节理裂隙参数的影响。为确定井下开采裂隙化矿岩体的力学强度参数,引入节理间距和节理面粗糙度系数(JRC)对地质强度指标(GSI)系统进行定量化的分级和参数取值,建立了定量化的GSI评价体系,综合采矿活动的影响因子,实现了裂隙化岩体力学强度参数的计算。以锌铜矿体的裂隙化矿岩体结构为研究对象,在进行的岩体工程地质调查基础上,取得了上下盘围岩的节理裂隙间距和节理结构面粗糙度系数,定量确定了上下盘围岩的裂隙化岩体强度力学参数。研究结果表明,运用定量化的GSI方法,可以实现裂隙矿岩体结构强度参数的确定,得到了锌铜矿体的上盘和下盘围岩的强度特征参数,其弹性模量分别为5.749 GPa和4.483 GPa,内聚力分别为3.126 MPa和2.772 MPa,内摩擦角分别为24.56°和23.08°。这些力学强度参数指标为裂隙矿岩体的采矿工程设计提供了基础参数。     

岩体参数确定与顶板锚固技术应用

针对波兰煤矿地下开采中的锚杆支护应用实践 ,提出了统一的采矿地质和技术条件的评价方法。用修定的RMR岩体量化指数从给定公式中确定岩体强度和应变参数。基于虎克 -布朗强度准则给出了岩体及顶板锚固的数值模型。在不同的采矿地质条件下 ,进行了多种顶板锚固应用研究。这些支护实验表明 :这种方法应用于巷道的初次支护和顶板加强支护是安全可靠的     

山西晋阳大佛岩质边坡结构面力学参数研究

摩崖石刻开凿在陡峭的岩壁上,兼具文物和岩质边坡的双重特点,对其进行稳定性分析首先要获得结构面的力学参数,比如法向刚度、切向刚度、黏聚力、内摩擦角等。目前这些参数在实验室实验主要存在着取样困难,代表性不强的缺点。在晋阳大佛边坡的治理过程中,采用地质类比法确定黏聚力和内摩擦角两项参数。通过声波测试的方法结合动静力学对比分析得到结构面法向刚度和切向刚度。这两种方法简单易行,并且对文物边坡无破坏,为类似文物边坡治理过程中的结构面参数确定提供了借鉴。     

考虑水-力耦合和不同应力路径的砂岩卸荷力学特性试验

为研究不同渗透压力条件下的岩石卸荷力学特性,选取砂岩为研究对象,开展了不同渗透压力和不同应力路径下的三轴卸荷试验,并与常规三轴试验进行对比,比较了不同应力路径下的岩石强度特性,分析了渗透压力对岩石变形和强度参数的影响。试验结果表明：渗透压力的增大会弱化岩石强度,岩石的峰值强度随渗透压力的增大而降低,而轴向变形随渗透压力增大而增加,渗透压力越大,岩石的压密段特征越明显;针对两种不同的卸荷应力路径,恒轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断降低,内摩擦角不断增加,而加轴压卸围压路径条件下,岩石的黏聚力不断增加,内摩擦角逐渐降低。     

根据工程岩体分级选择岩体力学参数的探讨

对比与分析工程地质力学分级（RMR）法和《工程岩体分级标准》中所推荐的岩体力学参数之间的关系。结果表明，两种岩体分级方法所推荐的岩体力学参数值基本一致。在武汉钢铁（集团）公司程潮铁矿矿岩工程质量分级的基础上，对该矿－330m分段矿岩的 力学参数进行了选择。     

变角度空间的岩块滑落试验及结构面参数反演分析

本试验以东北大学自行研制的变角度空间块体滑落试验平台为基础,模拟不同性质岩块的滑落过程.通过采集岩块滑落的二次角度数据,应用极限平衡法和向量法对单面滑动、双面滑动及空间的滑落角度作了理论分析.根据已破裂的结构面,运用摩尔库伦理论对其力学参数进行了反分析.试验结果表明单面滑动与双面滑动的分界角度在40°至50°之间,单面滑动角度增幅较小;块体与结构面间的黏聚力随砂浆等级的提高而增大;力学参数的反分析可为块体稳定性提供一定的理论基础.