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Hoek-Brown强度准则在岩体工程中的应用研究

黄高峰  
【摘要】: 岩体力学参数的合理确定是岩体工程中一项基础的工作,是岩体工程实践中存在的一个重要问题,直接关系到岩体工程的安全性和经济性。本文针对岩土工程中常用的Hoek-Brown强度准则进行了初步探讨研究,详细介绍了Hoek-Brown强度准则的表达形式、准则中参数的不同选取方法,并对其适用条件等因素进行了探讨。以此为基础推导了Hoek-Brown准则参数到Mohr-Coulomb准则参数的等效转换。利用敏感性分析方法对Hoek-Brown准则中四个参数进行了敏感性分析。最后对两个工程实例应用Hoek-Brown强度准则进行了稳定性分析,并将其结果与Mohr-Coulomb准则结果进行对比。 基于有限差分法和强度折减法,应用敏感性分析理论对Hoek-Brown准则中四个参数的敏感性进行了研究。敏感性分析结果表明,岩石单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、完整岩石常数mi和扰动系数D四个影响参数对三类岩质边坡稳定性表现出相似的敏感性,可认为四个影响参数变化率与边坡安全系数变化率之间均为线性关系;敏感性按照大小顺序为GSI Dσci mi ;对不同的mi ,GSI对摩擦角φ的影响规律基本一致,但随着mi的增大,φ极值点对应的GSI值逐渐右移,趋于GSI =90;对于同一GSI , mi从小到大变化时,φ的变化幅度在减小。最后,作者分析了扰动系数D对Mohr-Coulomb准则参数的影响规律。 综合实例边坡和地下隧道工程分析结果可以得出,基于相同强度准则,采用有限差分法和极限平衡法得到的边坡安全系数基本吻合,数值差异很小。但不同强度准则得到的结果有一定差异,基于Hoek-Brown屈服准则得到的边坡安全系数要小于基于Mohr-Coulomb屈服准则得到的结果。基于Hoek-Brown屈服准则,通过极限平衡法和有限差分法计算得到的潜在滑移面位置基本一致,但略小于基于Mohr-Coulomb屈服准则的计算结果。Hoek-Brown准则计算结果显示位移、塑性区范围均稍大于由Mohr-Coulomb屈服准则的计算结果。 Hoek-Brown准则在岩体稳定分析中考虑了施工开挖扰动对岩体力学参数的影响,体现了动态过程,因此Hoek-Brown准则在分析节理岩体稳定性方面存在明显的优势。


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