基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用
Hoek-Brown强度准则
第四章基于Hoek-Brown强度准则的岩体力学参数估算第四章基于H o e k-B r o w n强度准则的岩体力学参数估算4.1 岩体结构精细描述4.1.1 试验洞概况1#试验洞桩号里程为AK12+567m，主洞深度约57m，在深度约28m处向东平行于辅助洞开挖试验支洞，支洞深度约30m。
在支洞深度约18m的位置为T2y 6/T2b地层分界。
盐塘组第六段(T2y6)的主要岩性为：灰--灰黑色泥质灰岩夹深灰色大理岩，泥质灰岩呈极薄层--中厚层状，主要矿物为方解石、石英、云母、炭、泥质和少量黄铁矿，镜下具泥质微粒结构。
常见泥质条带与灰岩互层出现；所夹大理岩细晶致密，常呈厚层状出露。
2#试验洞桩号里程为AK08+850m，主洞深度约80m，在深度约25m处向东平行于辅助洞开挖试验支洞，支洞深度约30m。
在主洞末端向西开挖试验支洞，支洞深度约20m，整个试验洞和支洞位于T2b 地层中。
白山组(T2b)岩性主要为灰--灰白色致密厚层块状大理岩。
3#试验洞桩号里程为AK08+950m，主洞深度约60m，在深度约25m处向西平行于辅助洞开挖试验支洞，支洞深度约30m，作为开挖变形监测支洞，并延伸后为暗物质实验室。
在主洞末端向西开挖试验支洞，支洞深度约20m，整个试验洞和支洞位于T2b地层中。
岩性主要为厚层状大理岩，有时略带紫色或白色，细晶致密。
4#验洞桩号里程为AK04+850m，主洞深度约50m，位于T3地层中。
地层岩性主要为灰黑色板岩夹青灰色粉砂岩，层理明显，薄层状，并偶夹薄层泥灰岩。
14.1.2 结构面描述统计采用精测线法分别对1#至4#试验洞洞壁进行结构面统计描述。
通过对实测结构面进行室内统计分析后，得到结构面走向玫瑰花图，根据赤平投影原理得到结构面等密度图[65-68]，见图4.1--4.4。
图4.1 测线1结构面等密度图及走向玫瑰花图图4.2 测线2结构面等密度图及走向玫瑰花图图4.3 测线3结构面等密度图及走向玫瑰花图图4.4 测线4结构面等密度图及走向玫瑰花图根据结构面走向玫瑰花图与等密度图，可以得知每条测线上结构面的优势分组，各组结构面优1汪斌，李维树，范雷等.《锦屏二级水电站引水隧洞高地应力条件下的岩体力学参数研究阶段成果报告》，长江科学院岩基室，2010，108—109.势产状如表4.1所示，结构面几何特征如表4.2。
层状岩体变形模量参数全过程确定方法研究
层状岩体变形模量参数全过程确定方法研究作者：赵顺利杜卫长朱永和来源：《人民黄河》2019年第04期摘要：针对层状岩体现场变形试验中一个综合变形模量指标无法准确反映全过程变形特征的问题，引入自然应变的概念，从单裂隙结构出发，推导了适用于层状岩体结构的压力变形关系曲线解析方程，并进一步建立应力与变形模量的负指数模型。
为验证负指数模型的有效性，通过几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程坝址区层状岩体变形试验成果进行验证。
研究结果表明，提出的确定层状岩体变形试验全过程变形模量的方法可以高精度拟合试验数据，并可以较好地表达应力与变形模量的非线性关系。
关键词：层状岩体：变形试验;变形模量;自然应变中图分类号：TV221.2文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000- 1379.2019. 04.019在水利水电工程中，准确获取岩体的变形特征参数对于保证工程的安全性具有重要意义。
目前，获取岩体变形参数的方法较多，总体而言有经验法和现场试验法两类。
张占荣等[1]指出经验法作为一种经济实用的方法，可以在现场试验条件受限时，提供可供参考的岩体变形模量值。
目前国内外对经验法均有较多的研究，Hoek E开创并发展了地质强度指标（GSI），建立了GSI与岩体变形模量之间的函数关系[2-3].基于GSI的方法得到了广大国内外学者的一致认可[4-5].常用的经验法指标还包括BQ、RQD、波速等[1.6-7]，除了上述单指标方法，目前还提出了基于神经网络的多指标方法[8]。
经验法估算岩体变形模量相对经济便捷，但由于其存在误差难以估计的劣势，因此经验法的工程应用受到了较大的限制，仅适用于初步设计阶段或中小型岩土工程[7]。
随着水利水电工程对工程稳定性的分析日趋精细，以及计算机技术、数值方法的迅速发展，对岩体参数的可靠性提出了较高的要求[9].现场试验法依旧是目前最常用的确定岩体变形模量的方法。
在现场试验法中，刚性承压板法是水利水电工程中获取岩体变形参数的一种重要试验方法。
岩体宏观力学参数取值的GSI和广义Hoek—Brown法
行 了估 计 ， 与其 它岩 体参数估 计方 法进 行 了对 比研 究 ， 并 结果 表 明 ， Ｓ 和广 义 Ｈ ｅ —Ｂ ｗ 法 是进 行 节理岩 体 ＧＩ ｏｋ ｒ ｏ ｎ
宏观 力学参数估 计 的一种较好 方法。 关 键 词 ： 体 宏 观 力 学 参 数 Ｇ Ｉ 岩 Ｓ 法 广 义 Ｈ ｅ —Ｂ ｗ 法 ｏｋ 提 供 准确 值 的局 限 性 ， 而 是 一 种 更 适 用 因 的方 法 。
式 中 ， ｂ ＝３ １ Ｉ ｍ ．４ｎ
因此 经 常要用 猜测 的办 法完 成输入 ， 样 得 出的结 果 这
也 不可取 。因此 ， 实用 的方 法是 通过 对岩 体 进行 分 较 类 ， 后 应 用 破 坏 准 则 进 行 参 数 估 计 。Ｈｌｔｔ 然 ｅ ｓ ｄ ｇｅ
（９７ Ｌ 和 Ｓ ｅｒ （９ ７ ￣ 总结 了现有 的经 验破坏 准 １９ ） ｊ ｈｏｅ １９ ） ｊ ３ ｙ ４
则 ， 为基 于岩体破 坏 非线 性 的 Ｈｅ 认 ｏｋ—Ｂ ｗ 破坏 准 ｏ ｒ ｎ 则 对岩 体强度 的初 步估 计相 当好 ， 因此 可 以考 虑将 其 用 于大 型岩体 强度 参数 的估计 。
由于传 统 的 Ｃ Ｉ ＳＲ法 中的 Ｒ Ｒ值 在 质 量 极 差 的 Ｍ
破碎 岩体 结构 中无 法提供 准确 值 ， 因此本 文 将采 用 地
续 面 （ 小 的节 理 到 大 断 层 ） 从 。有 证 据 表 明 ， 于 非 对
２ 地 质 强度 指 标 （ Ｓ ） Ｇ Ｉ 法和 广 义
Ｈｏ ｋ—Ｂ ｏ ｎ破 坏 准 则 ｅ ｒｗ
２ １ 地 质强 度 指标 （ Ｓ ） ． Ｇ Ｉ法
常大 体 积 的 岩 体 ， 强 度 将 变 为 常 数。Ｈｅ 其 ｏｋ和
基于GSI法的Hoek-Brown强度准则岩体力学参数估计方法在国际水电工程中的应用
| 发展与创新 | Development and Innovation·252·2020年第13期基于GSI 法的Hoek-Brown 强度准则岩体力学参数估计方法在国际水电工程中的应用袁 悦，李 芳（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650000）摘 要：中国工程企业在进行国际水电工程的勘察设计时，岩体力学参数的合理取值一直都是难点之一。
其原因在于中国规范与国外规范存在差异，且中国规范在国外认可度低，中国规范中的建议值往往不被国外业主及咨询认可。
文章介绍了基于GSI 法的Hoek-Brown 强度准则岩体力学参数估计方法的介绍，并结合工程实例分析这一方法的应用过程及结果，说明这一方法在估计岩体力学参数时是可靠的，所得结果是合理的，但在实际应用时需根据工程具体情况对主要计算参数进行选择以达到更为准确的结果。
关键词：岩体力学参数；GSI 法；Hoek-Brown 准则；参数估计；国际水电工程中图分类号：TU452 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）13-0252-03 作者简介：袁悦，男，工程师，研究方向：水电站工程地质勘察。
近年来，随着中国国内水电市场的逐渐饱和，越来越多的国内工程企业开始积极寻求海外市场[1]。
由于国际工程中采用的规范主要为欧美规范，其与中国规范在很多方面存在差别，并且中国规范在国外的认可度较低，因此中国工程企业在国外进行勘察设计时面临着较大困难。
其中，对于岩体力学参数的合理取值及应用，是国内外工程界的难题。
文章通过介绍基于GSI 法的Hoek-Brown 强度准则岩体参数估计方法及其在玻利维亚某水电工程中的实际应用，说明在国际工程中面对与国外规范、工作方法的差异时，可以寻求出统一的方法解决这一问题。
1 Hoek-Brown 强度准则Hoek-Brown 强度准则是用于预测岩体破裂的经验公式，由Evert Hoek 和E.T.Brown 于1980年在研究地下开挖工程时推导得出。
岩体地质强度指标(GSI)特征分析
47.72 48.08 47.47
46.23 36.88 44.98
48.97 48.55 48.24
RMR 定量 GSI
41.66 43.80 44.13
43.49 43.79 43.88
42.72 43.08 42.47
41.23 31.88 39.98
43.97 43.55 43.24
表 4 地下水影响修正评分
节理水压力/最大主应力
0 约0.1 0.1耀0.2 0.2耀0.5 跃0.5
涌水量/渊L/min冤
0 约10 10耀25 25耀125 跃125
描述
完全干燥 潮 湿润
滴水渊普通冤 流水渊严重冤
评分 R2
0 4 7 10 15
修正参数 Jm 是根据表 3尧4 对现场岩体进行评 分所求之和遥 GSI 值的修正式如式渊6冤所示遥
杨山五段边坡岩体的 GSI 值采用定性与定量
相结合的方法遥 根据现场地质调查袁每段边坡岩体
均发育有结构面袁其中以节理面居多遥 本研究利用
SCR尧SR 对岩体结构特征进行区间值量化袁通过改
进的 GSI 定量化表格确定 GSI 值袁 对比采用 RMR
值间接计算 GSI 值袁 结果见表 2袁 计算所得的 GSI
黄达[5-6]等提出了结构面产状修正评分表袁该表 针对 RMR 体系中结构面产状及其分类进行评分袁 见表 3袁琢 为边坡走向与节理组走向的夹角曰茁 为节
理组倾角遥 非常有利时 R1=0袁非常不利时 R1=15遥 地下水对岩体力学性质的影响按照地下水的
影响没有时 R2=0袁很大时 R2=15袁见表 4遥
地质强度指标是 E. Hoek 提出的一种围岩分 级系统袁GSI 的取值直接与岩体力学参数相联系袁 因此 GSI 围岩分级与 Hoek-Brown 强度准则的联 合使用在工程实践中更具有可操作性袁能够方便尧 及时尧准确地反映岩体的实际情况遥
大体积节理化岩体强度与力学参数
第5期
2004 年 3 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
23(5)：777～780 March，2004
大体积节理化岩体强度与力学参数
韩凤山
(太原理工大学矿业工程学院 太原 030024)
＊
摘要பைடு நூலகம்
节理化岩体强度与力学参数可根据 Hoek-Brown 准则进行估计。然而，推广之后的 Hoek-Brown 准则确定地
式中：σ 1 为岩体破坏时的最大主应力；σ 3 为岩体破 坏时的最小主应力；σ c 为组成岩体的完整岩块的单
2002 年 5 月 20 日收到初稿，2002 年 7 月 4 日收到修改稿。 * 太原理工大学“211”校长基金(100216)资助项目。 作者 韩凤山 简介：男，1962 年 2 月生，博士， 1983 年毕业于东北工学院矿山建筑专业，现任副教授，主要从事地下建筑工程专业的教学与科研工 作。
(10)
由式(10)可反求出该岩体的内聚力 c， 内摩擦角 ϕ ；岩体的抗拉强度由式(2)中令 σ 1 = 0 解出；节理 化岩体的抗压强度可由方程(9)中令 σ 3 = 0 而得到； 岩体的变形模量可由下式来估计[1]： Em =
−10 σ c GIS 10 40 100
由已确定出的该岩体所遵循的 Hoek-Brown 方程估
Jv=1 80 Jv=2 Jv=3 Jv=4 Jv=5 Jv=6 Jv=7 Jv=8 Jv=9 Jv=10 Jv=14 Jv=18 Jv=22 Jv=26 Jv=30 20 30 40 70
非 常 块 状 由四个或更多不连 续面形成的具有多 面角状部分扰动相 互连接的块状岩体 3＜Jv ≤10 块状 / 褶曲 由许多相互交错的 不连续面形成的具 有角状块体的褶曲 和（或）断层 10＜Jv ≤30
量化GSI系统及其在估计岩体力学参数中的应用
用 该 方 法 估 算 得 到 的 围岩 力 学 参 数 与 试 验 所 得 的 结 果 基 本 一 致 ， 从 而 验 证 了该 方 法 的可 靠 性 。
第 ２ ０卷 第 ４期
２ ０１ ３年
安 全 与 环 境 工 程
Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅｎｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ２Ｏ ＮＯ． ４
７月
Ｊ ｕ １ ．
２ ０１ ３
量化 Ｇ Ｓ Ｉ 系统及其在估计岩体力学参数 中的应用
ｐ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｑ ｕａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ＧＳＩ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｈｏｅ ｋ — Ｂｒ ｏ ｗｎ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ； ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏｃ ｋ ｍａ ｓ ｓ； ｖｏ ｌ ｕｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ
翟龙象， 胡修文， 孔德智
（ 中国地质 大 学工程 学院 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４）
摘 要 ：岩 体 力 学 参 数 取 值 是 否 合 理 对 岩 土 工 程 设计 与施 工 以 及灾 害 防治 有 着 重 要 的 影 响 ， 如 何 准 确 地 获 取 岩 体 力 学 参 数 是 当 前 岩 土 工 程 中 的重 点 与 难 点 。 本 文 概 述 了 基 于 量 化 的 Ｇ Ｓ Ｉ 系 统 和 Ｈｏ ｅ ｋ — Ｂ ｒ ｏ ｗｎ经 验 破 坏 准 则 估 算
关于岩质边坡力学参数问题
关于岩质边坡力学参数的选择与应用1岩质边坡力学参数的确定1. 1 试验是力学参数的基础边坡稳定分析中，岩体和结构面参数的确定是重要的一部分。
岩体是天然地质体，有其发生、发展和改造的过程，其组成成分、结构、构造和赋存环境复杂多变，很难有均匀的、连续的、有规律的或两者完全一致的岩体。
岩体、包括结构面的宏观力学参数的确定是非常困难的。
目前比较实际的解决方法是：首先进行工程地质分区，使每个分区内的岩体大致有相对均匀、相对有规律的力学特性；然后选择有代表性的岩块、岩体和结构面，进行室内和野外试验，对试验成果进行统计、分析，得出有代表性的数据，最后结合具体地质条件和工程效应，提出力学参数建议值。
试验成果是提出力学参数的基础。
1. 2 不能直接使用试验数据的原因主要基于以下原因试验数据不能直接用于计算。
1) 天然地质体的复杂性由于岩体和结构面本身的复杂性，以及取样、试验方法的困难和局限性，试验成果不能直接使用。
首先是成果常有较大的分散性，取决于众多的复杂因素。
在进行统计分析时，人们经常认为试验数量不够，特别是由于大型原位试验有较大的难度，不可能作大量试验，这是个实际问题。
例如关于坝基抗滑稳定力学参数，在GB50287-99 《水利水电工程地质勘察规范》中第5 .3 . 2条第4款就规定：“控制坝基抗滑稳定的岩层或滑动面的原位抗剪和抗剪断试验组数不应少于4组。
”假如就做了4组试验，则抗剪断参数只有4个(采用单点法抗剪参数可以得到16〜20个，然而关键数据仍是抗剪断强度)。
这4个抗剪断参数无论比较接近或比较分散，人们都可能怀疑其代表性。
即使取得足够数量的试验值，当人们了解这些不尽相同的值是由于不同因素的影响形成时，例如：壁面起伏、夹泥厚度、成分、结构、密实度和含水量，以及制样和试验过程中的不同情况等，人们还是怀疑能不能用简单的统计方法去对待这些试验成果。
特别是对于多组裂隙发育的岩体，即所谓的节理岩体，其抗剪断和抗剪参数与节理本身的强度，以及节理的产状、长度、间距、连通率和相互组合情况等密切相关，原位试验常常得出差异很大的成果。
定量化GSI在估计岩体力学参数中的应用研究
ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ －
ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｅ． Ｈｏ ｅ ｋ，ｓ ｕ ｒ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｂ ｅ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｓ ｕ ｒ ｖ ｅ ｙ ｒ ｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ ｗ ａ ｙ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ －
中图分类号 ： Ｕ ４ ５ １ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ － ７ ０ ２ ９ （ ２ ０ １ ６ ） ｌ １ － ２ １ ６ ８ － ０ ６
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ＧＳＩ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ
ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ（ Ｋ ） ， ｒ ｏ ｃ ｋ ｗ ｅ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ（ Ｋ ｆ ）ａ ｎ ｄ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ（ Ｇ Ｓ Ｉ ）ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ
基于GSI露天矿边坡岩体参数的获取与稳定性分析
ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ Ｈｏ ｃ ｋ—Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔｈ ｇ ｃ ｉ ｒ ｔ ｅ ｉ ｒ ｏ ｎ ，ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏｒ ｆ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ
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GSI系统下波形衰减系数估算矿体变形模量的新方法
MENG Shi-ming
（Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔａｋｉｎｇ ａｎ ｏｒｅ ｂｏｄｙ ｉｎ ａ ｍｉｎｅ ｉｎ Ｆｕｊｉａｎ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ， ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｏｒｅ ｂｏｄｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ＧＳＩ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎ－ｓｉｔｕ ｔｅｓｔｉｎｇ， ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｉａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｍａｓｓｉｖｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖａｌｕｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ ２％￣５％． Ｔｈｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｉｄｅａ ｆｏｒ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｏｒｅ ｂｏｄｉｅｓ ｓｉｍｐｌｙ， ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Keywords: ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ； ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ； ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｅｘ ＧＳＩ； ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｕｓ
改进GSI方法在大跨度桥梁边坡参数取值中的应用
0引言对于岩体边坡工程,几乎所有的分析评价方法都离不开对岩体强度和变形特征进行可靠的评价。
在目前的工程设计中,为获取岩体的强度参数,通常都要进行现场岩体原位试验测试。
采用原位试验测试方法确定的岩体强度参数,无疑比实验室内采用岩石试块试验取得的参数合理得多,但是由于节理岩体中结构面的复杂性及弱化作用,导致工程中获取岩体强度参数十分复杂,很难做到定量的预测评估。
Hoek 和Brown 根据岩体中岩块的咬合程度及结构面的表面特征,提出了节理岩体强度指标参数的评价方法。
该方法首先是通过地质工作者在野外对节理岩体中的岩石块体以及结构面两个方面的评价,再通过经验公式计算确定岩体的抗剪强度指标和变形指标。
尤其对于发育3组以上结构面的岩体以及风化岩体,GSI 方法非常适用,在使用上具有很强的可操作性及灵活性,简单易行。
随着方法的不断完善与发展,该方法已经在岩石工程中得到广泛地应用。
某大桥地处贵州省与云南省交界的某峡谷,峡谷两岸地势陡峭,地形变化剧烈,起伏大,桥址区地貌上属溶蚀中山地貌。
在桥位附近,河谷两岸基本成陡壁状,陡壁高度超过200m 。
陡壁向两侧地形稍缓,其中云南岸地形坡度在20°~30°之间,贵州岸地形坡度约30°。
桥址区峡谷出口两侧斜坡坡向和坡度明显受岩层产状控制,坡向与岩层倾向基本一致,总体为SE ,坡度与岩层层面倾角基本一致,一般为20°~30°,见图1。
桥址区峡谷两岸最大宽度约400m ,最大高差约600m 。
工程边坡稳定性问题是该桥梁的关键技术问题之一。
在边坡稳定分析中,采用的强度指标是影响安全系数计算成果的最敏感因素。
因此,如何确定其岩体的抗剪强度指标是桥址区边坡稳定性分析必须解决的一道难题。
本文以该大桥桥址区峡谷两侧边坡岩体抗剪强度参数的取值为例,介绍GSI 方法在岩体工程中的应用。
1GSI 方法及其改进1.1基本原理在确定岩石单轴抗压强度(σci )后,可结合岩体的结构特征和结构面性质采用岩体经验强度准则估计岩体的力学参数。
基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.28 Supp.1 May，2009
基于 GSI 系统的岩体变形模量取值及应用
卢书强 1，2，许 模 2
(1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北 宜昌 443002； 2. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川 成都 610059)
y=c+
a
(1)
1 + e−[( x− x0 ) / b]
式中：a，b，c 均为常量。 通过拟合(见图 1)，建立了岩体变形模量 Erm
(MPa)和 GSI 间的关系，即
Erm
= 100
⎡ 1− D/2 000 ⎢⎣1 + e[(75+25D−GSI ) /11]
⎤ ⎥⎦
(2)
式中：D 为岩体扰动参数[4]，主要考虑爆破破坏和 应力松驰对节理岩体的扰动程度，从非扰动岩体的 D = 0 变化到扰动性很强岩体的 D = 1。
第 28 卷 增 1
卢书强，等. 基于 GSI 系统的岩体变形模量取值及应用
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分级的基础上，运用经验公式估算岩体变形模量的 方法。如应用岩体质量指标 RMR[1～4]和 Q[5]值等计算 岩体的变形模量。这些经验公式与野外试验数据拟合 较好[6]，但运用经验公式计算的整体块状岩体变形 模量值都较低。为此，E. Hoek 等[7～9]在多年研究岩 体经验强度准则的基础上，利用地质强度指标 GSI(geological strength index)来计算岩体的变形模 量。并经过多次修正于 2006 年在大量现场试验数据 分析的基础上，建立了岩体变形模量与 GSI 之间的 一种新关系[6]。
节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法
第28卷 第6期2007年12月大连大学学报JOUR NAL O F DALI A N UN I V E RSI T YVo l.28N o.6 De c.2007 节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GS I法韩凤山(大连大学材料破坏力学数值试验研究中心,辽宁大连116622)摘 要: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HOEK2BROWN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.关键词:地质强度指标GSI;节理化岩体;强度与力学参数中图分类号:T U452 文献标识码:A文章编号:100822395(2007)0620048204收稿日期:200728231基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(4063804)作者简介:韩凤山(1962-),男,博士,副教授,主要从事岩石力学复合材料研究.在岩体工程中,常遇到大体积节理化岩体,当评价节理化岩体稳定性,确定节理化岩体强度与力学参数时,会遇到许多棘手的理论问题.HOEK2BROWN在1980年提出了著名的节理化岩体的破坏准则:σ1=σ3+(mσcσ3+sσ2c)0.5(1)式中σ1为岩体破坏时的最大主应力;σ3为岩体破坏时的最小主应力;σc为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度;m,s为岩体的物性常数.该准则已在世界范围的工程项目咨询中包括边坡岩体工程、水利水电工程、隧道硐石等工程中付诸应用[1-11].近年来,HOEK2BROWN准则的原创者对该准则重新作了定义和扩展[1].考虑岩体的地质环境, HOEK2BROWN提出了地质强度指标Geol ogical Strength I ndex(GSI),该指标与岩体的结构特性和表面风化程度,表面粗糙性等特性有关.推广修正后的HOEK2BROWN准则为:σ1=σ3+σc(m bσ3σc+s)α(2)式中σ1为岩体破坏时的最大主应力;σ3为岩体破坏时的最小主应力;σc为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度;m b=m1exp(GS I-10028),mb为岩体的HO EK2BROWN常量,mi为组成岩体的完整岩块的HO EK2BROWN常数见表1[122],s、α为取决于岩体特性的常数.对于GS I 25的岩体,s=exp(GS I-1009),α=0.5;对于GS I 25的岩体,s=0,α=0.65-GS I/200.GSI为岩体的地质强度指标见表2[1-3].1 节理化岩体强度与力学参数估计的方法当用HOEK2BROWN准则估计节理化岩体强度与力学参数时,需用3个基本参数:(1)组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度σc; 第6期韩凤山等:节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法49(2)组成岩体的完整岩块的HOEK2BROWN常数m i;(3)岩体的地质强度指标GSI.表1 由岩石类型所决定的HO EK2BROWN常量岩石类型结 构粗糙的中等的精细的非常精细的沉积岩碎屑状砾岩22砂岩19粉砂岩9泥岩4非碎有机的煤8～21碳化的角砾岩20石灰岩8～10屑状化学的石膏16硬石膏13沉积岩非层状大理岩9角页岩19石英岩24轻微层状惩麻岩30闪石25～31糜棱岩6层 状片麻岩33片岩4～8千枚岩10板岩9火成岩亮色的花岗岩33流纹岩16黑曜岩19花岗闪长岩30石英安山岩17暗色的辉长岩27辉绿岩19玄武岩17火成碎屑状砾岩20角砾岩18凝灰岩15表2 岩体地质强度指标GS I岩体的地质强度指标GSI根据岩体所处的地质环境,岩体结构特性和表面特性来确定.根椐式(2)50 大连大学学报第28卷可知该岩体遵循的HOEK 2BROWN 准则:σ1=σ3+σc (m bσ3σc+s )α(3)然而由摩尔2库仑强度准则,设<为岩体的内摩擦角,C 为内聚力,则有:sin <=σ1-σ3σ1+σ3+2C ctg <(4)亦即σ1=1+sin <1-sin <σ3+2C co s <1-sin <(5)当估计大体积节理化岩体强度与力学参数时,我们可由已确定出的该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 方程(3)当σ3在下式的取值范围内σ3∈(0,σc4)(6)式中σc 为组成岩体的完整岩块的单轴抗压强度.就方程(3)中的σ3在(6)式的范围内取值,用直线近似地拟合代表该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 准则,这可用回归分析得到该岩体所遵循的HOEK 2BROWN 准则的直线表示形式:σ1=σ3k +b (7)由(5)式与(7)式相对比:1+sin <1-sin <=k; 2C co s <1-sin <=b(8)由(8)式可反求出该岩体的内聚力C,内磨擦角<;岩体抗拉强度是由(3)式中令σ1=0解出;节理化岩体的抗压强度是由方程(7)令σ3=0而得到;岩体的变形模量(defor mati on modulus )可由下式来估计[1]:E m (GPa )=σc 10010(GS I-10)40(9)2 算例某隧道围岩,岩性为砂岩,围岩岩体较破碎,围岩岩体结构属于“块状/褶曲”,围岩岩体表面条件属于“非常差的”,围岩完整岩块单轴抗压强度σc =10Mpa .由表1砂岩岩石类型常量m I =19,由表2可确定该岩体的地质强度指标GS I =20.而m b =m I exp [(GS I -100)/28]=1.091219766,s =0,α=0.55,建立该岩体的HOEK 2BROWN 准则:σ1=σ3+2.957σ0.553(10)对该式在σ3=[0,0.25σc ]=[0,2.5]范围内进行回归分析见表3.表3 回归分析表σ回 归 计 算σ300.250.50.7511.251.51.7522.252.5σ101.62952.51973.27433.9574.59315.19575.77276.32936.8697.3946σ2300.06250.250.562511.56252.253.062545.06256.25σ1σ30.40741.25992.45773.9575.74147.796310.102212.658615.455318.4865将回归分析结果整理成:σ1=2.7489σ3+0.885(11)1+sin <1-sin <=2.7489 2C cos <1-sin <=0.885(12) 第6期韩凤山等:节理化岩体强度与力学参数估计的地质强度指标GSI法51由式(12)可得该岩体的抗剪强度c=0.23M Pa,<=27.8°该节理化岩体的抗压强度由式(11)令σ3=0而解出:σc m=2.748930+0.885=0.885M Pa(13)该岩体的变形模量由式(9)式:E r m=σc10010GSI-1040=101001020-1040=0.5623GPa=562.3M Pa(14)参考文献:[1]HOEK E,BROWN E T.Practical esti m ates of r ock mass strength[J].I nt.J.Rock Mech.M in.Sci.,1997,34(8):116521187.[2]C ARRANZ A2T ORRES C,F A I RHUST C.The elast o2p lastic res ponse of undergr ound excavati ons in r ock masses that satisfythe hoek2br own failure criteri on[J].I nt.J.Rock Mech.M in.Sci.,1999,36(6):7772809.[3]S ONM EZ H,ULUS AY R.Modificati on t o the geol ogical strength index(GSI)and their app licability t o stability of sl opes[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1999,36(6):7432760.[4]BART ON N.Suggested method for the quantitative descri p ti on of discontinuities in r ock mass[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1978,15(6):3192368.[5]BROWN E T.I SR M suggested methods:r ock characterizati on texting and monit oring[M].London:Pergamon Press,1981:12190.[6]HOEK E.Reliablity of hoek2br own esti m ates of r ock mass p r operties and their mpact on design[J].I nt.J.Rock M ech.M in.Sci.,1998,35(1):63268.[7]韩凤山,康立勋.Hoek2B r own公式的计算机摸拟定步长分析法[J].岩石力学与工程学报,2000,19(专辑):106821070.[8]HAN F,K AN L.App licati on of neural net w ork t o support of r oad way in s oft r ock[J].Journal of Coal Science&Engineer2ing,2000,6(1):37239.[9]韩凤山,康立勋.神经网络与锚杆支护[J].岩石力学与工程学报,1999,18(专辑):112921131.[10]韩凤山,康立勋.煤矿巷道锚杆支护围岩分类专家系统[J].岩石力学与工程学报,2002,21(专辑):223822241.[11]韩凤山.大体积节理化岩体强度与力学参数[J].岩石力学与工程学报,2004,23(5):7772780.M ethod of Geolog i ca l Strength I ndex(GS I)for the Esti m a ti on of Strength andM echan i ca l Param eters of Jo i n ted Rock M a ssHAN Feng2shan(R esearch Center for N um erical Tests on M aterial Failure,D alian U niversity,D alian116622,China)Abstract:The deter m inati on of strength and mechanical para meters of massive j ointed r ock mass is a difficult p r oble m.Because the sa mp le size of j ointed r ock mass is very large and the r ock mass is composed of r ock and j oint and fissure.A new avenue for s olving this p r oble m had been p r ovided by the generalized Hoek2B r own criteri on.I n this paper,an econom ical ne w method is p r oposed that is Geol ogical Strength I ndex(GSI)method.Key words:Geol ogical Strength I ndex(GSI);j ointed r ock mass;strength and mechanical para meters。
基于地质强度因子（GSI）测定瓦斯抽采半径
基于地质强度因子（GSI）测定瓦斯抽采半径范超;王少雷【摘要】为了快速测定瓦斯抽采半径，引用GS I岩体分类体系评价煤体结构。
基于理论煤体定量表征方法，推测GS I与煤层渗透率的关系，通过分析GS I与瓦斯运移的关系，推导出有关GS I和抽采半径的公式。
从而计算瓦斯抽采半径。
采用该方法对焦作新河煤矿抽采半径进行了计算，计算结果与现场实测结果一致。
%For rapidly measuring the gas drainage radius,reference GSI rock mass classification system to evalu-ate the coal structure.Based on the theory of quantitative characterization method of coal to speculate the relationship of coal seam permeability and GSI.By analyzing the relationship of GSI and gas migration,deduced the GSI and drainage radius formula and calculated the gas drainage radius.Find that the calculated results are consistent with the field measurement.【期刊名称】《山西焦煤科技》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】4页(P36-38,44)【关键词】GSI;瓦斯抽采半径;线性渗流区;低速非线性渗流区【作者】范超;王少雷【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000;河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作 454000【正文语种】中文【中图分类】TD712+.6目前，我国煤矿企业常使用钻孔瓦斯抽采技术对高瓦斯矿井进行消突处理，而钻孔布置方式和间距的选取，则是依赖于钻孔抽采半径的确定。
GSI值的确定和局限性
GSI值的确定和局限性1.GSI的产生背景在工程岩体早期的发展过程中，利用RMR和Q分级系统来来解决开挖和支护的实际施工过程，并且这些评价系统已很好的服务与工程岩体的建设。
但随着施工环境的不断复杂，对工程的要求不断提高，能够更加精确分析工程岩体特性的方法急需被提出。
在这种背景下，加上数值分析方法的不断发展，利用数值分析来判断和研究工程岩体特性成为很好的突破口和研究方向。
近些年由Hoek和Brown所提出的hoek-brown准则便是这样的一种研究思路，在hoek-brown准则初期被提出，Hoek在尝试寻找一种新的岩体工程分类系统失败之后，选择RMR分类系统，将岩体的强度准则与工程的构造观察建立起联系。
但很快RMR分类系统的不能表征更全岩体的特性的弊端使得Hoek 选择GSI系统，并将其做了进一步发展。
2.GSI的定义以及完善过程GSI（geological strength index）反映了各种地质条件对岩体强度的削弱程度，用来细致地描述岩体的特性。
GSI是一个确切的数值，变化范围从0至100，数值的确定通过岩体的GSI图表中的结构特征和节理表面状态两个方面来确定。
这其中岩体结构特征包括节理数量分布、块体形状和地质扰动程度，节理表面状态则是由节理粗糙度、节理风化程度和充填情况来确定。
由GSI这六个影响因素分量可以看出GSI值从一个比较全面的角度去描述岩体特性，同时又保证这些影响因素由岩体工程师方便观察确定，这也是符合Hoek当时之所以选择GSI值的原因，同时也完全贴切工程岩体的施工特点。
Hoek自己就在2002年hoek-brown进一步完善的基础上将GSI值做了进一步完善，具体体现在将GSI图表中的结构特征由原来的4个级别扩展到6个级别。
但值得注意Hoek的GSI值确定方法均是通过观察者将实地岩体和GSI图表上的各种级别进行比对，以此大致得到一个估计值。
但Sonmez在这之前就对Hoek的第一种GSI值确定方法作出完善，将上面所述的影响GSI 的两大方面量化。
围岩扰动系数D的量化取值
围岩扰动系数D的量化取值崔明;李淼【摘要】Based on empirical equation,visualized chart and graph was created for estimating rock mass deformation modulus,which was greatly influenced by the degree of disturbance D.the value of D is related to influence degree and range.The quantitative formulas of D value is presented in the form of integral and distance normalization for the distributions of elastic modulus of rock core.The mechanical parameters of rock masses of deep tunnel was estimated based on geological strength index GSI,degree of disturbance D and strength criterion.WithFLAC3D,these parameters were adopted to judge the law of stress, displacement,and plasticity range of rockmass.The relative error of below is 1 1% between calculated value and experimental value of plasticity range,and,1 5% for displacement values.The comparison of calculated results with measured data verified that the quantitative method is feasible and correct in rock engineering.%本文根据 Hoek-Diederichs公式，直观给出巷道围岩变形模量估计图表，计算出不同扰动参数 D 对岩体变形模量的影响。
基于改进GSI量化体系破碎围岩变形控制技术要点分析
基于改进GSI量化体系破碎围岩变形控制技术要点分析
姚为民
【期刊名称】《江西建材》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】GSI是判断隧道围岩强度的重要参数,在Hoek-Brown强度准则中发挥着重要作用,传统的GSI体系在取值时具有一定的主观性,制约了工程应用实效。
文中引入了改进的岩体块度指数、Barton岩体分级系统、节理条件系数,优化了岩体表面条件等级划分,在此基础上建立了改进的GSI量化体系及破碎围岩分级方法,制定出与之对应的围岩变形控制技术。
数值模拟的结果显示,相关技术可有效控制围岩的变形量,达到了预期效果。
【总页数】3页(P146-148)
【作者】姚为民
【作者单位】中国建筑材料工业地质勘查中心河南总队
【正文语种】中文
【中图分类】U455.49;U451
【相关文献】
1.破碎围岩大断面切眼变形分析及控制技术研究
2.松散破碎围岩变形控制与支护优化分析
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5.高寒地区隧道围岩破碎带变形控制分析
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金山店铁矿充填法试验采场岩体力学参数的确定
金山店铁矿充填法试验采场岩体力学参数的确定王洋;宋卫东;谭玉叶;夏鸿;朱汉明;王积林【摘要】矿岩自稳条件是制约阶段嗣后充填法采用以及实施效率的重要因素,其中,局部矿岩接触破碎带的稳定性严重影响着采场的整体稳定性.以金山店铁矿西区充填法试验矿块为工程背景,以室内岩石力学试验为基础,综合GSI围岩分级系统、Hoek-Brown强度准则、Georgi法与费森科法,对室内岩石力学参数进行折减,更加合理地确定岩体力学参数,为采场稳定性分析与支护设计提供岩石力学的支持.【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》【年(卷),期】2015(067)003【总页数】6页(P12-17)【关键词】岩体力学参数;GSI分级系统;Hoek-Brown强度准则【作者】王洋;宋卫东;谭玉叶;夏鸿;朱汉明;王积林【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;武钢矿业有限责任公司金山店铁矿,湖北大冶435116;武钢矿业有限责任公司金山店铁矿,湖北大冶435116;武钢矿业有限责任公司金山店铁矿,湖北大冶435116【正文语种】中文【中图分类】TD853.34近年来随着人们对资源充分利用、环境保护以及尾矿库隐患治理意识的提高，地下矿山采用充填法开采成为了国家政策主导的发展趋势。
阶段嗣后充填法因其生产效率高、资源回采强度大而成为铁矿床充填法开采首选的采矿方法。
但阶段矿柱高，空场暴露面积大且存在的时间较长，对矿岩自稳性要求较高，因此有必要对铁矿床阶段嗣后充填采场的稳定性及其控制技术进行研究［1］，尤其是采用阶段嗣后充填法的铁矿床，局部矿岩接触破碎带的稳定性及其控制技术的研究，直接影响到采后空场的形成效果与充填作业的顺利进行，从而对阶段嗣后充填采矿法的全面推广产生了深远影响。
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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。
关键词：岩石力学；岩体变形模量；地质强度指标 GSI；GSI 量化系统；体积节理数
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2009)增 1–2736–07
粗粒
MR 中粒
细粒
300～400(砾岩) 230～350(角砾岩)
200～350(砂岩)
350～400(粉砂岩) 350(杂砂岩)
400～600(粗晶石灰岩)
600～800(亮晶石灰岩) 350(石膏)
800～1 000(微晶石灰岩) 350(硬石膏)
700～1 000(大理岩)
400～700(角页岩) 200～300(变质砂岩)
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卢书强，等. 基于 GSI 系统的岩体变形模量取值及应用
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分级的基础上，运用经验公式估算岩体变形模量的 方法。如应用岩体质量指标 RMR[1～4]和 Q[5]值等计算 岩体的变形模量。这些经验公式与野外试验数据拟合 较好[6]，但运用经验公式计算的整体块状岩体变形 模量值都较低。为此，E. Hoek 等[7～9]在多年研究岩 体经验强度准则的基础上，利用地质强度指标 GSI(geological strength index)来计算岩体的变形模 量。并经过多次修正于 2006 年在大量现场试验数据 分析的基础上，建立了岩体变形模量与 GSI 之间的 一种新关系[6]。
DETERMINATION AND APPLICATION OF MODULUS OF DEFORMATION OF ROCK MASSES BASED ON GSI SYSTEM
LU Shuqiang1，2，XU Mo2
(1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area of Ministry of Education，China Three Gorges University， Yichang，Hubei 443002，China；2. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu
University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China)
Abstract：The deformation modulus of rock mass is an important input parameter in analyzing deformation，which should be determined by field tests. However，field tests are time consuming，expensive and the reliability is sometimes questionable. Based on data from in-situ measurements，E. Hoek proposed a new empirical formula for estimating values of deformation modulus of rock mass based on geological strength index(GSI). In order to provide more quantitative basis for evaluating GSI values，quantitative GSI system has been proposed by introducing measurable parameters with ratings or intervals which define structure and surface conditions of discontinuities. Especially，the methods to determine the parameter volumetric joint count(Jv) are studied in detail Finally，the proposed methods have been applied to practical projects and its rationality is further verified by comparing with field tests results. Key words：rock mechanics；deformation modulus of rock mass；geological strength index(GSI)；quantitative GSI system；volumetric joint count
在 H. Sonmez 等的量化 GSI 系统中，主要考虑 了 2 个因素，即基于体积节理数(Jv)的岩体结构等级 SR(structure rating) 和 结 构 面 表 面 特 征 等 级 SCR (surface condition rating)，由此来确定 GSI 值，具体 如表 2 所示。
500(火山角砾岩)
300～450(石英岩) 300～750(片麻岩) 300～800(千枚岩/云母片岩)
300～350(辉绿岩) 350～450(石英安山岩)
250～450(玄武岩) 200～400(凝灰岩)
极细粒 200～300(黏土岩) 150～250(页岩) 150～200(泥灰岩) 350～500(白云岩)
另外，利用完整岩石单轴抗压强度 σ ci 和模数
GSI 方法体系是 E. Hoek 多年来与世界各地与 之合作的地质工作者共同研究发展起来的一种方 法，特别适用于风化岩体及非均质岩体[8]。但在 GSI 取值表中，结构面表面特征的描述缺乏可量测 的典型参数，同时也缺乏结构面间距的限定或级 别，使得每个岩体类别的 GSI 值只是一个范围值。 这样不同的人对于同一岩体可能会估计出不同的 GSI 值，特别是对于经验很少的地质工作者来说更 是如此。为此，H. Sonmez 和 R. Ulusay[10]提出了对 GSI 系统进行量化取值，并不断对量化 GSI 系统进 行修正和应用[11]。
18 )
＜14.4 )
一般：光滑， 弱风化，有蚀 变现象(7.2＜ SCR＜10.8 )
痕，强风化， 有密实的膜覆 盖或有棱角状 碎屑充填 (3.6 ＜ SCR ＜
擦痕，强风 化，有软黏土 膜或黏土充 填的结构面 (0 ＜ SCR ＜
7.2 )
3.6 )
完整或块体状结构：
完整岩体或野外大体积范围内分布有极少的间距大的结
1
+
1− D/2 e[( 60 +15 D −GSI
)
/ 11]
⎤ ⎥⎦
(3)
其中，
Ei = MRσ ci
(4)
式中： Ei 完整岩石的变形模量，MR 为模数比，可 按表 1 确定。
3 岩体 GSI 值的量化
2 岩体模量的经验取值
在对大量现场试验数据分析的基础上，E. Hoek 和 M. S. Diederichs[6]利用了一种 S 型函数，即
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岩石力学与工程学报
2009 年
岩石 类型
岩组/构造
碎屑岩类 沉
积
碳酸岩类
岩
非碎屑岩 蒸发岩类
有机质类
变
无片状构造
质 微片状构造
岩 片状构造
浅色
深成岩
火
黑色
成 浅成岩
岩
熔岩 喷出岩
火山碎屑岩
表 1 模数比 MR 的选取[6] Table 1 Guidelines for selection of modulus ratio(MR) values[6]
1引言
在分析岩体变形特性时，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的变形模量时，存在时 间长、代价高以及试验结果可靠性差等问题。为解 决这一问题，许多岩石力学专家提出了在岩体质量
收稿日期：2007–10–31；修回日期：2008–01–22 基金项目：国家自然科学基金资助项目(40672175)；地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金资助项目(GZ2009–07) 作者简介：卢书强(1973–)，男，博士，1997 年毕业于成都理工学院水文地质与工程地质专业，主要从事地质工程和岩土工程方面的教学与研究 工作。E-mail：lsq2197@
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D = 1.0 20ຫໍສະໝຸດ 02040
60
80
100
地质强度指标 GSI
图 1 岩体变形模量和 GSI 的关系曲线 Fig.1 Relationship between Erm and GSI
比 MR(modulus ratio)，建立了岩体变形模量和完整 岩石变形模量的关系：
Erm
=
Ei
⎡⎢⎣0.02
+
y=c+
a
(1)
1 + e−[( x− x0 ) / b]
式中：a，b，c 均为常量。 通过拟合(见图 1)，建立了岩体变形模量 Erm