Hoek-Brown强度参数取值及水电工程应用方法对比研究
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。
对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用
mb
=
exp⎜⎛ ⎝
RMR − 28
100
⎟⎠⎞mi
(4)
• 4032 •
岩石力学与工程学报
2005 年
s = exp⎜⎛ RMR −100 ⎟⎞
(5)
⎝9⎠
式中： mi 为岩石的 Hoek-Brown 常数 m 值，可从 文[3]查到。
对于质量较差的破碎岩体，Hoek-Brown 建议采
用 GSI 估算 mb，s 的值，并建立 RMR 与 GSI 之间的 关系[11，14]。
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
YAN Chang-bin，XU Guo-yuan
(School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China)
Abstract：The importance of study on mechanical parameters of rock mass，and some methods to determine mechanical parameters of rock mass are introduced. Hoek-Brown strength criteria is considered as the authoritative method to get rock mass mechanical parameters from rock mechanical parameters which are got from laboratory. While Hoek-Brown criterion does not give the calculation expressions for rock mass between disturbed and undisturbed. Zhang Jianhai finds this shortcoming and gives his modified expressions，however，only simple average treatment for Hoek-Brown criterion，and the disturbed degree of rock mass can not be described in his modified expressions. H. Sonmez and R. U1usay consider the disturbed degree of rock mass and give their modified expressions，the shortcoming of Hoek-Brown strength criterion and above modified expressions of which are pointed out；and the modificatory coefficients Km，Ks which can take the degree of disturbed rock mass into account are constituted；then the modified expressions for Hoek-Brown strength criteria are brought forward. Km， Ks are based on integrality coefficient Kv，so they can not only reflect the distributed degree of rock mass，but also be got easily. The shortcomings of Hoek-Brown criterion and its former modified expressions are overcome. The modified expressions can determine the mechanical parameters of rock mass between disturbed and undisturbed better. The calculation is carried out through the modified expressions and other methods，respectively，where the study on mechanical parameters of rock mass from Changba Lead-zinc Mine. It is found that the modified expressions in this paper is more suitable to determine the mechanical parameters of rock mass between disturbed
hoek-brown经验方程
标题：探讨Hoek-Brown经验方程在岩石力学中的应用与发展摘要：Hoek-Brown经验方程是岩石力学领域一个重要的理论模型，它通过考虑岩石的强度和变形特性，对岩体稳定性进行了准确的描述和预测。
本文将从Hoek-Brown经验方程的基本原理、发展历程、参数确定和工程应用等方面进行详细探讨，希望通过本文的阐述能够加深对Hoek-Brown经验方程的理解，并为岩石力学领域的研究和实践提供一定的参考。
一、Hoek-Brown经验方程的基本原理1. Hoek-Brown经验方程的提出2. Hoek-Brown经验方程的理论基础3. Hoek-Brown经验方程的适用范围二、Hoek-Brown经验方程的发展历程1. Hoek和Brown对经验方程的提出2. 经验方程的修正和完善3. Hoek-Brown经验方程与其他力学模型的比较三、Hoek-Brown经验方程参数的确定1. Hoek-Brown经验方程的参数含义2. 参数的实验测定和数值计算方法3. 参数取值的不确定性与敏感性分析四、Hoek-Brown经验方程的工程应用1. Hoek-Brown经验方程在岩石工程中的应用2. 经验方程与数值模拟的结合3. 经验方程的工程案例分析与验证结论：Hoek-Brown经验方程作为岩石力学领域的重要模型，其在岩石工程中的应用已经得到了广泛的认可和应用。
然而，Hoek-Brown经验方程仍存在一些局限性和不足之处，需要在后续的研究中不断完善和改进，以适应不同岩石类型和工程场景的需要。
希望通过本文的介绍，能够对Hoek-Brown经验方程的理论基础和应用价值有所了解，为岩石力学领域的研究和实践提供一定的借鉴和指导。
Hoek-Brown经验方程在岩石工程中的应用案例Hoek-Brown经验方程是岩石工程中常用的力学模型之一，其在不同的岩石工程实践中得到了广泛的应用。
本文将从岩石边坡稳定性分析、隧道工程以及岩石爆破设计等方面，介绍Hoek-Brown经验方程在岩石工程中的具体应用案例。
Hoek-Brown岩体强度估算新方法及其工程应用
明该方法完全解决了工程岩体强度参数估算的问题 ， 而且效果 良好 ， 有着广泛的应用前景。 关键词 ： ｏｋＢ ｗ ； Ｈ ｅ－ｒ ｎ 强度 准则 ； ｏ 岩体 强度
中圈分 类号 ：Ｄ ８ ３ ２ ；Ｄ ８ ３ ４＋ Ｔ ２ ． １ Ｔ ２ ． ０ 文献标识 码 ： Ａ
Ｌａ ｅ ｔＨｏ ｋ・ ｏ ｏ ｋ ｍ ａ ｓ ｓｒ ｎ ｔ ｓｉ ａ ｏ ｔ ｓ ｅ Ｂｒ ｗｎ ｒ ｃ ｓ ｔ ｅ ｇ ｈ ｅ ｔｍ ｔ ｎ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｈｏ ｓｉ ｔ ｔ ｅ ｓｒｎ ｔ ａａ ｔｒ ｆ ｃ ｓ ｙ ｕ ｉ ｚｎ ｅ ｓ ｅ ｉ ｖ ｓ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｉ ・ ｗ ｔ ｅｔ ｏ ｍａｅ ｈ ｔ ｇ ｈ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｋ ｍａ ｓｂ ｔ ｉｉ ｇｔ ｉ ｎ ｅ ｔ ａｉ ｎ ｅ ｏ ｒ ｌ ｈ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｏ ｏ ｋ ｍｅ ｈ ｎｃ ｔｓｓｉ ａ ｗ ｙ ａｄ ｐ ｏ ｌｍ ｈ ｔ ｌ ｔ ｅ ｇ ｏｅ ｈ ｉａ ｐ ｃａ ｉ ｓｔ ｏｖ ，ｔｅ Ｈｏ ｋ ｏ ｒｒ ｃ ｃ ａ ｉ ｅ ｔ ｓ ｌ ａ ｓａ ｈ ｒ ｒ ｂ ｅ ｔ ａ ｌ ｈ ｅ ｔｃ ｎ ｃ ｌ ｅ ｉｌ ｔ ｏ ｓ ｌ ｅ ｈ ｅ ． ａ ｓ ｓ Ｂ ｗ ｒ ｅ ｏ ａ ｆ ｒ ｄ ａ ｇ ｏ ｐ ｒ ａ ｈ ｔ ｏ ｖ ｈ ｓｐ ｂ ｅ ｏ ｒ ｎ ｃ ｔ ｒ ｎ ｈ ｓ ｏ ｅ ｅ ｏ ｄ ａ ｐ ｃ ｓ ｌｅ ｔ ｉ ｒ ｌｍ．Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｄ ａｓ ｗ ｔ ｅ ｏ ｇｎ， ｅ ｉ ｉ ｏ ｏ ｏ ｈｓ ａ ｅ ｅｌ ｉ ｔ ｒ ｉ ｄ － ｈｈ ｉ ｖ ｌｐ ｎ ，ｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｓ ｕ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｅ Ｈｏ ｋ Ｂ ｗ ｒ ｅ ｏ ｎ ｄ ｔ ｉ，ａ ｄ ｉ ｔ － ｅｏ ｍｅ ｔ ｒｓ ｎ ｖ ｌｐ ｎ ｉ ａ ｏ ｎ ｐ ｌ ｔ ｆ ｈ ｅ － ｒ ｎ ｃ ｔｒ ｎ ｉ ｅａ ｌ ｎ ｎｒ ｄ ｔ ｉ ｃ ｏ ｔ ｏ ｉ ｉ ｏ
基于Hoek_Brown准则的岩体力学参数计算
基于H oek-B r o wn 准则的岩体力学参数计算于加云1,漆泰岳2(1.中铁隧道勘测设计院有限公司, 天津 300122;2.西南交通大学土木工程学院, 四川成都 610031)摘 要:在确定岩体地质强度指标(GS I)的基础上,通过将H oek-B ro wn 准则与M ohr-Cou l o m b 准则相互变换的方法来求得节理岩体的力学参数。
通过算例说明了这种方法的具体计算过程,并分析了岩体强度参数C, 值与围压的关系,得出了一些结论。
关键词:地质强度指标;H oek-B ro wn 准则;M ohr-Cou l o m b 准则;节理岩体;力学参数0 前 言在地下工程的修建及很多相关的岩土工程中,常常遇到含有大量节理的岩体,为了确保施工、运营中的安全性,就需要确定这种岩体的力学参数以供设计参考。
岩体抗剪强度参数C, 值反映了岩体抗剪断能力的大小,与岩体自身的性质有关,也与影响岩体性质的环境条件,如应力状态有关。
由于在岩体工程中多将莫尔破坏圆的包络线近似看作直线,所以C 、 值不随应力状态而改变,在确定的工程地质单元内看作为常量。
但是由实验资料可知,当围压较大时,莫尔圆包络线向下弯曲,不能近似为直线,C 、 值可以看作为包络曲线某点切线在纵轴的截距和斜率,它们在不同的法向应力条件下各不相同,即C 、 值随着应力状态的变化而发生改变[1]。
H oek-Bro w n 准则与M ohr-Coulo m b 准则对应的曲线关系如图1所示。
图1 H oek-bro wn 准则与M ohr-cou l o m b准则相对应的图形关系H oek-B ro wn 准则由于考虑了岩体的节理条件及低应力区和拉应力区的强度特性,比较符合工程实际。
一些研究发现,H oek -B r own 准则在低压应力区和拉应力区的强度特性比M ohr-Coulo mb 准则更接近于岩体实际[1,2]。
因此,软弱破碎围岩中,在较低的围压(支护强度)作用下,采用M ohr -Cou -lo m b 准则判断岩体是否屈服破坏时,按照H oek -Bro w n 准则获取岩体力学参数,将会使数值分析结果比较接近实际。
(完整版)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。
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.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，各组结构面优势产状如表4.1所示，结构面几何特征如表4.2。
霍克布朗强度准则的研究进展
霍克-布朗强度准则的研究现状摘 要 1980年 E. Hoek 和E. T. Brown 提出了Hoek-Brown(H-B)强度准则，已充分得到岩石力学与工程研究者的认同，并进行研究和应用。
首先系统地阐述 H-B 强度准则研究进展：E. Hoek 和 E. T. Brown 对 H-B 强度准则的研究成果、三维 H-B 强度准则、H-B 强度准则岩石和岩体参数研究、考虑层状节理的 H-B 强度准则及其参数的各向异性研究，再对过去 30 a 国内外基于 H-B 强度准则工程应用的成果进行总结。
关键词 岩石力学；Hoek-Brown 强度准则；研究进展；岩体 1 引言1980年E.Hoke 和E.T.Brown 通过对几百组岩石三轴试验资料和大量岩土现场试验成果的统计分析，结合岩石性状方面的理论研究成果和实践检验，提出来迄今为止应用最为广泛、影响最大的岩石强度准则—Hoke-Brown （H-B ）强度准则。
多年来，经过大量研究人员的不断发展和完善，形成了较为完整的体系。
H-B 强度准则可以应用于岩石和岩体，参数可以通过常规室内试验、矿物组成和不连续面描述获取。
H-B 强度准则可以反映岩石和岩体固有的非线性破坏的特点，以及结构面、应力状态对强度的影响，能解释低应力区、拉应力区和最小主应力对强度的影响，并适用于各向异性岩体的描述等。
传统的H-B 强度准则有很多优点，但也存在一些不足:如不能考虑中间主应力的影响、难以准确确定准则中的参数、对各向异性明显的节理岩石适用性差等[1]。
为解决这些问题，近30a 来广大研究者，尤其是中国学者倾注了极大的精力，并取得了显著的成果。
2 H-B 强度准则研究进展2.1 H-B 强度准则提出和发展H-B 强度准则是由E. Hoek 和E. T. Brown 于1980年首次提出的，可反映岩石破坏时极限主应力问的非线性经验关系，其表达式为[2]：5.03311⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=c i c m σσσσσ （1）式中：1σ，3σ分别为最大、最小压应力(MPa)；c σ为岩石单轴抗压强度(MPa)；i m 为岩石量纲一的经验参数，反映岩石的软硬程度，取值范围为 0.001～25.0。
Hoek-Brown强度准则
标准差
1#试验支洞
1#试验支洞
大理岩
大理岩
优势一组
倾向
正态分布
89.58
13.43
89.58
13.43
倾角
正态分布
70.77
7.36
70.77
7.36
半迹长
负指数分布
0.60
/
1.66
0.65
间距
负指数分布
3.70
/
0.27
0.54
优势二组
倾向
正态分布
301.05
11.53
301.05
11.53
倾角
正态分布
78.05
7.25
78.05
7.25
半迹长
负指数分布
0.56
/
1.78
0.56
间距
负指数分布
2.56
/
0.39
0.93
优势三组
倾向
正态分布
349.68
12.05
349.68
12.05
倾角
正态分布
61.63
9.25
61.63
9.25
半迹长
负指数分布
0.82
/
1.22
0.72
间距
负指数分布
1.19
11.11
65.08
11.11
半迹长
负指数分布
1.67
/
0.60
0.69
间距
负指数分布
1.09
/
0.92
1.41
优势三组
倾向
正态分布
269.33
9.67
269.33
9.67
hoekbrown强度准则
hoekbrown强度准则Hoek-Brown强度准则（Hoek-Brown strength criterion）是岩土工程领域中使用广泛的一种准则，用于估计岩石断裂强度。
这一准则由Hoek和Brown在1980年提出，并在随后的研究中得到了广泛的验证和应用。
本文将详细介绍Hoek-Brown强度准则的原理、参数和应用，并进一步讨论其局限性和应注意的事项。
Hoek-Brown强度准则的原理基于延性断裂理论和能量平衡原理。
它假设岩石的强度受到两个因素的影响：一是内部摩擦和粘聚力效应，二是岩石的岩石块体强度。
根据Hoek-Brown准则，岩石的强度可以用以下公式表示：σ = σci + σs * (mi/Ji)^λ * [(σci + a * mi)^(-λ) -(σci0 + a * mi0)^(-λ)]其中，σ为岩石的强度；σci为未受损状态下岩石内聚力；σs为应力放大系数，反映了岩石受到的应力状态；mi为应力一致性参数，描述了岩石的强度特性；Ji为岩石的应变软化性；λ为软化指数，描述了岩石在强度减小方面的灵敏度；a为冲刷因子，表示了局部应力平衡状态；mi0和σci0分别为参考状态下的mi和σci。
这些参数的确定通常通过室内试验或现场观察得到。
mi是通过进行变形试验来确定，Ji和λ是通过进行岩石强度试验来确定，σci和σci0是通过对岩石的表面裂纹进行观察来确定。
这些参数的值将影响到最终得到的岩石强度估计。
Hoek-Brown强度准则适用于几乎所有类型的岩石，包括块状、颗状和细粒岩石等。
这一准则的优点是可以用较少的试验数据来估计岩石的强度，并且预测结果准确性较高。
它在岩土工程设计和地下工程中的应用广泛，如隧道和坝基稳定性分析、开采工程设计等。
然而，Hoek-Brown强度准则也存在一些局限性和应注意的事项。
首先，参数的确定需要进行大量的试验工作，而这些试验工作可能比较耗时和费力。
其次，该准则在解释岩石强度时假设岩石是均质且连续的，而实际岩石通常是非均质的，这可能导致预测结果的误差。
Hoek_Brown强度准则在FLAC_3D_数值模拟中的应用
第3期
展国伟等: H oek- Brow n 强度准则在 F LA C3D 数值模拟中的应用
367
则在模拟破坏岩体中的不足[ 3] . 同时, 根据大量岩 石力学实验证实, Mo hr- Coulomb 准则不能动态地 反映岩体破坏时的力学行为, 在工程模拟中存在一 定的局限性, 而 H o ek- Brow n 强度准则能较为准确 地反映煤岩体在采动影响时内聚力和内摩擦角的 动态变化, 以此为本文的切 入点, 将 H o ek- Brow n 强度准则应用于 F L A C3D 中, 弥补 Mo hr- Coulomb 准则的不足, 使模拟结果更符合实际情况.
体中的应用不足. H oek- Bro w n 强度准则表达式[ 4-8] 为
1 = 3+
m
c
3+
s
2 c
,
( 3)
式中: 1 , 3 分别为岩体 破坏时的 最大、最小主应
力; c 为岩体块单轴抗压强度; m, s 均为经验参数,
m 反 映 岩 石 的 坚 硬 程 度, 其 取 值 范 围 在
0. 000 000 1~ 25 之间, s 反映岩体破坏程度, 其取
值范围在 0~ 1 之间.
如果令
3 = 0.
代入到式( 3) 中, 便可以得到岩体的单轴抗压
强度 cmass
= cmass s c .
( 4)
当 1= 0 时, 便可以得到岩体的单轴抗拉强度
tm as s
= tmass
1 2
c
m-
m2 + 4s .
( 5)
根据 H oek- Brow n 强度包络线
4 算例分析
4. 1 大柳塔矿 1203 综采工作面概况 1203 综采工作面是大柳塔煤矿正式投产的第
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。
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.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，各组结构面优势产状如表4.1所示，结构面几何特征如表4.2。
对Hoek—Brown强度准则的改进及工程应用
０ 引 言
岩体 力学 参数 在 岩 体 工 程 （ 坡 、 室 等 ） 析 边 洞 分
与设 计 中的地 位是 至关 重要 的 。如 何获 得 可靠 的岩
入 岩体 完整 性系 数 ， 立 考 虑 岩 体 受 扰 动 程 度 的修 建
正 系数 ， Ｈｏ ｋ 对 ｅ —Ｂ ｏ ｎ准 则 进 行进 一步 改 进 ， ｒｗ 以 便更 好地 确 定介 于扰 动 和未 扰动 之 间的 岩体力 学参 数 。本文 以贵州 瓮 福 磷 矿 岩 体 力 学 参数 研 究 为例 ，
体 力学 参数 ， 直是 岩石 力 学 工 作 者 研 究 的 重 要课 一
对 Ｈｏ ｋ Ｂ ｏ ｅ — ｒ ｗｎ强 度 准 则 的 改 进 及 工 程 应 用
宋 恒 ， 平 曹
（ 中南 大 学 资 源与 安 全工 程 学 院 ， 南 长 沙 ４ ０ ８ ） 湖 １ ０ ３
摘
要： 阐述 了岩 体 力 学 参 数 研 究 的工 程 意 义 ， 绍 了 Ｈｏ ｋ等人 对 Ｈｏ ｋ Ｂｏ 介 ｅ ｅ — ｒｗｎ强 度 准 则 的 改 进 公 式 ， 于 完 整 性 系数 Ｋ ， 出 了 Ｈｏｋ 基 提 ｅ —Ｂ ｏ ｎ强 度 准 则 的 改 进 公 式 。 以 瓮 福 磷 矿 岩 ｒｗ 体 力 学 参 数 研 究 为 例 ， 别 用 提 出 的改 进 公 式 和 其 它 几 种 方 法 进 行 计 算 。 计 算 结 果 表 明 ， 分
础 ， 合 考虑 岩体 中节 理裂 隙 、 综 地下 水 和尺 寸效 应 的
影 响 ， 岩块 力学 参 数 进 行 修 正后 换 算 成 岩体 力学 将
参数 ， 以满 足工 程需要 。 因此 ， 类方 法得 到迅速 可 这
Hoek-Brown准则在软岩~中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用——
文章编号:1006 2610(2019)04 0016 05Hoek-Brown 准则在软岩~中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用以陕西省延安市龙安水利枢纽工程为例李 鹏(陕西省水利电力勘测设计研究院,西安 710001)摘 要:通过基于Hoek-Brown 准则的地质强度指标GSI,结合岩体质量分类,对陕西省延安市龙安水利枢纽坝基岩体力学参数进行了分析研究㊂结果表明,经过修正后的GSI 指标与岩体质量分类确定的岩体质量等级经验值基本吻合,GSI 可应用于砂泥岩互层地区岩体力学参数的确定㊂该方法可在原位试验资料不足的情况下,为砂泥岩层地区力学参数的选取提供一定的参考价值㊂关键词:岩体力学参数;地质强度指标;岩体质量分类中图分类号:TV223.1 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2019.04.004Application of Hoek -Brown Criterion in Selection of Mechanical Parameters for Rock Massin Soft Rock to Medium Hard Rock Dam FoundationTaking Long 'an Water Conservancy Project in Yan 'an City ,Shaanxi Province as an ExampleLI Peng(Shaanxi Institute of Water Resources and Electric Power Investigation and Design ,Xi'an 710001,China )Abstract :By geological strength index GSI based on the Hoek-Brown criterion ,combined with rock mass classification ,the mechanical parameters of the rock mass of the Long'an Water Conservancy Project in Yan'an City ,Shaanxi Province are analyzed and studied.The re⁃sults show that the modified GSI index is basically consistent with the empirical value of rock mass quality grade determined by rock mass classification.GSI can be applied to the determination of rock mass mechanical parameters in sand-shale interbedded areas.Under thecondition of insufficient in-situ test data ,the method can provide a certain reference for the selection of mechanical parameters in sand-shale interbedded areas.Key words :rock mass mechanical parameters ;geological strength index ;rock mass quality classification 收稿日期:2018-12-03 作者简介:李鹏(1985-),男,硕士,工程师,主要从事水利水电工程地质方面的科研与生产工作. 基金项目:陕西省水利科技项目(编号2018slkj-14).0 前 言延安市龙安水利枢纽工程位于延河中游段,坝基岩体为侏罗系中统延安组枣园段(J 2y 2)砂岩及泥页岩互层,泥质胶结,细粒结构,泥岩比例呈一定韵律变化,根据砂泥岩比例不同分为⑧-1砂岩㊁⑧-2砂岩夹薄层泥岩(砂岩为主的砂泥岩互层,下同)㊁⑧-3泥岩夹薄层砂岩(泥岩为主的砂泥岩互层,下同)及⑧-4泥岩,试验表明,均属软岩~中硬岩;各层岩体孔内电视测试性状如图1㊂图1 坝基岩体性状图获取岩体力学参数最直接㊁最准确的方法是进行大型现场原位试验,然而由于该层岩体均位于河工程地质与测量 西北水电㊃2019年㊃第4期 ===============================================床以下10~15m,进行现场试验难度较大㊁周期长㊁费用高㊂在经验公式法㊁反分析法㊁工程类比法和数值计算法等[1]众多经验方法中,Hoek -Brown 经验强度准则及其广义强度准则[2-3]全面反映了岩体的结构特征对岩体强度的影响㊂在其基础上对岩体变形模量㊁抗剪强度的取值做了大量研究[4-8]㊂目前应用对象多为边坡㊁围岩及场地工程的硬质岩体,而软岩~中硬岩坝基岩体研究相对较少㊂本文基于坝基岩体分类,采用Hoek -Brown 强度准则及地质强度指标G GSI 对坝基岩体力学性质指标进行研究和探讨,以期寻求合适的力学参数确定方法,为工程设计提供地质参数支持㊂1 工程区岩体质量分类本文采取BQ 法㊁RMR 法及水利水电工程坝基岩体工程地质分类法对可能作为坝基的弱风化㊁微风化岩体进行质量分类㊂岩体基本特征如表1㊂表1 坝基岩体基本特征表1.1 BQ 法分类综合考虑岩体抗压强度㊁完整性㊁地下水㊁主要软弱结构面产状对工程的影响,以及初始应力状态对工程的影响等因素,采用BQ 法对坝基岩体进行分级评判如表2[9]㊂表2 坝基岩体国标BQ 分级表1.2 RMR 分类根据岩石的单轴抗压强度㊁岩芯质量指标㊁结构面间距㊁结构面状态条件㊁结构面方位㊁地下水情况,采用岩体额定体系RMR 法,对工程区岩体分类如表3[10]㊂表3 坝基岩体评分及RMR 分类表1.3 坝基岩体分类根据坝基岩体坚硬程度㊁风化程度㊁完整程度㊁结构面状态,坝基岩体工程地质分类如表4[11]㊂表4 坝基岩体工程地质分类表71西北水电㊃2019年㊃第4期===============================================2 Hoek-Brown准则确定岩体力学参数2.1 Hoek-Brown强度准则原理在大量岩块三轴试验资料和岩石现场实验成果分析统计的基础上,综合考虑岩体强度㊁结构㊁应力状态等多方面因素,提出了Hoek-Brown非线性经验破坏强度准则[2]:σ1=σ3+m bσcσ3+sσ2c(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为组成完整岩块试件的单轴抗压强度(由于坝基全部位于水下,故本次研究取饱和单轴抗压强度);m b和s为岩体的材料参数,可表示为地质强度指标G GSI的函数,其估算公式如下[8]:m b=m i exp(G GSI-10028-14D)(2)S=exp(G GSI-1009-3D) 其中,D为节理岩体受破坏和应力松弛受扰动程度的参数[12]:D=1-K v(3) 岩体单轴抗压强度:σcm=sσc(4) 岩体单轴抗拉强度:σtm=12σc m b-m2b+4()s(5) 修正后的变形模量:E m=(1-D2)σc100×10(G GSI-1040),(σc≤100MPa)(6) 2.2 确定抗剪强度参数的回归分析法研究表明[3],σm<σ3<σ3max(最小主应力的最大值)时,Mohr-Coulomb强度曲线与Hoek-Brown曲线非常稳合,拟合为:σ1=kσ3+b(7) 根据Mohr-Coulomb强度准则应力圆和曲线的关系,可得最大主应力和最小主应力来表示Mohr-Coulomb强度准则的公式:sinφm=σ1-σ3σ1+σ3+2c tanφ(8) 即:σ1=2c m cosφm1-sinφm+σ31+sinφm1-sinφm(9) 对比得:k=1+sinφ1-sinφ,b=2c cosφ1-sinφ(10) 2.3 计算参数的获取根据E.Hoek提出的GSI方法体系,岩体描述如图2[13]㊂使用近年来常用的RMR法[7],本工程G GSI取值弱风化在32~39,微风化在49~52㊂由图2结合本工程岩体具体特征,明显对应分值与结构面形态不符,整体偏低,主要原因是岩体饱和单轴抗压强度值过低而导致R RMR值偏低,因此R RMR量化G GSI指数并不适用于软~中硬岩石;而基于体积节理数的结构面等级参数量化取值更适用于平硐揭示或边坡开挖已经揭示便于统计结构面的情况㊂本工程坝基特征如前述主要位于水下,平硐㊁开挖揭示难度均相对较大,因此本工程G GSI的取值主要根据风化特征㊁岩体结构面特征对应进行适当上调后所得㊂图2 岩体强度指标(GSI)图Paul Marinos及Evert Hoek认为m i值的取值主要与岩石质地有关,中砂岩m i取值17±4;粉砂岩取值7±2;黏土岩4±2;页岩6±2,同时砂泥岩互层结构应予以折减[13],本次砂泥岩互层按照砂岩泥岩比例不同分别折减40%~60%㊂根据岩性情况,确定m i 及G GSI值,结合岩块强度㊁岩体完整系数,计算相应的Hoek-Brown参数,如表5㊂2.4 岩体力学参数计算结果岩体变形模量的计算结果如表6㊂81李鹏.Hoek-Brown准则在软岩~中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用===============================================表5 Hoek-Brown 计算参数表表6 岩体单轴抗压、抗拉强度及变形模量表通过在σ3取值区间(0,0.25σc )内取8组等间距分布的σ3,用公式(1)计算相应的σ1值,进行回归分析,参数如表7㊂按照公式(8)~(10),计算抗剪强度指标如表8㊂表7 σ回归关系参数表表8 Hoek-Brown 准则岩体抗剪强度计算结果表3 计算结果分析BQ 法㊁RMR 法及水利水电工程坝基岩体工程地质分类法对岩体力学性质均有建议值范围,对应本工程分类岩体力学参数建议如表9㊂由表9可知,Hoek-Brown 准则计算力学参数在数值上对不同岩体区分度较好,其中变形模量弱风化带岩体为3.18~5.06GPa,微风化带岩体为4.13~8.69GPa,与BQ 法㊁坝基岩体工程地质分类法确定的范围基本相当,弱风化带建议进行进一步折减,微风化带基本可不折减㊂Hoek-Brown 准则计算抗剪强度值,弱风化带岩体c =0.48~2.68MPa,φ=9.8°~19.6°(对应f =0.17~0.36);微风化带岩体c =1.60~4.98MPa,φ=14.7°~29.7°(对应f =0.26~0.57),c 值普遍偏大,建议进行折减,φ值较RMR 法确定值略小,而基本与折减后坝基岩体分类法确定参数相当,表明该方法可适用于水利工程抗剪强度的确定㊂表9 各分类方法岩体力学参数建议值表岩应根据软化系数折减㊂4 结论与建议(1)进行软岩~中硬岩GSI 参数量化不宜用RMR 法,可根据风化特征㊁岩体结构面特征对应进行适当上调后所得;互层岩体m i 参数的获取应根据各岩性所占比例不同分别折减㊂(2)Hoek-Brown 准则计算力学参数在数值上对不同岩体区分度较好,其中变形模量弱风化带建议进行进一步折减,微风化带基本可不折减;计算抗剪强度值,c 值普遍偏大,建议进行折减,φ值基本与折减后坝基岩体分类法确定参数相当,表明该方法91西北水电㊃2019年㊃第4期===============================================可适用于水利工程抗剪强度的确定㊂(3)建议进一步研究计算参数的量化取值方法以更接近岩体真实状态㊂参考文献:[1] 寇雪莲,工程岩体力学参数研究现状评述[J].西部探矿工程,2008(09):33-36.[2] Hoek E,Brown E T.Empirical strength criterion for rock masses[J].Journal of the Geotechnical Engineering Division,1980,106(09):1013-1035.[3] Hoek E,Carranza-Torres C,Corkum B.Hoek-Brown failure cri⁃terion-2002edition[C]//Proceedings of the5th North American Rock Mechanics Symposium and17th Tunneling Association of Canada Conference.Toronto:University of Toronto Press,2002: 267-271.[4] 卢书强,许模.基于GSI系统的岩体变形模量取值及应用[J].岩石力学与工程学报,2009,28(增1):2736-2742. [5] 朱玺玺,陈从新,夏开宗.基于Hoek-Brown准则的岩体力学参数确定方法[J].长江科学院院报,2015(09):111-117. [6] 周念清,杨楠,汤亚琦,秦敏.基于Hoek-Brown准则确定核电工程场地岩体力学参数[J].吉林大学学报(地球科学版), 2013(05):1517-1522.[7] 夏开宗,陈从新,周意超,等.基于Hoek建议的非线性关系求取岩体抗剪强度的算法及工程应用[J].岩土力学,2014,35(06):1743-1750.[8] 夏开宗,陈从新,刘秀敏等.基于岩体波速的Hoek-Brown准则预测岩体力学参数方法及工程应用[J].岩石力学与工程学报,2013,32(07):1458-1466.[9] 中华人民共和国水利部.工程岩体分级标准:GB/T50218-2014[S].北京:中国计划出版社,2014.[10] 彭土标,袁建新,王惠明.水力发电工程地质手册[M].北京:中国水利水电出版社,2011.[11] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB50487-2008[S].北京:中国计划出版社,2009. [12] 闫长斌,徐国元.对Hoek-Brown公式的改进及其工程应用[J].岩石力学与工程学报,2005,24(22):4030-4035. [13] Marinos P,Hoek E.GSI:A geologically friendly tool for rockmass strength estimation[C]//Proceedings of the2000Interna⁃tional Conference on Geotechnical and Geological Engineering.Melbourne,Australian,November19-24,2000:1422-1442. (上接第15页)后可供范围小,受益面窄,不易获得国家优厚的政策倾斜和补贴,且淡化商品水的受众小,造成投资难以及时回收并形成良性循环㊂尤其是西北贫困地区,常年缺水的环境现状已使得当地群众形成了饮用窖水习惯,处理后的淡化水没有市场需求,缺少形成淡化水商品产业的根本动力㊂基于以上分析,结合调研地区的缺水现状,苦咸水开发利用作为新增的开拓水源具有一定的可实施性,但苦咸水淡化供水的成本过高㊂根据调研区域的区位优势,均建设有大型的风光电项目,且存在 弃风”㊁ 弃光”的现象,均建设有能源基地,且水资源是能源基地发展的制约性因素㊂根据陕甘宁新四省区的区域优势,在破解目前苦咸水开发利用所存在问题的基础上,提出该区域苦咸水开发利用的构想方案㊂4 结 语目前苦咸水的开发利用进展缓慢首先圈囿于人们的意识,随着生活水平的逐步提升,人民对于生活质量要求的提高,会推动市场对于水净化设施的开发研制,降低净水设施的成本㊂成本的降低将会进一步推动苦咸水开发利用产业的发展,而苦咸水开发利用产业也必将带动一系列配套设施的发展与进步,为拓展区域水资源利用提供新途径,解决区域水资源短缺问题提供新方法,激活市场对苦咸水淡化的需求,对带动区域经济的发展具有积极的意义㊂参考文献:[1] 张学发,杨昆.我国西北地区苦咸水淡化利用现状分析和发展建议[C]//全国苦咸水淡化技术研讨会论文集,2013,5:46-50.[2] 李文明,吕建国.苦咸水淡化技术现状及展望[J].甘肃科技,2012,28(17):76-80.[3] 柯浩成,牛最荣.甘肃省苦咸水淡化利用现状及淡化技术初探[J].地下水,2015,37(03):42-44.[4] 孟炜,王婧雅.建立苦咸水淡化示范基地的思考[J].地下水,2014,36(02):39-40.[5] 潘献辉,王生辉.反渗透海水淡化能量回收技术的发展及应用[J].中国给水排水,2010,26(16):16-19.[6] 曹淑敏,陈莹.我国非常规水源开发利用现状及存在问题[J].水利经济,2015,33(07):47-49,61.02李鹏.Hoek-Brown准则在软岩~中硬岩坝基岩体力学指标参数选取中的应用===============================================。
Hoek_Brown经验强度准则的修正及应用_孙金山
Abstract: T he st at ist ic analysis o f the est imat ed values of g eo logy st rengt h index ( GSI) and dist ur bed fact o r D f or r ock m asses is carr ied out w hich are t he m ain par am et ers in t he H oek- Br ow n st reng th crit er io n( 2002 edit ion) . It indicates t hat t he GSI values of t he sam e t y pe rock mass est imat ed by dif ferent part icipat or s are relat ively consistent; how ever, t he estim at ed D values are much m ore dispersiv e w hich w il l make t he reliability of the est imat ed parameters of r ock masses low er. T herefo re, a m ore precisio n method is needed. A new ex act m et hod t o determ ine the D v alue is pro posed based o n t he elast ic w av e test t heo ry. T he main principle t hat t he disturbed zone should be considered or neglect ed is discussed. A simple f init e elem ent exam ple is g iv en t o co mpare the t heo ry of H oek and t his paper. Key words: H oek- Brow n criterion; dist urbed zo ne; dist urbed f act or D; elast ic w ave t est
hoekbrown强度准则
hoekbrown强度准则Hoek-Brown强度准则是一种在岩石力学中常用的准则，用于评估和预测岩石的强度和稳定性。
该准则是由J. C. Hoek和E. T. Brown于1980年提出的，经过多年的验证和应用，已经被广泛接受和应用于岩石工程中。
Hoek-Brown强度准则最基本的表达式为：σ_1=s*σ_c*m_b*m_s值得注意的是，这个表达式只适用于高的应力水平，当σ_1 < σ_c 时，即主应力小于未受应力强度时，准则不再适用。
此外，Hoek-Brown强度准则还可以拓展到多应力状态下。
除了主应力1，Hoek-Brown强度准则还可以应用于其他主应力状态下。
一般情况下，主应力2和主应力3的比值在范围0.01到100之间，可以使用适当的插值方法计算。
Hoek-Brown强度准则在实际的岩石工程中有许多应用。
例如，可以通过该准则来评估岩石的稳定性，预测岩体的破坏和发展裂缝的可能性。
在地下矿井开采中，可以利用该准则来确定岩体的开挖稳定性和确定支护设计。
在岩石工程设计中，可以使用该准则来评估岩体的承载力和设计土木结构。
然而，尽管Hoek-Brown强度准则在岩石工程中得到了广泛的应用和验证，但它还是存在一些限制和不确定性。
一方面，该准则是基于实验数据和统计分析得出的，对于不同类型和条件的岩石可能存在一定的适用性问题。
因此，在实际应用中需要结合具体的岩石性质和条件进行合理的调整和校正。
另一方面，该准则在考虑岩石的孔隙性和渗流方面并不充分，因此在强度准则之外，还需要考虑渗透稳定性和孔隙水压力等其他因素。
总体而言，Hoek-Brown强度准则是一个非常有用的工具，在岩石工程中广泛应用于评估和预测岩石的强度和稳定性。
尽管存在一些限制和不确定性，但与其他的准则相比，Hoek-Brown强度准则具有相对较好的准确性和实用性，尤其在处理坚硬岩石和大规模工程中更为有效。
因此，在实际工程应用中，可以根据具体情况结合其他方法和实验数据进行综合评估。
Hoek_Brown强度准则研究进展与应用综述
2.1 H-B 强度准则提出和发展 于 1980 年首次提出的， 可反映岩石破坏时极限主应 力间的非线性经验关系，其表达式为 1 3 c mi 3 1 c
0.5
(1)
式中： 1 ， 3 分别为最大、最小压应力(MPa)； c 为岩石单轴抗压强度(MPa)； mi 为岩石量纲一的经 验参数， 反映岩石的软硬程度， 取值范围为 0.001～ 25.0。E. Hoek 和 E. T. Brown[3]给出一个岩石 mi 取值 的初步指南；E. Hoek 等[4-5]结合大量工程地质人员 来自实验室和工程的经验积累，提出比较全面的、 可以覆盖多种岩石(质地和矿物成分)的详细 mi 取值 方法，见表 1。
• 1946 •
岩石力学与工程学报
2013准则研究进展
H-B 强度准则是由 E. Hoek 和 E. T. Brown[2-3]
1980 年 E. Hoek 和 E. T. Brown 通过对几百组岩 石三轴试验资料和大量现场岩体试验成果的统计分 析，结合岩石性状方面的理论研究成果和实践检验， 提出了迄今为止应用最为广泛、影响最大的岩石强 度准则——Hoek-Brown(H-B)强度准则。多年来， 经过大量研究人员的不断发展和完善，形成了较为 完整的体系。H-B 强度准则可以应用于岩石和岩体， 参数可通过常规室内试验、矿物组成和不连续面描 述获取。H-B 强度准则可以反映岩石和岩体固有的 非线性破坏特点，以及结构面、应力状态对强度的 影响，能够解释低应力区、拉应力区和最小主应力 对强度的影响，并可适用于各向异性岩体的描述等。 传统的 H-B 强度准则有很多优点，但也存在一些不 足，如：不能考虑中间主应力的影响、难以准确确 定准则中的参数、对各向异性明显的节理岩石适用 性差等。为解决这些问题，近 30 a 来广大研究者， 尤其是中国学者倾注了极大的精力，并取得了显著 成果[1]。 本文系统阐述了 H-B 强度准则研究进展， 主要 包括 3 个方面：(1) E. Hoek 和 E. T. Brown 多年对 H-B 强度准则的研究成果和后续研究者提出的三维 H-B 强度准则；(2) H-B 强度准则的参数研究，包括 岩石参数的试验取值和岩体参数获取方法、参数的 可靠度和微观分析等方面； (3) 考虑层状节理的 H-B 强度准则及其参数的各向异性改进。 H-B 强度准则已广泛地应用于大型边坡、长大 隧洞、复杂地质条件的地基基础、水电大坝、能源 开采等几乎覆盖国计民生的各个方面。本文进一步 对 H-B 强度准则在工程方面的应用研究进行较全 面、系统地综述。通过对大量工程应用研究成果的 总结分析，凝练出工程应用的主线，将其划分为 3 个部分：(1) 基于 H-B 强度准则的极限分析；(2) 基 于 H-B 强度准则的圆形隧洞弹脆塑性解析；(3) 基 于 H-B 强度准则本构模型和数值应用研究。 最后对笔者关于 H-B 强度准则的最新研究工作 进行了介绍；提出了一个真正意义上的广义三维 H-B 强度准则，并采用 3 种 Lode 角函数进行了屈 服面修正，使其可以直接应用于后续本构模型的建 立和数值软件嵌入；采用三维颗粒流模型进行微观 数值建模， 对 H-B 强度准则岩石和岩体参数开展微 观研究并建立多尺度联系，为参数的确定提供更加 可靠的依据。
基于hoek-brown准则的岩体力学参数取值
一、概述岩体力学参数是描述岩石力学性质的重要参数，对于岩体工程稳定性分析和设计具有重要意义。
在确定岩体力学参数时，常常会采用hoek-brown 准则来进行分析和计算。
hoek-brown 准则是一种经验性准则，广泛应用于岩石力学领域，其理论基础稳固可靠，因此在实际工程中得到了广泛的应用。
二、hoek-brown准则hoek-brown 准则是由英国学者hoek 和 brown 提出的一种用于确定岩体力学参数的理论模型。
该准则主要包括两个方面的内容，即岩石的强度和岩石的变形性质。
hoek-brown 准则在岩石力学参数的确定中起着至关重要的作用，它不仅具有一定的理论基础，而且在实际应用中取得了较好的效果。
三、岩体力学参数确定岩体力学参数是进行岩体工程稳定性分析和设计的基础工作。
常见的岩体力学参数包括岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度和抗拉强度等。
这些参数是描述岩石力学性质的重要指标，对于岩体工程的稳定性和安全性具有重要的影响。
四、hoek-brown准则在岩体力学参数取值中的应用hoek-brown 准则在岩体力学参数的确定中广泛应用，其具体应用步骤如下：1. 收集岩体样本数据。
首先需要收集岩体样本数据，包括岩石的物理性质、力学性质和变形性质等。
2. 进行实验测试。
在收集岩体样本数据的基础上，需要进行实验测试，对岩石的力学性质进行全面的测试和分析。
3. 应用hoek-brown 准则进行拟合分析。
在进行实验测试后，可以将得到的数据应用到hoek-brown 准则中进行拟合分析，进而确定岩体的力学参数。
五、影响岩体力学参数取值的因素在确定岩体力学参数时，会受到多种因素的影响。
主要的影响因素包括岩石的岩性、地质构造、应力状态、温度和湿度等。
这些因素对岩体力学参数的取值都会产生一定的影响，因此在确定岩体力学参数时需要进行全面的考虑和分析。
六、确定岩体力学参数的意义确定岩体力学参数的意义主要体现在以下几个方面：1. 对于岩体工程稳定性分析和设计具有重要意义。
hoek-brown强度准则的参数取值研究及其工程应用_概述及解释说明
hoek-brown强度准则的参数取值研究及其工程应用概述及解释说明1. 引言1.1 概述引言部分旨在对hoek-brown强度准则的参数取值研究及其工程应用进行概括性说明。
本文将探讨hoek-brown强度准则及其参数背后的原理，并重点研究各个参数取值对工程结果的影响因素。
此外，我们还将介绍hoek-brown强度准则在岩石力学分析中的应用案例，并提供一些可供参考的参数取值研究方法和实验设计原理。
1.2 文章结构本文将按照以下结构展开讨论：第二部分将介绍hoek-brown强度准则的基本原理和含义，以便读者了解这一准则在岩石力学中的应用背景；第三部分将讨论hoek-brown强度准则在工程应用中的意义和价值，并通过案例介绍详细说明该准则的具体应用；第四部分将阐述hoek-brown强度准则参数取值研究方法与实验设计原理，帮助读者了解如何确定合适的参数取值；最后一节将总结本文内容并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文旨在通过对hoek-brown强度准则的参数取值研究及其工程应用的深入探讨，提供读者对该准则的全面了解。
我们希望读者能够理解hoek-brown强度准则原理及参数含义，以及它在实际工程中的应用案例。
此外，本文还将介绍一些研究方法和实验设计原理，帮助读者进行相关研究，并对未来可能的发展方向进行展望。
通过这篇文章，读者将获得关于hoek-brown强度准则的参数取值研究及其工程应用方面的基础知识和参考信息。
2. hoek-brown强度准则的参数取值研究2.1 hoek-brown强度准则简介与原理解析hoek-brown强度准则是一种常用的岩石力学分析方法，旨在描述和预测岩石的破坏行为。
该准则建立在岩石强度与保存率之间的关系上，并考虑了地应力、岩性特征以及其他相关因素对岩石强度的影响。
hoek-brown强度准则基于Mohr-Coulomb准则，但加入了对岩石具有韧性以及塑性变形能力的考虑。
水力发电系统围岩工 程地质分级 hc 法
水力发电系统围岩工程地质分级 hc 法水力发电系统围岩工程地质分级（HC法）为了确保水力发电系统的安全运行和有效利用水能资源，对于围岩工程地质的评估和分级显得尤为重要。
HC法（Hoek-Brown准则）是目前国际上广泛应用的一种围岩工程地质分级方法，本文将介绍HC法的基本原理和应用，并提出指导意义。
HC法基于Hoek-Brown准则，是一种以岩石本构模型为基础的围岩工程地质分级方法，其核心理念是根据围岩的强度和变形性质，将其分为不同等级，以指导围岩的开挖和支护设计。
首先，我们需要了解Hoek-Brown准则的基本原理。
该准则基于围岩的摩尔－库仑强度理论和岩石韧性概念，通过确定岩石的Hoek-Brown强度参数（mi和σci）来描述围岩的力学行为。
mi表示围岩的岩石韧性，σci表示围岩的Hoek-Brown强度。
根据HC法，我们可以将围岩分为不同的等级。
一般而言，围岩分为四个等级：1. 优良围岩：围岩很结实，能够承受较大的拉力和剪切力，不易变形，适合直接开挖。
2. 良好围岩：围岩较结实，能够承受一定的拉力和剪切力，有些微变形，适合适当支护。
3. 一般围岩：围岩较软弱，易受拉力和剪切力的作用，有较大变形，需要强力支护和加固。
4. 差劣围岩：围岩极为软弱，无法承受拉力和剪切力，变形严重，需要采取特殊的处理措施。
在实际应用中，我们可以通过对围岩强度参数的测定和力学参数的计算，结合工程地质勘察和水力特性等相关数据，来评估围岩的质量和分级。
HC法在水力发电系统围岩工程地质分级中具有重要的指导意义。
首先，通过分级，可以合理划分围岩的稳定性，指导设计人员在开挖和支护过程中合理选择和设计工程方案。
其次，对于围岩等级较低的区域，可以采取相应的加固措施，提高围岩的稳定性，从而确保水力发电系统的安全运行。
综上所述，HC法是一种生动、全面、有指导意义的围岩工程地质分级方法。
在水力发电系统工程中的应用，能够提供准确的围岩质量评估和针对性的工程设计，为水力发电系统的建设和运行提供了重要的支持。
Hoek-Brown屈服准则及其在边坡工程中_OK
1
3
c (mb
3 1
s)
mb
mi
exp
GSI 100 2814D
(3)
s exp GSI 100
1 1 (eGSI /15 e20/3 )
9 3D
26
新增修正变量D值的范围为0～1,取决于外界因素对原位岩
σtm
/MPa
σcm Em
/MPa /MPa
2.75 1.51 48.98 -0.312 7.42 11334.9
13
• 由上述结果可以看出,利用最新Hoekk-Brown岩体强度参数估算方法计算得出的岩 体强度参数十分合理。这在利用这些参数进行高边坡稳定性分析和洞室群稳定性 分析中也得到了充分的验证,根据经验也可以看出以上岩体参数是非常合理的。
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结论
• 通过以上论述可以看出最新Hoek-Brown准则及岩体 强度参数估算方法基本上解决了现场工程岩体强度 估算的问题,应用前景良好,使用方便。而且通过工程 应用表明,利用该方法得出的岩体参数十分合理,可以 有效地应用于工程岩体数值计算和模拟。
• 该方法需要的基础数据少,可以有效地利用现场工程 地质调查数据来对岩体强度参数做出估算,从而节约 了大量的现场模拟试验和室内试验,且不会降低工程 所要求的精度。因此建议有条件的工程单位将该方 法与室内、现场试验结合,广泛开展应用研究,从而实 现降低成本,提高工程岩体力学计算精度的目的。
体的扰动程度,如爆破、岩体开挖、岩体卸荷等行为。
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• 目前市面上大多数岩土工程软件都是依据MohrCoulomb破坏准则编写的,而在Mohr-Coulomb准则中,
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（ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａＧ ｕ ｉ ｙ ａ ｎ ｇＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＣ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎＬ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ，Ｇ ｕ ｉ ｙ ａ ｎ ｇ ５ ５ ０ ０ ８ １ ） ①Ｐ （ ｈ ｉ ｎ ａＬ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ，Ｗ ｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ２ ０ ５ ） ②Ｉ
０ 引 言
岩体力学参数取值是伴随学科发展和工程实践 长期存在的热点问题， 根本原因是岩体力学特性的 复杂性及其导致的参数取值变化性。既往研究和实 ９ ８ ２ ；孙广忠 等，１ ９ ８ ５ ；蔡 美 践表明 （ 林伟平等，１ 峰，２ ０ ０ ２ ；朱焕春等， ２ ０ ０ ５ ；傅华等， ２ ０ １ ４ ） ， 岩体力 学特性不仅取决于其物质组成和结构特征等物理条 件， 而且还与岩体赋存环境（ 如地应力状态或围压 条件等） 密切相关， 这意味着相同岩性组成和质量 等级的岩体， 其力学特性和参数取值可以出现变化。 受大地构造、 地形地貌等条件的影响， 我国水电行业 中东部地区和西部工程场址区地应力场条件差别很 大， 这意味着同样的岩体， 在中东部工程实践获得的 经验和认识应用于西部工程实践时， 可能存在偏差。 现实中西部深山峡谷水电工程实践中陆续出现一些 “ 新” 问题， 其内在原因之一是现实中岩体力学特性 随赋存环境的变化， 工程实践依赖的经验和认识没 有很好地适应新的条件。 概括地讲， 除了岩性、 完整性的影响以外， 西部 水电工程岩体力学特性、 尤其是和中东部地区相比 的变化性主要受地应力条件的影响， 具体表现在 ３ 个方面： 即岩体力学特性的围压效应、 破损效应、 和 峰后非线性特性。其中的围压效应表现在不同方 面， 影响之一是传统莫尔 － 库仑强度参数 ｃ 和ｆ 不再 是常量， 其取值大小受围压水平影响， 这使得中东部 工程实践经验总结获得的参数取值结果直接应用到 西部高应力环境时出现偏差。破损效应的现实表现 是西部地应力条件、 尤其是初始最大和最小地应力 比值的增大， 使得一些完整硬质脆性岩体条件下地 下洞 室 围 岩 出 现 破 损 “ 松 弛 ”现 象 （ 李 术 才 等， ２ ０ ０ ８ ；张春生等，２ ０ １ ３ ） ， 如锦屏一级地下厂房下游 拱肩、 小湾电站坝基开挖过程的“ 松弛” 现象等， 给 支护设计和施工造成很大困扰。峰后非线性特征指 岩体开挖以后应力集中部位的二次应力水平达到岩 体峰值强度而进入屈服状态， 导致完整岩体的破坏， 其中以锦屏二级深埋隧洞的岩爆最典型， 白鹤滩等 水电站地下工程实践中也出现了这些“ 新” 问题。 可见， 西部水电工程实践中出现的新问题很大
Ｈ ｏ ｅ ｋ —Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ强度参数取值及水电工程应用方法对比研究
郭维祥 ① 郑克勋 ① 胡 政 ① 李 梦 ② 朱永生 ② 郭福钟 ②
（ ５ ０ ０ ８ １ ） ①中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵阳 ５ （ 武汉） 咨询有限公司 武汉 ４ ３ ０ ２ ０ ５ ） ②依泰斯卡（ 摘 要 岩体强度和地应力之间的矛盾导致的应力型破坏在我国西部水电开发过程中比较普遍地出现， 岩体强度参数取值 因此成为西部水电工程实践中重要的环节之一， 直接影响着工程问题的解决方案。针对我国水电行业岩体取值方法所考察 ｏ ｅ ｋ —Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 方法的差异， 本文在论述岩性、 围压条件、 岩块破损对岩体强度参数取值影响的基础上， 重点讨论了水电 因素与 Ｈ 经验取值方法与 Ｈ ｏ ｅ ｋ Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 经验取值方法的差异及其在西部复杂条件下的适用性。结论如下：（ １ ） 岩性、 围压水平和破损特 性对强度参数的影响不容忽视；（ ２ ） 水电经验取值方法适用于低围压条件， 在西部水电工程中适用性相对较差；（ ３ ） Ｈ ｏ ｅ ｋ 经验取值方法同时考虑了岩石材质、 围压效应和破损效应的影响， 既能实现中东部地区水电工程岩体力学参数取值经 Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 验的延续， 也适用于西部水电工程的高应力环境和复杂地质环境。 关键词 强度参数 Ｈ ｏ ｅ ｋ —Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 方法 水电经验方法 岩性 围压效应 破损特性 中图分类号： Ｐ ６ ４ ２ ． ３ 文献标识码： Ａ
－ － － － 收稿日期：２ ０ １ ６ ０ １ １ ５ ；收到修改稿日期：２ ０ １ ６ １ ０ １ ４ ． － － 基金项目：中国水电工程顾问集团公司科技项目（ Ｇ Ｗ－ Ｋ Ｊ ２ ０ １ ３ ０ ８ ） 资助． － 第一作者简介：郭维祥（ １ ９ ６ ８ ） ， 男， 硕士， 教授级高级工程师， 从事水利水电工程地质勘察及研究工作． Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：９ １ ４ ４ ７ ８ ６ １ ２ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ
Ｃ Ｏ ＭＰ Ａ Ｒ Ａ Ｔ Ｉ Ｖ ＥＳ Ｔ Ｕ Ｄ ＹＯ ＮＴ ＷＯＭＥ Ｔ Ｈ Ｏ Ｄ ＳＯ ＦＲ Ｏ Ｃ ＫＭＡ Ｓ ＳＳ Ｔ Ｒ Ｅ Ｎ Ｇ Ｔ Ｈ Ｐ Ａ Ｒ Ａ ＭＥ Ｔ Ｅ Ｒ ＳＦ Ｏ ＲＡ Ｐ Ｐ Ｌ Ｉ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ ＮＩ ＮＨ Ｙ Ｄ Ｒ Ｏ Ｐ Ｏ ＷＥ ＲＥ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ Ｇ
－ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 １ ０ ０ ４ ９ ６ ６ ５ ／ ２ ０ １ ７ ／ ２ ５ （ １ ） ０ １ ７ １ ０ ９ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ４ ４ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｊ ｅ ｇ ． ２ ０ １ ７ ． ０ １ ． ０ ２ ３
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Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＧ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 工程地质学报 ２ ０ １ ７
ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｃ ｏ ｍ ｐ ｌ ｅ ｘｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈｈ ｉ ｇ ｈｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｕｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈｔ ｈ ｅａ ｒ ｅ ａｏ ｆ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，Ｈ ｏ ｅ ｋ —Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｅ ｍ ｐ ｉ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，Ｌ ｉ ｔ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ，Ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ 程度上是地应力环境变化对岩体特性的影响， 简单
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