(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T

2y 6/T

2b

地层分界。盐

塘组第六段(T

2y

6)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T

2b 地层中。白山组(T

2b

)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T

2b

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T

3

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。1

4.1.2 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。由于3#试验支洞优势三、四、五组所包含结构面数量较少，其统计特征不明显。

表4.1 结构面优势产状均值及范围列表

表4.2 结构面几何特征概率模型参数表

4.2 洞室围岩地质强度指标（GSI ）分类

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，它根据岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态和岩体中不连续面质量，综合各种地质信息进行估值。GSI 指标是基于岩体的岩性、结构类型和结构面条件等因素，通过对揭露的岩体进行肉眼观察评价，综合考虑两个基本因素，即岩体结构类型与结构面特征对工程岩体进行分类。

GSI 的量化指标包括岩体结构等级SR(Structure Ratings)和结构面表面特征等级SCR(Surface Condition Ratings)，通过表4.3确定岩体地质强度GSI 值[69-74]。

表4.3 GSI 分类量化表

结构面特征分级，SCR

3

69121518

100

100

75

5025

00

9080

7060

50

40

30

20

10

N/A N/A

N/A

N/A

岩体结构

整体状或巨块状-完整岩石或野外厚块状含有极少量很大间距结构面的岩体

块状-镶嵌很好的未扰动岩体，由三组相互正交的节理面切割而成的立方块体构成

碎裂镶嵌结构-块体相互咬合，部分扰动，由四组或四组以上节理切割形成的多棱面块体构成

碎裂/扰动/裂隙块状结构-由多组不连续面相互切割而成的棱状块体构成，并经过褶皱作用，层面或节理面连续

散体结构-块体咬合差，由极度破碎的棱状和浑圆状块体混合而成

板状/剪切带-临近软弱片理或剪切面，无明显块体

很好-非常粗糙，新鲜，微风化

好-粗糙，微风化，表面有铁斑

一般-光滑，弱风化，有蚀变现象

差-有镜面擦痕，强风化，表面覆盖有密实薄膜或棱状碎屑充填密实很差-有镜面擦痕，强风化，表面覆盖有粘土膜或粘土充填

结构面特征

裂隙岩体GSI 分类系统(Heok and

Marinos, 2000&H .Sonmez and R. Ulsay Modified in 1999)

岩体结构分级S R

岩体结构等级SR 值是利用体积节理数J V ，通过半对数图(见图4.5)进行取值。J V

是指单位体积岩体内所交切的节理总数，是国际岩石力学委员会（ISRM ）推荐用来定量评价岩体节理化程度和单位岩体块度的一个指标。

0.1

11010 10

23

020

40

60

80

100

岩体结构等级S R

整体状或巨厚

层状

块状

碎裂镶嵌结构碎裂结构散体结构薄层挤压剪

切带

岩体体积节理数J /条/m

V 3

SR=-54.44lg J +101.53 1≤J ≤60

r =99.22%

V V

图4.5 岩体结构等级取值半对数图

岩体结构等级取值

SR=-54.44lgJ V +101.53 (4-1) 体积节理数J V 可用下面的公式表

3

12121212y n x z V n n x y z N N N N N N n N J L L L S S S L L L L ⎛⎫

=++⋅⋅⋅+=++⋅⋅⋅+=⨯⨯≈ ⎪⎝⎭

(4-2)

式中，N 为沿某一测线的节理数；L 为测线的长度(m)；S 为某一组节理的间距(m)； n 为节理的组数；N x ，N y ，N z 分别为沿相互垂直方向测线上的节理数；L x ，L y ，L z 分别为沿相互垂直方向测线的长度。

结构面表面特征等级SCR 的取值主要考虑结构面的粗糙度R r (Roughness Ratings)、风化程度R w (Weathering Ratings)及充填物状况R f (Infilling Ratings)，并按下式取值：

SCR=R r +R w +R f (4-3) 式中，R r ，R w ，R f 的取值标准见表4.4。