胡克布朗

2.2 基于Hoek -Brown 准则的大断面硐室底鼓变形影响因素分析 2.2.1 Hoek -Brown 经验强度准则

Hoek -Brown(H -B)强度准则是于1980年由E.Hoek 和E.T.Brown 提出的迄今为止应用最为广泛、影响最大的岩石强度准则。他们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，并结合岩石性状方面的理论研究成果和实践检验提出了H -B 岩石强度准则【Hoek -Brown 强度准则研究进展与应用综述1946】。

利用数值模拟研究岩土工程领域越来越受人们重视，但经常遇到的问题是不能准确地确定岩体强度参数来进行数值模拟。本文利用Hoek -Brown 经验强度准则既考虑岩块力学特性，又以定量的方式将岩体的地质特征体现在岩体变形及强度参数中，为定量而准确的进行各种理论和数值分析提供了重要帮助【桃树亚软弱围岩隧道底鼓机理分析54】。

H -B 强度准则反应了岩石破坏时，其极限主应力间的非线性经验关系。表达式为：

0.5

3131c i c m σσσσσ⎛⎫

=++ ⎪⎝⎭

式中：1σ，3σ-最大、最小压应力（MPa ）；c σ-岩石单轴抗压强度（MPa ）；i m -反应岩石的软硬强度，为岩石量纲一的经验参数，范围为0.001~25.0。E.Hoek 等结合大量实验室数据及工程经验提出了比较全面且覆盖多种岩石的详细i m 取值方法。如下表：【Hoek -Brown 强度准则研究进展与应用综述1946】

粗糙的中等的精细的非常精细的粉砂岩粘土岩4±2（7±2）页岩（6±2）硬砂岩泥灰岩（7±2）

（18±3）

碳酸盐结晶灰岩（12±3）粉晶灰岩（10±2）

微晶灰岩（9±2）白云石（9±3）蒸发盐石膏（8±2）

硬石膏（12±2）

有机物

白垩（7±2）角质岩（19±4）变质砂岩（19±3）混合岩（29±3）

闪岩（26±6）片麻岩（28±5）片岩（12±3）

千枚岩（7±3）

板岩（7±4）

花岗岩（32±3）

变质砂岩（19±3）

辉长岩（27±3）

苏长岩（20±5）

斑岩（20±5）辉绿岩（15±5）橄榄岩（25±5）

流纹岩（25±5）英安岩（25±3）

安山岩（25±5）玄武岩（25±5）

火山碎屑集块岩（19±3）角砾岩（19±5）凝灰岩（13±5）

石英岩（20±3）岩石类型

分类

小类

不同质地岩石及其m i 值

砾岩（21±3）角砾岩（21±3）

砂岩（17±4）

变质岩

大理岩9±3非片理化

轻微片理化片理化

黑曜岩（19±3）

火成岩

深成类

浅色

石英岩（20±3）

深色粗粒玄武岩（20±3）

半深成类火山岩熔岩沉积岩

碎屑

非碎屑

广义H -B 岩体强度准则：1992年，E -Hoek 等改进了H -B 强度准则使其同时适用于岩石

和岩体。为适应实际意义的工程岩体(特别是在低应力条件下的岩体)，广义H -B 岩体强度准则在原H -B 准则的基础上引入参数s ，a 。表达式为：【Hoek -Brown 强度准则研究进展与应用综述1947】

式中：m b ,a -针对不同岩体的量纲一的经验参数;s -岩体破碎程度（取值范围：0.0~1.0）

在结合了岩体评分系统（RMR ）的基础上，E.Hoek 和E.T.Brown 提出了岩体参数m b ，s ，a 取值方法：

（1）扰动岩体：

100

exp(

)14100

exp()

6

0.5b i

RMR m m RMR s a -=-==

（

2） 未扰动岩体：

100

exp(

)28100

exp()

9

0.5b i

RMR m m RMR s a -=-== 上述方法仅适用于某些特定的非连续面且假定岩体完全干燥，适用于RMR>25.0的岩体，不适用于非常破碎的岩体。为更广泛的适用于工程地质软岩，E.Hoek 等基于地质强度指标（GSI ）提出了岩体参数m b ，s ，a 的取值：

（1）当GSI>25.0时：

100

exp(

)28100

exp()

9

0.5b i

GSI m m GSI s a -=-== （2）当GSI<25.0时：

100

exp(

)28100

exp()

9

0.5b i

GSI m m GSI s a -=-== 考虑到爆破影响和应力释放的扰动，E.Hoek 等引入了扰动参数D （D 取值范围0.0~1.0），提出了基于GSI 参数m b ，s ，a 的取值：

100

exp(

)2814100

exp()931

0.5[exp(/15)exp(20/3)]

6b i

GSI m m D GSI s D a GSI -=--=-=+---

H-B强度准则的适用条件：2.2.2 GSI评分与底鼓的关系