对Hoek—Brown强度准则的改进及工程应用

阐述了岩体力学参数研究的工程意义,介绍了 Hoek 等人对 Hoek-Brown 强度准则的改进公式,基于完整性系数Kv,提出了Hoek-Brown 强度准则的改进公式.以瓮福磷矿岩体力学参数研究为例,分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,本文提出的改进公式确定的岩体力学参数与实际情况更为接近,通过对比,进一步说明了本文提出的改进公式的合理性.     

节理岩体数值模拟及力学参数确定

采用FLAC3D程序和离散裂隙网络技术构建的遍布节理岩体模型能同时考虑节理岩体中节理和岩体的作用,具有概念清晰、建模快捷、计算效率高等特点.首先对现场结构面测绘数据进行统计分析,获得其概率分布特征参数,在此基础上分两尺度考虑节理并确定其离散裂隙网络模型;其次基于离散裂隙网络模型构建相应的节理岩体模型,研究其强度特征并获取工程岩体单轴抗压强度;结合Hoek-Brown、Mohr-Coulomb准则及最大围压拟合综合确定节理岩体力学参数;最后将拟合所得参数用于边坡稳定性分析,分别运用强度折减法和极限平衡法计算两种模型的安全系数,对比发现计算结果基本一致,表明所提出的研究思路用于确定节理岩体参数是可行的.      

基于Hoek-Brown准则的Morgenstern-Price法在边坡稳定性分析中的应用

针对目前边坡稳定性计算中破坏准则均为Mohr-Coulomb破坏准则的情况,根据相关准则和原理,推导了基于Hoek-Brown准则的Morgenstern-Price法计算公式.该法克服了一般岩体边坡稳定分析中岩体强度参数纯经验取值的缺点,使计算更为精确、合理.采用具体算例进行对比,探讨了不同准则下边坡稳定性计算的差异原因,并运用基于Hoek--Brown准则的Morgenstern-Price法对安家岭露天矿北端帮滑坡进行了分析.     

索矿露天边坡最终边坡角优化与破坏特征分析

露天边坡角优化的前提是保证边坡的稳定,以新疆索矿极坚硬岩石边坡为例,利用Hoek-Brown准则将室内岩石力学参数折减成岩体参数,借助FLAC3D软件,采用强度折减理论对极坚硬岩质最终边坡角进行优化研究。研究结果表明:最终边坡角由原设计的60°提高至65°,极坚硬岩质边坡破坏类型属于平面滑动破坏,坡体以剪切破坏为主,坡脚的剪应变增量最大,剪应变增量区域从坡脚贯通到坡顶;坡脚的位移量最大,其位移方向水平向左、向上,坡顶位移向下。     

强度折减有限元在堤防稳定分析中的应用研究

采用强度折减有限元法,研究非均值堤防塑性区的开展特征和失稳破坏过程,并根据堤防应力场分布和临界滑动面的形成来分析堤岸整体失稳破坏的机理.结果表明:把强度折减有限元应用到非均质土层的堤防边坡稳定分析,在理论上、数值模拟实现上都是可行的;有限元静力平衡和位移计算不收敛作为堤防边坡整体失稳的标志,同时考察滑移面上某些特征点的位移与荷载增量的关系、参考土体内坡脚向坡顶上方贯通的塑性滑动带的形成,可以准确判别堤防边坡失稳破坏状态;此外,堤防失稳时的应力场分布特征表明,有必要应用张拉-剪切复合屈服准则,以真实反映堤防边坡的临界滑动面形成机理.     

基于PFC2D马鞍山铁矿2号露天采场边坡稳定性分析

基于颗粒流离散元理论,利用fish语言编写强度折减系数的函数对边坡稳定性进行研究。通过研究宏微观参数之间的关系,参照传统的强度折减法,对颗粒的平行连接强度和摩擦因数进行折减。在有明显位移时,以累计位移作为边坡失稳的判断标准;无明显位移时,以不平衡力与接触力之间的比率作为计算结束标准。结合马鞍山铁矿2号露天采场具体情况,分别采用PFC2D软件和bishop法计算了其安全系数,其结果分别是3.874和5.564,并对2种方法产生差异的原因进行了分析,可为PFC2D中实现强度折减法的改进提供参考。     

露天矿边坡强度折减法改进研究

以某露天矿边坡为工程背景,基于统一强度理论,通过对两个本构参数b和α的调试和反演,实现对不同强度准则的逼近,构建适合实际工况的自定义本构模型,并编制改进的强度折减法则,通过对相关强度参数进行折减求解边坡安全系数.与基于Mohr-Coulomb强度准则的传统强度折减法相比,它克服了由于Mohr-Coulomb强度准则未考虑中间主应力等造成计算结果偏于保守的缺陷,得到的边坡安全系数更贴近实际工况.      

岩体抗剪强度参数对边坡安全系数的敏感性分析

云南某露天边坡岩体主要以大理岩化灰岩为主,边坡岩体整体呈中风化,随着后续开采,边坡的安全问题将制约矿山的发展。黏聚力(c)和内摩擦角(φ)是影响边坡工程和地下工程稳定性的主要因素,研究通过多种方法获得岩体力学参数,对比了由Hoek-Brown强度准则和岩体直剪试验得出的岩体参数,使用敏感性分析理论分析了内摩擦角和黏聚力对某露天矿岩质边坡的安全系数的影响。结果表明,Hoek-Brown强度准则得出的岩体抗剪强度参数比较可靠;在黏聚力和内摩擦角取值较小时,对安全系数的敏感性差异不明显,当二者取值较大时,以2%参数变化率为临界点,内摩擦角对岩质边坡的稳定性更显著。     

FLAC-3D视域下的强度折减法矿山边坡稳定性研究

矿山边坡稳定性对工程质量安全有着决定性影响,施工单位为提升边坡稳定性不断致力于各种技术的研究与运用,旨在提升边坡稳定性,在降低施工成本的同时,提高工程施工质量。本文将基于FLAC-3D视域,探究稳定边坡施工中强度折减法的应用措施,首先简要概述强度折减法在边坡稳定施工中的应用原理,了解FLAC-3D对边坡稳定性作出判断的依据,并基于FLAC-3D视域分析强度折减法内嵌方式。其次完成力学参数计算。     

强度折减法在某尾矿坝边坡稳定性分析中的应用

利用有限元强度折减法对某尾矿坝的边坡稳定性进行了计算,同时利用简化毕肖普法和瑞典圆弧法对该坝体的边坡稳定性进行了计算。通过对比分析,有限元强度折减法的计算值与考虑条块间作用力的简化毕肖普法的计算值基本一致,证明基于有限元理论的强度折减法的计算结果是合理的,其安全系数值可以作为该尾矿工程定量判断的依据。     

Three-Dimensional Hoek-Brown Strength Criterion for Rocks

A great number of rock strength criteria have been proposed over the past decades. Of these different strength criteria, the Hoek-Brown strength criterion has been used most widely, because: (1) it has been developed specifically for rock materials and rock masses; (2) its input parameters can be determined from routine unconfined compression tests, mineralogical examination, and discontinuity characterization; and (3) it has been applied for over 20?years by practitioners in rock engineering, and has been applied successfully to a wide range of intact and fractured rock types. The Hoek-Brown strength criterion, however, does not take account of the influence of the intermediate principal stress, although much evidence has been accumulating to indicate that the intermediate principal stress does influence the rock strength in many instances. In this paper, a three-dimensional (3D) version of the Hoek-Brown strength criterion has been proposed. The original Hoek-Brown strength criterion is just a two-dimensional (2D) version of the proposed 3D strength criterion. The 3D strength criterion not only inherits the advantages of the original Hoek-Brown strength criterion, but can take account of the influence of the intermediate principal stress. Polyaxial or true triaxial compression test data of intact rocks and jointed rock masses has been collected from the published literature and used to validate the proposed 3D Hoek-Brown strength criterion. Predictions of the proposed 3D Hoek-Brown strength criterion are in good agreement with the test data for a range of different rock types. The proposed 3D Hoek-Brown strength criterion is also compared with a simplified 3D Hoek-Brown strength criterion proposed by Pan and Hudson. The Pan-Hudson criterion cannot be considered a true 3D version of the Hoek-Brown criterion, because it does not reduce to the form of the original Hoek-Brown criterion at either triaxial or biaxial state. The Pan-Hudson criterion underpredicts the strength at the triaxial state, but overpredicts the strength at the biaxial state.     

隧道初支合理支护时机确定方法及其工程应用

将岩体破坏接近度指标(FAI)引入隧道支护设计，明确了围岩临界支护时机判别准则。基于有限差分数值计算程序，合理考虑岩体峰后应变软化特性，建立了一种隧道最优支护时机确定方法。通过算例分析，定量探讨了表征支护时机的重要参数，从工程角度阐释了支护时机的本质意义。结果表明:岩体地质强度指标GSI由75减小至25时，支护时机提前8.32 m；岩石材料常数m_i由20减小至10时，支护时机提前5.85 m；岩石单轴抗压强度σ_ci由80 MPa减小至40 MPa时，支护时机提前3.74 m；工程扰动参数D由0增加至0.8时，支护时机提前7.44 m。将建立方法在玉渡山隧道工程中进行应用，计算出研究区段的支护时机为3.3 m，经现场监测表明该方法有效、可行。该研究成果可为隧道支护体系的量化设计提供参考。      

不同应力路径下岩石细观力学性能离散元研究

岩体工程中的应力状态对围岩的稳定性具有重要影响。为研究地下巷道中岩体应力状态对围岩稳定性的影响规律,基于离散元理论,对地下巷道开挖过程的应力状态进行分析,开展了围压卸载—轴压增加、围压卸载—轴压不变和围压卸载—轴压减少3种不同卸载路径下的三轴压缩数值模拟试验,并与常规三轴压缩试验进行对比,分析了不同应力路径下的岩石宏观强度特征及细观损伤过程差异性。结果表明：强度准则和应力张量状态不受卸载路径的影响,但不同应力路径下岩体的损伤过程不同,围压卸载—轴压不变应力路径下的微观裂纹发育最密集,而围压卸载—轴压增加应力路径下的裂纹丛集速度最快。研究结果可为地下巷道开挖过程中的围岩应力卸载破坏分析提供参考。     

一种块体–颗粒–杆件的耦合方法及其在隧道支护模拟中的应用

为了模拟隧道开挖过程中边帮的失稳垮塌过程以及锚杆对隧道的支护过程,提出了一种基于罚弹簧的块体–颗粒–杆件的耦合方法.该耦合方法基于连续–非连续的数值模拟方法(CDEM),采用离散颗粒簇表征隧道周边松动圈以内的破碎岩体,采用块体单元表征松动圈以外的完整岩体,采用杆件单元描述锚杆及锚索等杆系类支护结构,采用插值耦合的方式实现杆件单元与离散颗粒及块体单元间力与位移的传递,从而实现高应力环境下隧道开挖失稳过程的模拟及支护效果的评价.颗粒与块体之间采用1根法向线性弹簧及2根切向线性弹簧进行耦合,法向弹簧引入拉伸断裂本构,切向弹簧引入Mohr–Coulomb脆性断裂本构.杆件与颗粒及杆件与块体之间的耦合模式基本一致,包含1根沿着杆件轴向的罚弹簧S_gn及1根垂直于杆件轴向的罚弹簧S_gs,S_gn主要用于描述杆件与围岩之间的拉拔效应及推压效应,S_gs则主要用于描述杆件与围岩之间的侧向挤压效应.圆形盾构隧道弹性场分析、预应力锚杆加固矩形巷道模拟、全长连接锚杆对岩块的锚固作用分析、以及碎裂岩体中的隧道开挖支护效果分析等案...     

基于三维激光扫描点云数据的地下巷道岩体结构面识别及稳定性分析

巷道围岩中发育的结构面对巷道稳定性有很大的影响,开展地下巷道的工程地质调查,精确获取地下巷道围岩结构面信息是巷道稳定性分析的关键。以云南大红山铁矿775 m 中段运输巷道为研究对象,采用三维激光扫描仪获取围岩结构面点云数据,并利用点云数据处理软件进行误差处理、坐标校正、结构面数据提取、点云拼接和过滤抽稀等内业数据处理工作,基于处理结果开展了统计分析;利用离散元软件3DEC建立了离散结构网络模型与地下巷道合成岩体模型,并对该巷道在自重及爆破振动作用下的失稳概率进行了数值模拟。结果表明：三维激光扫描技术可较好地获取巷道围岩的结构面信息,结合离散块体单元计算软件对巷道岩石块体的稳定性进行进一步分析,所分析区域的围岩自稳能力较好,但在爆破振动影响下失稳概率大幅增加,研究结果可为巷道的支护设计提供理论指导。     

隧道浅埋暗挖法开挖方案的优化分析

采用岩土工程通用软件FLAC3D对隧道全断面法、两台阶法、三台阶法和CRD法等典型的浅埋暗挖施工方法进行二维数值模拟,分析了在不同开挖方法下施工对隧道围岩稳定的影响。文中选取了某一实际隧道工程为研究对象,通过对不同开挖方法的施工模拟计算,对比分析了各种方法的隧道围岩位移、应力分布以及塑性区大小的规律与特点。     

FLAC和神经网络在隧道位移反分析中的应用

应用三维有限差分程序FLAC^3D和BP神经网络对隧道位移进行分析,使用正交实验和FLAC^3D正演结果作为样本,用神经网络建立围岩位移与反演参数的映射关系．反演得出了围岩的弹性模量和初始地应力测压系数,并使用FLAC^3D正算验证反演参数的精度．结果表明：可搜索得出反演参数的最优解,实现在隧道围岩中的位移反分析．可将反演结果用于隧道的设计,反演精度满足工程要求．     

基于FLAC3D数值模拟的破碎岩体巷道支护方法研究

破碎岩体的巷道支护一直是困扰我国矿山生产建设的重大问题,破碎巷道支护巨大的返修量不仅使整个矿山生产陷入困境,而且造成每年数额巨大的经济损失,因此,巷道支护问题的研究就显得非常重要.本文结合杨山庄矿区扩大生产规模的要求,以破碎岩体这一不良工程岩体为研究对象,提出了适合破碎巷道的支护方法,并运用有限差分岩土工程分析软件FL...     

岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析

使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测,以获取岩石脆性剪切混合破坏模式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理,得到了试样三阶段特征强度随应力状态变化的规律,并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法,据此建立了Mohr-Coulomb、Griffith和Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力-应变试验数据进行脆剪混合强度分析,理论值与试验值具有良好的一致性.