岩体强度估算方法研究及应用_林达明(1)

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。

长安大学研究生初试岩体力学课后习题答案第一篇：长安大学研究生初试岩体力学课后习题答案一章：1.叙述岩体力学的定义.：岩体力学主要是研究岩体和岩体力学性能的一门学科，是探讨岩石和岩体在其周围物理环境发生变化后，做出响应的一门力学分支。

2.何谓岩石？何谓岩体？岩石与岩体有何不同之处？岩石：由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集而形成的自然物体。

（2）岩体一定工程范围内的自然地质体。

（3）不同之处：岩体是由岩石块和各种各样的结构的综合体。

3.何谓岩体结构？岩体结构的两大要素是什么？（1）岩体结构是指结构面的发育程度及其组合关系；或者是指结构体的规模、形态及其排列形式所表现的空间形态。

（2）结构体和结构面。

岩体结构的六大类型？块状、镶嵌、层状、碎裂、层状碎裂、松散结构。

4.岩体有哪些特征？（1）不连续；受结构面控制，岩块可看作连续。

（2）各向异性；结构面有一定的排列趋势，不同方向力学性质不同。

（3）不均匀性；岩体中的结构面方向、分布、密度及被结构面切割成的岩块的大小、形状和镶嵌情况等在各部位不同，各部位的力学性质不同。

（4）赋存地质因子特性（水、气、热、初应力）都会对岩体有一定作用。

二章：1.岩石物理力学性质有哪些？岩石的质量指标，水理性质指标，描述岩石风化能力指标，完整岩石的单轴抗压强度，抗拉强度，剪切强度，三向压缩强度和各种受力状态相对应的变形特性。

2.影响岩石强度特性的主要因素有哪些？对单轴抗压强度的影响因素有承压板、岩石试件尺寸及形状（形状、尺寸、高径比），加载速率、环境（含水率、温度）。

对三相压缩强度的影响因素：侧向压力、试件尺寸与加载速率、加载路径、空隙压力。

3.什么是岩石的应力应变全过程曲线？所谓应力应变全过程曲线是指在刚性实验机上进行实验所获得的包括岩石达到峰值应力之后的应力应变曲线。

4.简述岩石刚性实验机的工作原理？：压力机加压（贮存弹性应能）岩石试件达峰点强度（释放应变能）导致试件崩溃。

岩石强度指标的综合评价方法岩石强度是岩石力学性质的一个重要指标，对于岩石工程设计和工程施工具有重要影响。

因此，对岩石强度进行准确评价是非常必要的。

本文将介绍岩石强度的综合评价方法，包括常用的实验方法和计算方法。

一、实验方法1. 岩石抗压强度试验岩石抗压强度试验是评价岩石强度的常用实验方法之一。

该试验通过施加垂直于岩石表面的压力，测量岩石的抗压强度。

根据试验结果，可以评估岩石的整体强度。

2. 岩石剪切强度试验岩石剪切强度是岩石强度的重要指标之一。

通过施加平行于岩石表面的剪切力，在不同切割角度下测量岩石的抗剪强度。

该试验可以评估岩石在不同剪切方向上的强度差异。

3. 岩石抗拉强度试验岩石抗拉强度试验是评价岩石强度的另一种常用实验方法。

该试验通过施加沿岩石表面的拉力，测量岩石的抗拉强度。

根据试验结果，可以评估岩石的抗拉性能。

二、计算方法1. 岩石物理力学参数计算岩石物理力学参数是评价岩石强度的重要指标之一。

通过对岩石的物理性质进行测试和分析，可以计算出岩石的弹性模量、泊松比等力学参数，从而间接评估岩石的强度。

2. 岩石强度指标的综合计算岩石强度指标的综合计算是一种综合评价岩石强度的方法。

通过对岩石物理性质、力学参数和实验结果的综合分析，计算出综合强度指标，如岩石抗压强度指标、岩石剪切强度指标等。

综合计算方法可以综合考虑不同指标对岩石强度的影响，提高评价的准确性。

三、其他影响岩石强度的因素除了上述的实验方法和计算方法外，岩石强度的评价还需要考虑其他影响因素。

例如，岩石的结构和组成、风化程度、浸水程度以及构造应变等都会对岩石的强度产生影响。

因此，在评价岩石强度时，还需要综合考虑这些因素。

综合评价岩石强度的方法是一个复杂的过程，需要结合实验、计算以及其他因素的综合分析。

只有这样，才能准确评价岩石的强度，并为岩石工程设计和施工提供科学依据。

《岩体力学》课程中岩石强度理论的教学方法探讨收稿日期：2018-03-24基金项目：中国矿业大学“十三五”品牌专业建设项目作者简介：朱术云（1975-），男，安徽灵璧人，博士，中国矿业大学资源与地球科学学院，教授，研究方向：矿山工程地质与水文地质方面的教研工作。

《岩体力学》这门课程是我国高校土木、地质和采矿工程等专业极为重要的专业基础理论课程，是工程地质学、土木工程学、采矿学和力学相互交融而形成的一门应用性基础学科，与人类经济建设的发展关系密切，众多学者对该课程如何教学进行了较深入探讨[1-3]。

一、岩石强度理论概述《岩体力学》课程是我校地质工程专业岩土工程勘察方向本科生在大学三年级开设的一门专业选修课，课程总学时为40，其中，36学时为课堂理论教学，4学时为岩石力学基本实验教学。

1.拉张性破坏强度理论。

拉张性破坏强度理论也称最大正应变理论，该理论是基于广义胡克定律基础上，采用最大正（线）应变理论来描述岩石拉张破坏强度和破坏准则的理论，该理论表述了应变控制下的拉张破坏是侧向应变超过了极限应变所致，认为控制岩石破坏的主导因素是抗拉强度，当岩石受力所产生的拉张应变εd 超过其极限应变εdm 时，岩石即发生破坏。

由于最大正应变强度理论是基于广义虎克定律提出的，岩石在弹性条件下拉张破坏才适用该强度准则。

因此，最大正应变强度理论适于进行无围压或低围压状态脆性破坏的坚硬岩的强度条件或破坏判别。

2.最大剪切应力强度理论。

最大剪切应力理论描述岩石剪切破坏的强度条件和破坏准则。

其理论表述为当岩石中某一平面上的剪切应力超过该面的极限抗剪强度时，岩石即发生破坏。

该面的极限抗剪强度是该面法向应力的函数：τm =f （σn ）。

主要包括库仑强度准则、库仑—纳维尔强度准则和库仑—莫尔强度准则（即莫尔强度准则）这三个准则，教学要求弄清楚这三个准则的关联性和区别。

3.剪张强度理论。

该理论主要是指格里菲斯强度准则，表述为对于岩石内部发育有裂纹情况下受复杂应力作用，裂纹端部会形成应力集中，当这些裂纹端部所受拉应力超过其抗拉强度值时，原有裂纹就会继续扩展，其扩展方向主要受最大主应力方向控制，导致岩石发生脆性拉伸破坏。

岩石强度与岩层稳定性评估方法研究与应用一、引言岩石强度与岩层稳定性评估是岩土工程领域的重要研究内容之一。

岩石强度是指岩石抵抗外力作用的能力，而岩层稳定性评估则是衡量岩层在地下工程中的稳定性能。

准确评估岩石强度和岩层稳定性水平对于地下工程的设计和施工至关重要。

本文旨在探讨现有的岩石强度与岩层稳定性评估方法，并对其研究和应用进行总结和分析。

二、岩石强度评估方法1. 试验室直接测试法试验室直接测试法是通过岩石样本进行物理力学试验，对其强度指标进行直接测定。

其中常用的试验包括单轴抗压试验、剪切试验等。

通过这些试验可以获得岩石的抗压强度、剪切强度等参数，进而评估岩石的整体强度。

2. 经验公式法经验公式法是基于已有的岩石力学试验数据和实测资料，通过统计分析得出的一种估算岩石强度的方法。

这种方法主要基于经验公式和经验系数，能够在一定程度上快速评估岩石强度，适用于一些不便采集样本的场合。

3. 综合评价法综合评价法是综合考虑多种因素对岩石强度进行综合评估的方法。

这些因素包括岩石的物理力学性质、岩体结构、断裂特征等。

通过对各个因素进行权重分配和综合分析，可以比较准确地评估岩石的强度。

三、岩层稳定性评估方法1. 工程地质调查法工程地质调查法是岩层稳定性评估的基础，通过对工程现场的地质条件进行详细的调查和分析，获得岩层的结构、节理系统、变形特征等信息。

在此基础上，可以评估岩层的稳定性，为后续的工程设计和施工提供依据。

2. 数值模拟法数值模拟法是利用计算机进行岩层稳定性模拟和分析的方法。

通过建立岩层的模型，考虑各种地质力学参数和外力作用，利用数值方法进行模拟计算，获得岩层的稳定状态。

这种方法可以较为准确地预测和评估岩层的稳定性。

3. 经验判断法经验判断法是根据施工经验和实测资料进行岩层稳定性评估的方法。

该方法通过对已有类似岩层的实际工程案例进行分析，得出一些判断指标和规律，用于评估相似工程条件下岩层的稳定性。

尽管经验判断法十分依赖经验和实际案例，但在实际工程中仍然具有重要的参考价值。

岩体结构面力学性质与岩体强度研究综述摘要：根据野外工程地质调查对工程岩体质量进行评析，在此基础上，运用Hoek–Brown准则求解工程岩体强度。

并根据岩块的咬合状态及这些块体的表面特征，提出了节理岩体强度的确定方法，关键词: 岩体结构面；力学性质；岩体强度；岩体中存在着纵横交错的各类地质结构面，在力学上则表现为存在着不连续面、弱面或软弱夹层，这些结构面对岩体强度和岩体工程的稳定性起着重要的控制作用。

因此结构面的力学性质和岩体的强度是息息相关的。

1 结构面的力学性质岩体结构面(Structural Plane)是指岩体内开裂的和易开裂的面，如层理、节理、断层、片理等，又称不连续面。

岩体结构面力学特征的研究与岩石力学的发展息息相关。

因为工程岩体之所以失稳，影响因素很多，但最关键的问题在于岩体内存在着一些软弱结构面。

目前普遍采用统计分析的方法，找出其分布规律，并应用到工程稳定性分析中。

1.1 结构面抗剪强度结构面的抗剪强度是表征岩体的结构面力学性质的重要指标，作为表征结构面力学性质的重要指标之一，通常在现场或实验室内测定。

对于起伏较大的粗糙结构面，按Barton公式计算时，JRC值往往是根据结构面产状与标准轮廓线(ISRM 轮廓线)对比来确定的，由于视觉上的判断易造成较大的误差，国内外学者经过大量的研究，采用各种测量仪表观测和计算机处理。

如Barr等人使用粗糙位形标测仪和数字化坐标记录仪测定，得出标准曲线JRC值和分维值D的关系，应用分形理论从一个崭新的角度描述了节理粗糙系数JRC和JRC尺寸效应的特征。

1.2 结构面的变形关于岩体不连续结构面的变形分析问题，自20世纪60年代初期开始至今已经建立了许多不同层次上的离散模型和数值方法。

以有限单元法为基础，并引入能反映岩体结构不连续性特征的模型以弥补有限元关于不连续性处理的不足，如结合单元法，节理单元法，Desai等提出的薄层单元法以及用于模拟多节理岩体的等效连续体模型和损伤模型等。