專利名稱：側向高應力裂隙巖體強度確定方法
技術領域：
本發明涉及礦業工程，屬于一種大體積裂隙巖體強度的簡易確定方法。 技術背景本發明所涉及的在側向高應力作用下大體積裂隙巖體強度的簡易確定方法，尚未見諸于相關的專利文獻報道。在文獻(HoekE， Brown E.T. Practical estimates of rock mass strength 《Int. 丄 Rock Mech. and Min. Sci》, 1997,34(8):1165-1187)中雖然提出了巖體地質強度指標的概念，但對如何確定裂 隙巖體強度只列出了最終結果，并未提及具體的實施方法及過程。且無側向高 應力作用下裂隙巖體強度的確定方法。巖體的抗剪強度是指巖體抵抗剪切作用的能力，是反映巖體力學性質的重 要參數之一，在工程設計中是很重要的基本參數。在現場做巖體抗剪強度如用 常規方法如直剪法等，其實驗成本高昂，工程費用昂貴，花費時間長，且其實 驗樣本有限，滿足不了工程設計的起碼要求。提出一種簡易的，費用低廉的測 試實驗方法，確定大體積裂隙巖體的抗剪強度和裂隙巖體三軸抗壓強度，是本 領域內迫切需要解決的問題之一 。 發明內容本發明的提出，旨在設計一種在側向高應力作用下(、〉a25^)裂隙巖 體抗剪強度，裂隙巖體等圍壓二軸抗壓強度的簡易確定方法和具體的實施過程， 從而簡易經濟地確定大體積裂隙巖體的強度。本發明的技術解決方案是這樣實現的一種側向高應力裂隙巖體強度的確定方法，其特征在于工藝過程包括以下 步驟(1) 在待測的大體積裂隙巖體上，取完整巖石小試塊，加工成標準圓柱體 或方柱體試塊；(2) 在單軸抗壓實驗機上，測取該小試塊巖石的單軸抗壓強度 ；(3) 査表1確定待測巖體的巖石類型常量mj ;(4) 參照表2評價巖體的地質強度指標GSI;(5)按下述公式建立巖體的Hoek-Brown準則(1)、a附6wft =附,exp[(GS/ —100)/28]附,見表1 射O!—巖體破壞時的最大主應力，Mpa CJ3 —巖體破壞時的最小主應力，Mpa ac—裂隙巖體完整巖石試塊的單軸抗壓強度，Mpa mb,s， a—巖體物性常數，無量綱由表2中査得的GSI，若GSI > 25的巖體取5 = 6鄧[(09/-100)/9]對于GSI〈25的巖體5 = 0a=0.65-GS//200(6) 對Hoek-Brown準則相關量按下式進行回歸分析cr, = Acr3 +6 ( 2 )對于節理化裂隙巖體在側向高應力作用下， cr3必須為 (73 e
(7) 由摩爾庫倫準則知1 + sin ^ 2C cos ^ /,、q =-+-^ (3)1 一 sin ^ 1 - sin ^其中c一巖體的內聚力。Mpa O —巖體的內摩擦角。度 (8)將Hoek-Brown準則相關量回歸分析式(2)與摩爾庫倫準則式 (3)相對比，可得1 + sin- —2Ccos^ 乙 ,^ 、--= 6 、4J1 —sin- 1 —sin-經比較分析，可得出該大體積裂隙巖體的抗剪強度,裂隙巖體等圍壓三軸抗 壓強度。與現有技術相比較，本發明只需做組成巖體的完整巖石小試塊的單軸抗壓強度 實驗和現場評價確定巖體的地質強度指標GSI，就可得到大體積裂隙巖體的抗剪強度,裂隙巖體等圍壓三軸抗壓強度。其優點主要表現在(1) 本發明費用低廉，實現簡易，可代替昂貴費時的現場大體積裂隙巖體 的抗剪強度實驗常規方法，無需專用的其它昂貴的實驗設備。因此，容易在現 場推廣使用。使用本發明，可節省大量的現場巖體強度實驗設備和可帶來非常 顯著的經濟效益。(2) 本發明可廣泛應用于巖質高邊坡工程，合理邊坡角的確定，為防止地質災害如滑坡等提供科學的依據；也可廣泛應用于水利水電工程屮大型地下廠 房的設計，壩基巖體穩定性分析，大壩高邊坡設計，大型地下空間工程和地下 空間利用，鐵路隧道工程，高速公路隧道工程，采礦工程等等諸多領域。本發 明對于確定深部裂隙巖體的強度與力學參數，很有實用價值。
本發明有附圖四幅，其中圖1是表1由巖石類型所決定的HOEK-BROWN常量^'。 圖2是表2巖體地質強度指標GSI。 圖3是表3回歸分析表。 圖4是表4回歸分析表。
具體實施方式
在待測的大體積裂隙巖體上，取完整巖石試塊，加工成標準圓柱體或方柱 體試塊；在單軸抗壓實驗機上，測取該試塊巖石的單軸抗壓強度 ；(1) 由表1確定巖石類型常量m,(2) 由表2確定待測巖體地質強度指標GSI;(3) 建立巖體的Hoek-Brown準則；(1)<formula>formula see original document page 6</formula>]w,見表1 對于GSI〉25的巖體s = exp[(GS/-100)/9] "=0.5 對于081<25的巖體- <formula>formula see original document page 6</formula>(4)對Hoek-Brown準則進行回歸分析；(T， = &<T3 +辦 (2 )必須強調，在側向高應力作用下，^必須為 <formula>formula see original document page 6</formula>(5) 由摩爾庫倫準則l + sin^ 2Ccos^o"i二 -;-<t3 H--l一sin- l-sin^ (3)(6) 將Hoek-Brown準則與摩爾庫倫準則相對比1 + sin- & 2Ccos夕—方 (4) l一s— l-sin^(7) 由(4)式可得出該裂隙巖體的抗剪強度；由(2)式可得出該大體積裂隙巖體在不同側向等圍壓^下的三軸抗壓強度。 下面結合實施例對本發明作進一步說明。實施例1:該巖體為精細千枚巖，巖體結構屬于"非常塊狀"，巖體表面為光滑中等風化的表面，表面條件屬于"比較好的"，己知完整巖塊單軸抗壓強度o e=85Mpa，由表1精細千枚巖的巖石類型常量m產10，由表2 Bj確定該巖體的地質強度指標GSI=45，而m^m,exp[ (GSI-100) /28 ]= 1.40245 s=exp[ (GSI掘)/9]=0.002218， " = 0.5建立該巖體的Hoek-Brown準則o", =ct3 +85^/0.0165(73 +0.002218 (5)對該式在(t^
范圍內進行回歸分析見表3 將回歸分析結果整理成=1.776c73 +37.083 (6)l + sin^ 2Ccos^ ,，、-^=1.776 -^=37.083 (7)1 — sin^ 1 —sin^由式(7)可得巖體1的抗剪強度C = 13.913M/^, 0 = 16.233°;該巖體在不同側向等圍壓&卜'的三軸抗壓強度可由(6)得到。舉例2:該巖體為砂巖，巖體結構屬于"塊狀/褶曲"，巖體表面條件屬于"非常差的"，已知完整巖塊單軸抗壓強度a,10Mpa，由表1可知砂巖巖石類型常量m=19，由表2可確定該巖體的地質強度指標GS^20，而mb= m！ exp[ (GSI-100)/28]= 1.091219766， s=0， 《=0.55，建立該巖體的Hoek-Brown準則cr, =o"3 +2.957(730 55 (8)對該式在^ =[2.5，10]范圍內進行回歸分析見表4 將回歸分析結果整理成<formula>formula see original document page 8</formula> (9)<formula>formula see original document page 8</formula> (10)
由(10)式可得該巖體的抗剪強度，C = 1.264Mp 0 = 15.637°;該巖體在不同側向等 圍壓^下的三軸抗壓強度可由式(9)得到。
權利要求
1、一種大體積裂隙巖體強度簡易確定方法，其特征在于包括以下工藝步驟(1)在待測的大體積裂隙巖體上，取完整巖石試塊，加工成標準圓柱體或方柱體試塊，在單軸抗壓實驗機上，測取該試塊巖石的單軸抗壓強度σc；(2)查表1確定巖石類型常量mI，由表2確定待測巖體地質強度指標GSI；(3)按下述公式建立巖體的Hoek-Brown準則
全文摘要
本發明涉及礦業工程，屬于一種大體積裂隙巖體在側向高應力作用下裂隙巖體抗剪強度，裂隙巖體等圍壓三軸抗壓強度的簡易確定方法。其特征是在大體積裂隙巖體上測取完整巖石小試塊的單軸抗壓強度，確定待測巖體的巖石類型常量和評價巖體的地質強度指標后，建立巖體的霍克-布朗準則。及摩爾庫倫準則，經分析即可得到在側向高應力作用下裂隙巖體的抗剪強度，裂隙巖體等圍壓三軸抗壓強度。使用該發明可以節省大量現場大體積裂隙巖體強度實驗費用，不需使用特殊的巖體強度實驗設備，即可得到大體積裂隙巖體的抗剪強度和等圍壓三軸抗壓強度。該發明具有成本低，實現方法簡易，對于確定深部裂隙巖體的強度參數，很有實用價值。
文檔編號G01N3/00GK101216395SQ200810010169
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月17日 優先權日2008年1月17日
發明者楊菊英, 韓鳳山 申請人:韓鳳山