数值方法中岩体力学参数的选择资料下载.pdf

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伍佑伦,男,讲师收稿日期:

2002-03-101前言在岩体工程力学分析中,随着计算机技术的飞速发展,数值方法取得了很大的进步。

数值方法中如有限元法、离散元法、边界元法、DDA、半解析半数值方法等,无论从理论上还是从工程应用上都取得了前所未有的成就。

然而,由于岩体材料的复杂性,目前在力学参数选取方面却还存在不少问题,虽然可以用节理单元来处理岩体中的大型的结构面,但对岩体中大量分布的中小型节理,如果也全部用节理单元来模拟是不现实的,因此往往用等效连续介质来模拟节理岩材材料。

而节理岩体中含有大量不同尺寸、不同分布的结构面,其力学性质与结构面的密度、分布形式又密切相关。

由于不同力学参数的选取将会造成完全不同的计算结果,甚至于对工程实践起误导作用,因此如何选择节理岩体的力学模型（包括变形模量、强度准测等）是一个值得研究的问题。

2节理岩体的强度岩体的强度与其本身的性质及岩体所处的环境有关,如岩体的整体性、结构面的分布形式、地应力环境等。

目前最简单而且使用最广泛的摩尔库仑屈服准则（Coulomb,1773）,其表达式为:

=c+tan

（1）由于现场实测费用很高,岩体力学参数的取值往往以岩块的试验结果为基础,经工程弱化处34综述与评论武钢技术2002年第40卷第4期理来求得。

目前,岩石力学参数工程弱化的方法有费辛科（uceHko）法,M.Georigi法、节理岩体的CSIR工程地质分类法、E.Hoek法和经验析减法等。

uceHko法和M.Georgi法只能弱化内聚力C,CSIR工程地质分类法和E.Hoek法可同时弱化内聚力C和内摩擦角25时s=exp（GSI-1009）（7）=0.5当GSI25时:

s=0=0.65-GSI200（8）GSI由岩体结构类型、岩块之间的自锁情况与结构面的情况（充填情况与表面光滑程度等）来确定,其值为090。

Yudhbir等发展的经验公式为2:

1c=A+B（3c）（9）式中取值范围为0.650.75B材料常数,其值按不同的岩体种类取值范围为1.96.0A无量钢参数,其值取决于岩体质量（对于完整岩块A=1,完全离散岩体A=0）该公式由于待定确定的参数太多而使其使用性大大降低。

对于节理岩体,其强度的尺寸效应很明显。

刘宝琛等在分析了国外一些试验结果之后认为,形状完全相似的、由同一岩石加工成的岩石样品的单向抗压强度随尺寸增大而明显减小并趋向于该种岩石的最小强度值,岩石中的天然缺陷数量、贯通率及其分布规律对尺寸效应有明显影响。

并得出岩体的单轴抗压强度的经验公式为3:

c=c+cexp（-cD）（10）式中c受力断面边长或直径为D（cm）的岩样的单向抗压度MPac原岩强度与岩体强度之差MPac岩样强度随其尺寸的增在而减小的程度,称为强度衰减系数c该种岩体大尺寸时的单向抗压强度3节理岩体的变形特性岩体的应力应变关系一般是非线性的而且与围压有关,节理岩体的变形模量值与节理密度Jn,节理与最大主应力的夹角以及节理强度有关,通过对实验数据的统计分析处理4,可以得出一个经验公式为:

Er=EjEi=exp（-aJf）（11）式中Er弹性模量比Ei岩块的切线弹性模量Ej节理岩体的弹性模量a从实验曲线得出的参数,可以由表1确定Jf节理系数,与节理密度、节理的角度以及节理的粗糙度有关Ramanurthy也提出了在不同围压条件下节理44伍佑伦数值方法中岩体力学参数的选择WISCOTECHNOLOGY2002,40（4）岩体的弹性模量值,其计算公式为:

Ejo/Ej=1-exp-0.1（ci/3）cr=cj/ci=exp（-0.008Jf）（12）式中Ejo节理岩体在无围压的弹性模量Ej节理岩体的弹性模量cj无围压时的单轴抗压强度3围压ci岩块的单轴抗压强度Jf节理系数表1不同围压下a的经验值围压MPaA值0.0-0.01131.0-0.00645.0-0.00827.0-0.0103比较广泛使用的岩体变形模量公式是Bien2iawaki从工程岩体质量（RMR）提出的公式,其表达式为5:

Em=2RMR-100（GPa）（13）Serafim与Pereira按RMR系统提出了另一个公式,该公式可以用于整个RMR值范围:

Em=10（RMR-10）40（GPa）（14）Nicholson与Bieniawski在实验室实验及RMR值的基础上又提出了一个新的计算弹性模量的公式:

RF=Erm/Eint=0.0028RMR2+0.9exp（RMR/22.82）（15）Hoek与Brown在现场观测与对地下开挖反分析的基础上,认为高质量岩体的弹性模量和变形模量是由结构面控制的,而对于低质量岩体,则岩块的变形对岩体的变形也产生很大的作用。

并提出了当ci100时的弹性模量公式为1:

Em=ci10010（GSI-10）40）（GPa）（16）对节理岩体弹性模量的尺寸效应,很多学者也进行了研究。

岩体变形模量是与被考虑的岩体单元体的大小有关系的。

一般认为,随着选取的岩体体积的变大,岩体的力学特性将趋于一个定值,此时岩体单元的体积即为代表单元体积REV（RepresentativeElementVolume）。

但是有的岩体的REV很大甚至大于岩体工程的范围。

因此,在数值方法中应注意节理岩体弹性模量的尺寸效应。

4结语

（1）节理岩体的结构面是否单独选用节理单元,应该按不同结构的大小、形式、作用来分析选择。

（2）当节理岩体采用等效连续模型时,其力学参数的选择应该考虑节理中结构面的分布、围压的大小以及尺寸效应。

而且应按不同的条件选用不同的屈服模型。

参考文献1E.Hoek,E.TBrown.Practicalestimatesofrockmassstrength.Int.J.RockMech.Min.Sci.1997,No.8:

116511862Yudhbir,Lemanza.W.andPrinzl.E.Anempiricalfailurecriterionforrockmasses.Proceedingsofthe5thInternationalCongressSocietyofRockmechanicsMelborune.1983,1,B1-D83刘宝琛,张家生,杜贵奇等.岩石抗压强度的尺寸效应.岩石力学与工程学报,1998,17（6）:

611614.4J.Sridevi,T.G.Stharam.Analysisofstrengthandmoduliofjointedrocks.Goetochnicalandgeotechnicalengineering,2000,18:

3-215N.Mohammand.Therelationbetweeninsituandlaboratoryrockprop2ertiesusedinnumericalmodeling.Int.J.rockmech.Min.Sci.,1997,34,No.2:

289297.攀钢成为东风汽车A级供货商日前,东风汽车公司质量认证小组结束了对攀枝花钢铁有限责任公司生产的汽车用钢等产品质量及覆盖的生产线和单位的审核认证,现场审核认证表明攀钢的质量运行体系有效,符合GB/T19001-1994标准,属于A级商。

这次审核覆盖的汽车梁用钢板P510L和9370L、冷轧优（普）碳板、冷轧冲压板（卷）等产品质量全部达标。

54综述与评论武钢技术2002年第40卷第4期