岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3541-3550.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0538

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于Hoek-Brown准则的层理岩石强度模型研究

李国枭1, 2，王航龙1，彭俊2，王林飞2，代碧波2   

  1. 1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 中钢集团马鞍山矿山研究总院有限公司 金属矿山安全与健康国家重点实验室，安徽 马鞍山 243000
  • 收稿日期:2023-05-01 接受日期:2023-08-31 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-12-21
  • 通讯作者: 彭俊，男，1986年生，博士，研究员，主要从事深部岩石力学与岩体灾害防控相关的研究工作。E-mail: jun.peng@whu.edu.cn E-mail:1696360045@qq.com
  • 作者简介:李国枭，男，1994年生，硕士研究生，主要从事岩石力学特性方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划青年科学家项目（No.2022YFC2905700）；国家自然科学基金重点项目（No.52130403）；安徽省自然科学基金（No.2208085ME120）；安徽省重点研发计划（No.2022m07020001）。

Strength model of anisotropic rocks based on Hoek-Brown criterion

LI Guo-xiao1, 2, WANG Hang-long1, PENG Jun2, WANG Lin-fei2, DAI Bi-bo2   

  1. 1. Faculty of Land and Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650093, China; 2. State Key Laboratory of Safety and Health for Metal Mines, Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co., Ltd., Maanshan, Anhui 243000, China
  • Received:2023-05-01 Accepted:2023-08-31 Online:2023-12-20 Published:2023-12-21
  • Supported by:
    李国枭，男，1994年生，硕士研究生，主要从事岩石力学特性方面的研究。E-mail: 1696360045@qq.comThis work was supported by the National Key Research and Development Plan for Young Scientists (2022YFC2905700), the Key Project of National Natural Science Foundation of China (52130403), the Natural Science Foundation of Anhui Province (2208085ME120) and the Key Research and Development Plan of Anhui Province (2022m07020001).

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摘要：

为了提高Hoek-Brown准则对层状岩的适用性，减少对层状岩地质强度指标（GSI）取值的主观性，提出了考虑层状岩石GSI值随层理倾角β  变化的修正Hoek-Brown屈服准则。首先收集不同层理角的层状岩在不同围压下的三轴试验数据，结果显示，层状岩石峰值强度与层理角β 呈U形曲线关系。然后定义层理倾角β  = 0º的岩样为完整岩石，采用Hoek-Brown准则得到完整岩石的单轴抗压强度σc与参数mi，以此反算其他层理倾角下对应的GSI值。基于GSI 随层理倾角β  的变化趋势，采用高斯函数对GSI与β 的变化关系进行拟合，从而建立基于Hoek-Brown准则的含层理岩石强度模型。最后对比GSI弱化模型所得峰值强度，验证了提出的修正Hoek-Brown准则对预测不同倾角与围压下层状岩强度具有较好的适用性，并对屈服准则中引入的新参数的意义进行了讨论。

关键词: 层理岩石, 层面倾角, Hoek-Brown准则, GSI-强度模型

Abstract:

In order to improve the applicability of Hoek-Brown failure criterion and reduce subjectivity in the determination of geological strength index (GSI) value for anisotropic rocks, a modified Hoek-Brown failure criterion is proposed, which considers the variation of the GSI value with the bedding angle of anisotropic rocks. Triaxial compression test data of anisotropic rocks with different bedding angles were first collected. The results show that the peak strength of anisotropic rocks exhibits a U-shaped relation with bedding angle β. Then, the rock specimen with the bedding angle β = 0º is defined as the intact rock. The uniaxial compressive strength σc and material parameter mi of intact rocks are obtained from data fitting using Hoek-Brown failure criterion. The corresponding GSI values under different bedding angles are calculated. The relationship between GSI and bedding angle β is fitted using Gaussian function, and a new strength model of anisotropic rocks is established based on Hoek-Brown failure criterion. Finally, the proposed model is verified by comparing the peak strength obtained from the GSI-softening model. It is found that the modified Hoek-Brown failure criterion is suitable for predicting the strength of anisotropic rocks with different bedding angles and under various confining pressure. The physical meaning of the new parameters in the model is also discussed.

Key words: anisotropic rock, bedding angle, Hoek-Brown failure criterion, GSI-strength model

中图分类号: 

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