HOEK-BROWN强度准则的参数取值研究及其工程应用

摘要

随着经济和社会不断发展，我国地下工程建设日新月异，地铁隧道、深部矿山等地下工程建设在全国迎来新的高峰期。这给岩体力学发展带来空前的机遇，也给岩土工程工作者带来了更加严峻的挑战。如何准确获得岩体力学参数便是其中一个十分棘手的问题。本文针对岩土工程中的Hoek-Brown（H-B）强度准则，结合其表达形式及准则岩体参数现有的选取方法，提出两种新的H-B准则参数的确定方法。主要研究内容如下：
　　（1）基于H-B强度准则，利用微震监测资料确定岩体的力学参数，提出基于微震监测的GSI取值方法，该法可以较好地获取复杂条件下的岩体力学参数。此外，借助FLAC软件自带的FISH语言开发平台，开发出等效Mohr-Coulomb（M-C）计算模型，为复杂问题的分析提供了数值依据，并用于分析塔山特厚煤层8103工作面的围岩应力场及采空区上覆岩层移动规律，取得了理想效果。
　　（2）采用正交设计敏感性分析方法讨论H-B准则4个参数的敏感性，分析结果表明，敏感性排序依次为：地质强度指标GSI，扰动系数D，单轴抗压强度σci，完整岩石材料参数 mi。其中，GSI对隧道周边位移值有高度显著影响，D对隧道周边位移有显著影响，mi、σci对隧道周边位移值影响很小，不显著。
　　（3）结合敏感性分析结果及H-B准则的圆形硐室围岩位移表达式，借助数值模拟计算和回归性分析建立了基于H-B准则的位移非线性回归模型，并结合差分进化算法制定合理的优化反分析方法及步骤，该方法克服了智能优化算法运行过程中反复调用FLAC3D软件造成的运算时间过长等问题。
　　（4）结合青岛地铁一期工程3号线监测资料，借助均匀设计及FLAC3D软件确定该工程的基于H-B准则的位移非线性回归模型系数，并验证了该回归模型符合精度要求，进而采用本文建立的位移反分析方法对该地区10个工况进行岩体参数反演研究，取得了良好的效果。结合青岛地铁项目声波测试数据，拟合GSI与岩体纵波波速Vp的关系式，并验证了关系式的合理性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 现阶段存在的问题

1.4 研究内容及技术路线

1.5 论文创新点

2H-B强度准则及其应用

2.1 引 言

2.2 H-B强度准则

2.3 H-B强度准则的适用条件

2.4 H-B强度准则参数的确定

2.5 H-B强度准则与M-C强度准则的参数转换

2.6 本章小结

3 基于微震监测的H-B准则参数优化方法及应用

3.1 引 言

3.2 微震监测技术简介

3.3 基于微震监测技术确定地质强度指标GSI

3.4 塔山煤矿工程应用

3.5 本章小结

4H-B准则参数在隧道工程中的敏感性分析

4.1 引 言

4.2 敏感性分析方法

4.3 H-B准则参数敏感性分析

4.4 本章小结

5 基于H-B准则非线性回归模型的位移反分析方法

5.1 引 言

5.2 岩土工程反分析简介

5.3 基于H-B准则的非线性回归模型

5.4 差分进化算法（DE）

5.5 基于H-B准则非线性回归模型的位移反分析步骤

5.6 本章小结

6 青岛地铁围岩参数反分析

6.1 引言

6.2 工程概况

6.3 青岛地铁隧道围岩参数反分析

6.4 青岛地铁GSI与岩体波速关系

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果及科研情况

致谢

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