片麻岩强度参数估计(gneiss)---试验结果与数据库的比较

1 引言

近期在评审一个新建地下采矿项目申请报告时，发现报告中作了一些岩石力学试验。现就其中片麻岩(gneiss)试验结果与数据库的数据作一对比。

2 试验结果

试验结果如下：饱和单轴抗压强度为43.5~70.19MPa，抗拉强度为10.14~14.0MPa, 内摩擦角为36.0°~51.56°，粘结力为12.8~18.0MPa。岩石为坚硬-半坚硬类，以整体块状为主。

3 Hoek-Brown参数估计

根据上述试验结果描述，可以推出Hoek-Brown准则的材料参数mi=28, 扰动系数D=0，GSI=70，岩石的单轴抗压强度取平均值56.85MPa。因为该项目位于地表800m以下，按密度2.6t/m^3计算垂直应力得到20.8MPa，水平应力假定是垂直应力的2倍，因此试验最大的水平应力(Sigma3max)为41.6MPa。按照上述条件估计的岩体参数结果如下: (1) 抗拉强度为0.211MPa；(2) 单轴抗压强度为10.69MPa；(3) 整体强度为24.62MPa；(4) 粘结力为10.33MPa; (5) 内摩擦角为36.29°。

4 与数据库的对比

下面通过岩石数据库检查试验结果。

(1) 抗压强度

数据库中抗压强度的样本共有24个，强度分布如下图所示。平均值为143.14MPa，标准偏差为69.01MPa，最小值为24.51MPa，最大值为326.75MPa。片麻岩通常的单轴抗压强度大于250MPa。可能由于试验采用的是饱和单轴抗压强度，因此试验结果比数据库的平均值低。 

(2) 抗拉强度

数据库中抗拉强度的样本共有7个，平均值为10.87MPa，标准偏差为3.58MPa, 最小值为6.89MPa，最大值为15.85MPa。试验的抗拉强度值与数据库的数据基本相同。

(3) 三轴试验

数据库中三轴试验来自于Broch, E.(1974) The influence of water on some rock properties的两组试验：推导的参数如下：

[1] mi=32.499, sigmaci=241.157MPa, sigmat=7.421MPa。

[2] mi=27.278, sigmaci=204.024MPa, sigmat=7.479MPa。

估算的mi=28，接近数据库中的三轴试验值。

(4) 剪切波速

数据库中的剪切波速(km/s)数据只有4个: 4.05, 4.45, 5.127, 3.952。使用剪切波速可以估算岩体的变形模量。

5 结束语

在最终确定岩体参数值时，需要综合考虑数据库的统计值和试验结果，特别是岩石单轴抗压强度的确定，本试验的平均值仅为56.85MPa，而数据库中较大概率出现的值在145MPa左右。鉴于值的离散性如此之大，因此在设计时进行概率性分析是非常必要的。