FLAC3D和3DEC中Hoek-Brown准则参数的自动计算

1 引言

FLAC3D和3DEC标准的Hoek-Brown模型参数输入格式如下所示，这些参数值是由原始的GSI参数计算得出的, 但软件本身没有提供自动计算的功能，因此编制了一段代码来自动输入这些参数值。

zone cmodel assign hoek-brownzone property density 2.5e-3 ...              young 5000 ...              poisson 0.3 ...              tension 1e10zone property constant-mb 0.067 ...              constant-s 2.5e-5 ...              constant-a 0.619 ...              constant-sci 30

代码的原型来自于以前的工作框架【岩体变形模量的估算---Python实现】和【Hoek的岩体变形模量经验估计---Is it reliable ?】，在此基础上进行了扩展和修改。由于使用Python编写，因而非常容易地集成到FLAC3D或3DEC中。

2 输入的参数

这段代码需要输入以下参数：

Input_Parameter = Hoek_Brown(5, 30, 0, 2, 5250, "Tunnel", 25, 10)

GSI, 原岩单轴抗压强度sigsc, 扰动因子D，材料参数mi, 原岩弹性模量Ei, 分析类型((边坡或隧道)，岩石单位重量和岩石所在深度。

3 输出的参数

输出的参数自动赋值到FLAC3D或3DEC的代码中，输出的参数有：

(1) 三种不同算法估算的岩体变形模量，这个参数在FLAC3D和3DEC的计算中不需要，因为程序中需要输入的是岩石的弹性模量值young，不过这个值在核算中用到。

(2) 岩石的泊松比poisson。

(3) 材料参数constant-mb，constant-s和constant-a，这是Hoek-Brown准则最重要的三个参数。

(4) 岩体的整体强度(global strength)sigcm。

(5) 岩体的单轴抗压强度sigc和抗拉强度sigt。

(6) 等效的岩体粘结力和内摩擦角。

(4) (5) (6) 是由Hoek-Brown准则推导出来的参数，这些参数用于Mohr-Coulomb准则验算。

4 结果证实

使用【一个Hoek-Brown材料边坡稳定性的对比分析】中的原始Hoek-Brown参数，计算相应的FLAC3D和3DEC输入参数。

输出结果如下：

(1) 变形模量的三个值分别为410.73MPa, 172.01MPa和140.14MPa, Rocdata计算值是140.14MPa, 使用了代码中的第三种方法。

(2) 泊松比为0.31，与原始数据中的0.3相吻合，Rocdata没有这个功能。

(3) mb=0.067, s=2.6e-05, a=0.619, 这三个值与Rocdada的计算值完全相同。

(4) 岩体的整体强度sigcm= 0.433MPa, 与Rocdata的计算值完全相同。

(5) 岩体的单轴抗压强度sigc=0.044MPa, 与Rocdata的计算值完全相同。

(6) 岩体的抗拉强度sigt=-0.012MPa, 与Rocdata的计算值完全相同。

(7) 等效的岩体粘结力c=0.017MPa，与Rocdata的计算值完全相同。

(8) 等效的内摩擦角phi=23.15°, 与Rocdata的计算值完全相同。

下面所示的是Rocdata的最小主应力-最大主应力图和法向应力-剪切应力图。由于编制这个代码的主要目的是为数值模拟软件传递参数，因此目前没作这样的图。

5 结束语

通过与Rocdata的计算结果相比较，证明了目前代码的可靠性，可以直接集成在FLAC3D和3DEC以及FLAC2D和UDEC的计算中。岩体弹性模量和变形模量的估算结果非常不确定，下一步将通过使用一些自然语言处理(NLP)手段和插值算法自动估算岩石的弹性模量，已经有了初步的框架，但距真正实现还需要作大量工作。