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地下开挖/隧道岩体破坏模式的确定(EXCEL解)

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1 引言

过去10多年,加拿大的一些岩石力学工作者,主要包括前Toronto大学Hoek教授,Laurentian 大学Kaiser教授和Alberta大学Martin教授致力发展和改进一种岩体破坏矩阵, 用来判断硬岩地下开挖或隧道的破坏模式,这项研究的一个直接目的是为了进行支护设计;另一方面,判别破坏模式有助于我们建立合适的数值模型进行分析。

2 岩体破坏模式输入参数

这个岩体破坏矩阵把工程岩体分类和岩体应力相结合,首先确定出工程岩体分类的值, 然后计算巷道的应力水平,二者交叉就得出岩体的破坏模式。工程岩体分类最初使用了RMR,后来扩展到Q-System和GSI.

基本的输入参数包括开挖深度和岩石容重,这两个参数为了计算岩体的垂直应力,此外还需要指导岩石的单轴抗压强度和水平应力与垂直应力的比值。当然RMR的值是必不可少的输入参数。


3 岩体破坏模式输出

根据上面的输入参数,首先计算垂直应力和水平应力, 然后计算最大主应力和最小主应力,从而可以计算出最大剪切力,最终计算出Sm/Sc,这是破坏模式图的评价指标,根据这个值和RMR的值,判别出岩体的破坏模式。这个决策过程完全可以通过EXCEL的VBA宏编程来实现, 不过感觉使用Python编程或许更好一些,因为在破坏模式描述的同时可以把图形直接显示出来。 


4 参考文献

[1] Hoek, E., Kaiser, P.K. & Bawden, W.F. 1995. Rock Support for Underground Excavations in Hard Rock. A.A.Balkema, Rotterdam, 215 p.


[2] Martin, C.D., Kaiser, P.K. & Christiansson, R. 2003. Stress, instability and design of underground excavations.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40(7-8): 1027-1047.


[3] Hoek, E. & Brown, E.T. 2019. The Hoek-Brown failure criterion and GSI -218 edition. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3): 445-463.


[4] Martin, C. D., Read, R. S., and Martino, 1. B., 1997. Observations ofbrittle failure around a circular test tunnel. International Journal ofRock Mechanics and Mining Sciences, 34(7): 1065-1073.


[5] Kaiser, P.K. 2017. Ground control in strainbursting ground - A critical review and path forward on design principles. 9TH Int. Symp. on Rockbursts and Seismicity in Mines, Santiago, Chile, 146-158.


[6] Kaiser, P.K., Diederichs, P.K., Martin, C.D., Sharp, J. & Steiner W. 2000. Underground works in hard rock tunneling and mining. GeoEng 2000, Melbourne, Australia, Technomic Publ. Co., 1: 841-926.


[7] Kaiser P. K., F. Amann & Bewick, R.P. 2015. Overcoming Challenges of Rock mass Characterization for Underground Construction in Deep Mines. 13th ISRM Intern. Congress of Rock Mechanics, 10-13 May, Montreal,Canada, 14p.

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来源:计算岩土力学
System控制
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首次发布时间:2022-10-11
最近编辑:2年前
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