岩体变形模量的估算---Python实现

1. 引言

岩体变形模量的估算是岩石工程设计中一项非常重要的任务，一个直接的理由是我们进行数值模拟时需要使用这个参数来计算岩体的变形。过去几十年研究者们一直在试图通过岩体工程分类指标估算岩体的变形模量，典型的比如使用RMR和Q-System来回归岩体的变形模量，不过由于这些经验公式大都没有得到工程应用的证实，因此使用范围非常有限。相比之下，利用Hoek-Brown准则中的GSI分类指标估算岩体的变形模量近年来备受工程界关注。本文使用Python语言写了变形模量的估算方法，它是HBP（Hoek-Brown Python）文件的一部分，HBP的主要功能是利用Python语言计算岩体的强度参数和变形参数。这个工作本质上没有什么技术含量，用EXCEL也可以实现。

2. 计算方法

Hoek-Brown准则是岩石工程领域广泛使用的强度准则：

（本图使用Python绘制，作为HBP计划的一部分)

建立在这个准则的基础之上，Hoek (2002) 和Hoek (2006）分别提出了下面的经验公式来估算岩体的变形模量。

其中sigci(岩石的单轴抗压强度), GSI和D是需要输入的参数。

上图是RMR，Q，GSI 三种分类指标与变形模量之间的回归关系。目前在程序中还没有考虑RMR和Q的计算过程。

GSI按照下图取值：

D按照下图取值：

3. Python实现

作为HBP计划的一部分，使用了上面两个公式来计算岩体的变形模量。

（1）输入参数

GSI 可以直接输入，也可以通过岩体节理参数来估算， 这部分功能已经实现。

（2）计算变形模量：

（3）显示结果：

（4）结果输出：

结果显示两种方法计算的模量值相差不大。

4. 结束语

岩体变形模量的估算仍然是一件非常具有挑战性的工作，本文所示的计算方法能够在初步设计中使用。使用Python编程实现这个功能，是为了今后能与数值模拟软件FLAC3D或3DEC实现无缝对接。

Last Revised on 2/10/2020