露天矿岩体特性外文翻译资料

露天矿岩体特性

Evert Hoek和Antonio Karzulovic

发表于“露天矿边坡稳定性”(W.A.Hustralid，M.K. McCarter和D.J.A.van Zyl)，Littleton, Colorado: Society for Mining, Metallurgical and Exploration (SME), 2000, 59-70页。

1.1介绍

被用于地表开挖设计的几乎任何形式的分析都需要对岩体强度和变形特性进行可靠的估计。Hoek and Brown (1980a, 1980b)提出了一种提出了一种在评价块体联锁和块体间表面条件的基础上，获得节理岩体强度估计的方法。这种方法是经过多年修改，以满足应用于在制定最初的标准时没有考虑到的问题的用户需求(Hoek 1983,Hoek and Brown 1988)。这种方法在质量极差的岩体中的应用还需要进一步的改进(Hoek, Wood and Shah 1992)，并最终开发出一种新的分类方法，称为地质强度指数 (Hoek 1994, Hoek, Kaiser and Bawden 1995, Hoek and Brown 1997, Hoek, Marinos and Benissi (1998))。在Hoek and Brown (1997)中，我们回顾了这一发展的各个阶段所提出的准则和方程的发展情况。

本章将Hoek-Brown准则以一种已在该领域被发现实用的形式呈现出来，因为目前它似乎提供了可用于岩石工程作为分析方法输入的一组最可靠的结果。

对于地表开挖，岩体特性对应力释放和爆炸损伤特别敏感，这两个因素将在本章中进行讨论。

1.2广义Hoek-Brown准则

节理岩体的广义Hoek-Brown破坏准则由以下公式定义：

(1.1)

其中和为失效时最大和最小的有效应力，

是岩体的Hoek-Brown常数m的值，

s和alpha;是依赖于岩体特性的常数，

是完整岩块的单轴抗压强度。

用Hoek and Brown (1980a) 提出的方法可以确定莫尔信封，它与法向应力和剪切应力有关。在这种方法中，使用方程1.1生成一系列三轴试验值，模拟全尺寸的现场试验，并用非稳态曲线拟合过程导出一个等效莫尔信封。 由方程定义：

(1.2)

这里，A和B是材料常数，是正常有效应力，是岩体的“抗拉强度”。

为了利用 Hoek-Brown准则来评价节理岩体的强度和变形能力，必须对岩体的三个“性质”进行估计。他们是：

1.完整岩石单元的单轴抗压强度，

2.这些完整岩石元素的Hoek-Brown常数的值，

3.岩体的地质强度指数GSI值

1.3完整的岩石特性

对于构成岩体方程1.1的完整岩块，简化为：

(1.3)

用单轴抗压强度和常数两个常数定义了给定岩石破坏时主应力之间的关系。只要有可能，这些常数应通过对精心准备的岩心样品的三轴试验结果的统计分析来确定。当不可能进行实验室测试时，可以使用表1.1和表1.2来获取和的估计。

在矿化岩石的情况下，蚀变的影响会对完整的岩石组分的性质产生重大影响，在估计和值时应考虑到这一点。例如，图1.1说明了安山岩和斑岩的石英系列蚀变的影响。在其他形式的改建中也观察到了类似的趋势，而且，在这种情况下， 考虑到可能产生的影响，建议岩土工程师投资于实验室测试项目，以便为完整的岩石建立适当的特性。

图1.1：石英系列蚀变对安山岩和斑岩“完整”试件单轴抗压强度的影响

Hoek-Brown破坏准则假定了各向同性岩体和岩体的行为，它只适用于有足够数量的紧密间隔的不连续的岩体。 具有相似表面特征的领带，可以假定在多个不连续面上发生破坏的各向同性行为。当被分析的结构较大，块体尺寸较小时，岩体可视为Hoek-Brown材料。

如果块大小与正在分析的结构的大小相同，或者当其中一个间断集明显弱于其他不连续集时，不应使用Hoek-Brown标准。在这些情况下，应考虑结构的稳定性，通过考虑由交叉结构特征定义的块和楔的滑动或旋转的失效机制。 图1.2以图形形式概括了这些语句。

图1.2：理想化的图表，显示了从完整的岩体过渡到严重节理的岩体，

并增加了样本的数量。

1.4地质强度指数

节理岩体的强度取决于完整岩体的特性，也取决于这些岩体在不同应力条件下的滑动和旋转自由。这种自由度是由完整岩块的几何形状以及分离碎片的表面条件所控制的。具有清洁粗糙的不连续表面的角状岩块将导致比含有圆形颗粒的岩体强得多，这些颗粒被风化和蚀变物质所包围。

表1.1：单轴抗压强度现场估计数

*根据布朗的等级(1981)

**对单轴抗压强度低于25 MPa的岩石进行点荷载试验，结果可能非常模糊

表1.2：按岩石组分列的完整岩石的常数值。请注意，括号中的值是估计值

*这些数值适用于测试正常至顺层或叶面的完整岩石样本。如果故障发生在薄弱平面上，则值将有显着性差异。

由Hoek(1994)和Hoek、Kaiser和Bawden(1995)提出的地质强度指数(GSI)为不同地质条件下岩体强度的降低提供了一个系统。表1.3，块状岩体，表1.4，片状变质岩。

地质强度指数估计后，描述岩体强度特征的参数计算如下：

(1.4)

对于GSIgt;25，即质量良好至合理的岩体：

(1.5)

并且， (1.6)

对于GSIlt;25，即质量极差的岩体：

(1.7)

并且， (1.8)

对于质量较好的岩体（GSI＞25），GSI值可直接从1976版比尼亚夫斯基岩体评价中推算出来，地下水定额设定为10（干）和调整。联合定向设定为0(非常有利)(Bieniawski 1976)。对于质量极差的岩体，RMR值很难估计，评级之间的平衡也不再存在。为岩体强度的估算提供了可靠的依据。因此，Bieniawski的RMR分类不应用于估计劣质岩体的GSI值(RMRlt;25)和应直接使用GSI图表。

如果使用1989版本的Bieniawski的RMR分类(Bieniawski 1989)，则，其中的地下水

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