基于声波测试的扰动区岩体力学参数确定方法及应用

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因边坡和隧道工程的开挖卸荷扰动将形成开挖扰动区,扰动区内岩体质量变差,力学参数发生弱化。开挖扰动区的岩体力学参数是影响边坡和隧道变形及稳定性的重要因素,其取值正确与否对稳定性分析和工程设计的准确性起着重要的作用。目前,确定开挖扰动区范围的研究比较多,而扰动区力学参数的空间变化规律研究还比较少见。因此本文结合Hoek-Brown准则和声波测试对扰动区力学参数的空间变化规律展开研究,提出一种确定扰动区力学参数的方法,最后将此方法应用于工程案例中。论文的主要研究内容及成果如下:(1)基于弹塑性力学理论,介绍了基于M-C准则和H-B准则的塑性圈半径计算方法,基于此分析了H-B准则参数地质强度指标(GSI)和扰动系数(D)对塑性圈半径的影响,结果表明GSI取值较小和D取值较大时对塑性圈半径影响明显;(2)对H-B准则参数GSI和D进行了定量化的推导,建立了GSI和D与岩体纵波波速(1的关系表达式。用工程数据验证得到推导的表达式计算值与实际值很接近,据此可以用岩体波速得到更精确的岩体力学参数;(3)通过对不同工程案例现场采集的声波测试数据进行统计分析,得到了开挖扰动区波速随着深度的变化规律,并经不同函数对数据进行拟合,确定了适用于扰动区波速变化规律的函数。将该函数与H-B准则结合,提出了一种基于声波测试的开挖扰动区岩体力学参数空间变化确定方法;(4)以某边坡工程的声波测试数据为基础,基于提出方法分析了扰动区H-B准则参数和岩体力学参数及其弱化的空间变化规律,得到扰动区力学参数弱化最小的是内摩擦角,其次是粘聚力,变形模量、抗拉强度、抗压强度弱化最大;最后还对比分析了GSI和D取值不同对力学参数变化规律及边坡稳定性的影响,研究表明是否考虑开挖扰动区及其力学参数的准确性对分析结果影响明显;(5)采用FLAC软件建立了隧道的数值模型,对比分析了是、否考虑开挖扰动区条件下,隧道变形和塑性区的变化规律,研究发现结果差异较大,考虑扰动区更符合工程实际;并通过监测数据对比,验证了本文提出的扰动区力学参数确定方法的正确性。
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