[发明专利]一种受不同采动影响坚硬岩体Hoek‑Brown参数m、s的求取方法

说明书

技术领域

本发明属于岩体力学和工程地质学领域，涉及一种受不同采动影响坚硬岩体Hoek-Brown参数m、s的求取方法。

背景技术

在我国，属于坚硬顶板的煤层约占三分之一左右，且分布在50％以上的矿区。坚硬顶板工作面悬顶大，矿压显现时间集中、强度大，对回采工作面构成极大威胁，而且可能诱发大的结构突变失稳，造成冲击地压等相关灾害，对煤层的安全开采构成巨大威胁。大量研究表明，岩体破坏是一种典型的非线性破坏，Hoek-Brown准则作为岩体经验强度准则，由于其能够将岩体非线性破坏特征(现场开采影响)表现出来，因此，目前在工程实践中得到较为广泛的应用。m、s作为Hoek-Brown强度准则中描述岩体宏观特性的两个重要参数，其取值的正确与否，将直接关系着对工程安全性的正确判断。

我国绝大部分矿区赋含多煤层，下部煤层开采过程中对上部顶板造成重复损伤，顶板损伤加剧并累积，微观上从岩体强度出发，受不同采动影响，岩体的Hoek-Brown参数m、s不同，宏观上则有可能造成一系列不良后果：轻则工作面强矿压显现，煤壁片帮严重，严重时煤柱破坏，可能会诱发覆岩空间大的结构突变失稳，造成冲击地压等严重灾害，对下部工作面的开采安全构成严重威胁。

目前工程地质领域一般获得霍克布朗参数的方法主要有：查表估计、岩体分类指标RMR、RMI及Q现场估算等常规计算方法。然而上述方法虽然能够得出m、s，但存在以下缺陷：①计算结果误差较大，精度较低；②不同地域岩体组分、含量不同进而造成了其呈现不同的强度，很难用统一的标准去判别；③对于受多次采动影响的岩体时人为因素考虑较多，计算结果更不准确，有时甚至错误。对于受不同采动影响的坚硬岩体Hoek-Brown参数m、s求取较少见到，且受现场地质条件影响等，对于求取的m、s可靠度有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于提出一种受不同采动影响坚硬岩体Hoek-Brown参数m、s的求取方法，其采用如下技术方案：

一种受不同采动影响坚硬岩体Hoek-Brown参数m、s的求取方法，包括如下步骤：

s₁采前取芯

根据现场实际，并结合岩层柱状图确定取芯的地点及岩性；制定取芯方案；将取出的岩芯进行密封处理；

s₂采后取芯

在本煤层开采之后，下煤层开采之前对开采煤层上覆岩层再次取芯，并将取出的岩芯进行密封处理；

待下煤层开采之后，对开采过的上煤层顶板再次取芯，并将取出的岩芯进行密封处理；

s₃标准试件加工

对步骤s₁和步骤s₂取回的岩芯通过钻取、切割、打磨三道工序，加工为标准试件；

s₄将标准试件分类

根据受采动影响次数将加工完成的标准试件分为3类：第Ⅰ类为未受采动影响的无损岩石试件；第Ⅱ类为受一次采动影响的岩石试件；第Ⅲ类为受二次采动影响的岩石试件；

其中，上述每一类岩石试件保证与层位岩性一一对应；

s₅单轴、三轴试验

将第Ⅰ类岩石试件通过单轴压缩试验获取其单轴抗压强度σ_ci；

对第Ⅱ类试件进行三轴试验，每组试样分别施加5～40MPa的围压，然后施加轴压，直至试样破坏，记录整个加载过程的中荷载位移曲线；

对第Ⅲ类试件进行与第Ⅱ类试件相同过程的三轴试验；

s₆求取Hoek-Brown参数的m、s值

根据Hoek-Brown准则计算每组条件下的m值和s值，计算过程如下：

将变形为：(σ₁-σ₃)²＝mσ₃σ_ci+sσ_ci²；

式中，σ₁、σ₃分别为岩体破坏时的最大主应力、最小主应力，σ_ci为完整岩块的单轴抗压强度，m、s为与岩体特性有关的材料常数：m反映了岩块的坚硬程度，其取值为1×10^-7～25；而s反映岩体的破碎程度，其取值范围为0～1；

对于第Ⅰ类试件，令s＝1，利用3～5组试验数据，取其平均值便可得出完整岩体的m值；

对于第Ⅱ类试件及第Ⅲ类试件利用至少4组实验数据进行数据拟合，获得m、s值。