[发明专利]岩石边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种岩石边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数确定方法及系统。该方法包括：在爆破开挖损伤区，垂直于岩石边坡坡面方向钻设声波测试孔；在声波测试孔内不同深度处分别测试岩体纵波速度；根据计算声波测试孔内不同深度处的扰动因子D，其中，c_p为测试得到的岩体纵波速度，c_p0为未损伤岩体的纵波速度；根据声波测试孔内不同深度处的扰动因子，确定坡爆破开挖损伤区不同深度处岩体的力学参数。本发明能够对Hoek‑Brown准则中的扰动因子进行量化，进而准确和快速地估算爆破开挖损伤区内的岩体力学参数。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种岩石边坡爆破开挖损伤区岩体力学参数确定方法及系统。

背景技术

岩石边坡爆破开挖过程中，爆炸应力波和开挖卸荷会导致开挖面附近的保留岩体受到损伤，形成开挖损伤区。开挖损伤区内的岩体力学性能劣化、完整性变差，影响边坡的稳定。因此，获取爆破开挖损伤区内的岩体力学参数对岩石边坡稳定性评价和支护设计具有十分重要的意义。

现场原位试验如承压板法试验、直剪试验是获取岩石边坡岩体力学参数最直接、最有效的方法。然而，开展现场原位试验周期长、费用高，且在高陡的边坡坡面上不便布置大型实验设备。因此，单纯依靠现场原位试验还难以实时、快速、大范围地获取岩石边坡爆破开挖损伤区内的岩体力学参数。

为了快速获取工程现场的岩体力学参数，工程师和科研人员常根据现场的工程地质条件和岩体结构面特征，采用一些经验公式对完整岩石的力学参数进行折减，以此估算现场的岩体力学参数。其中较常用的经验公式是广义的Hoek-Brown破坏准则。Hoek-Brown准则2002版通过引入扰动因子D来反映爆破开挖引起的岩体损伤对岩体力学参数的弱化，扰动因子D的引入使得广义Hoek-Brown准则可用来估算爆破开挖损伤区的岩体力学参数。广义Hoek-Brown准则的表达式为：

式中：σ₁和σ₃分别为岩体破坏时的最大主应力和最小主应力；σ_ci为完整岩石试件的单轴抗压强度；m_b、s和a为岩体材料参数，与岩性和岩体结构面情况有关。m_b、s和a表示为地质强度指标GSI和扰动因子D的函数：

式中：m_i是完整岩石的材料常数，反映岩石的软硬程度；地质强度指标GSI的取值与岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态以及结构面表面特征有关；扰动因子D反映了爆破开挖扰动的强弱及岩体损伤程度，其取值范围为0～1，对于未损伤的岩体，D＝0，对于严重损伤的岩体，D＝1。

在广义Hoek-Brown破坏准则中，岩体变形模量E_rm、单轴抗压强度σ_c、单轴抗拉强度σ_t、内摩擦角和黏聚力c由下式给出：

σ_c＝σ_ci·s^a (6)

式中：σ_3n＝σ_3max/σ_ci，σ_3max为最小主应力的上限值，对于边坡工程，

式中：γ为岩体重度；H为边坡高度。