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Collapse analysis of tunnel floor in karst area based on hoek-brown rock media

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Journal of Central South University 2017年第4期24卷 957-966页

作者： YANG Xiao-li LI Zheng-wei LIU Zheng-an XIAO Hai-bo School of Civil Engineering Central South University Changsha 410075 China

Collapse shape of tunnel floor in hoek-brown rock media is investigated with the functional catastrophe theory. The stability of rock system in tunnel floor, which is determined by thickness, half collapse width, half length of cave and detaching curve, has great secure and economic significance in practical engineering. To investigate the failure mechanisms and the outline of detaching block, a reliable damage model is presumed by making reference to the limit analysis theory. The analytical solutions of detaching curve, half collapse width on tunnel floor and the critical and maximum values of collapse thickness are derived based on hoek-brown criterion and functional catastrophe theory. The result shows that 0.5 is a most probable condition for instability, and the shape of detaching curve is a part of parabola. It is reasonable by comparing with previous theory and analogous experiments. The effects of major factors on thickness and half collapse width are further discussed. Numerical calculations and parametric analysis are carried out to illustrate the effects of different parameters on the mechanism, which is significant to the stability analysis of tunnel floor in rock media.

关键词： karst functional catastrophe theory hoek-brown criterion safety thickness tunnel floor upper bound

一种简便的岩石三维hoek-brown强度准则

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岩石力学与工程学报 2015年第S1期34卷 2996-3004页

作者：姜华长安大学公路学院陕西西安710064

针对岩石hoek-brown(HB)强度准则无法考虑中间主应力对强度的影响的问题,借鉴混凝土Ottsosen强度准则表达式,提出一个简便三维HB准则。详细推导所提出准则的3种不同表达式,并对其强度破坏面图像外凸性和光滑性进行证明。涉及的待定参数... 详细信息

针对岩石hoek-brown(HB)强度准则无法考虑中间主应力对强度的影响的问题,借鉴混凝土Ottsosen强度准则表达式,提出一个简便三维HB准则。详细推导所提出准则的3种不同表达式,并对其强度破坏面图像外凸性和光滑性进行证明。涉及的待定参数采用多元非线性拟合模型确定,采用8种不同的岩石真三轴试验验证模型的合理性。同时比较新强度准则3种不同表达式得到的确定系数,进一步与其他3个三维HB准则进行了比较。结果表明准则不但简便,具有较高的精度,且便于进一步形成弹塑性本构。

关键词：岩石力学强度准则 hoek-brown 三维hoek-brown 非线性拟合

基于hoek-brown非线性极限平衡法的边坡安全系数

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中南大学学报（自然科学版） 2013年第6期44卷 2537-2542页

作者：李文渊吴启红成都大学城乡建设学院四川成都610106

为了建立hoek-brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与hoek-brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到hoek-brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析hoek-brown参数对于边坡安全系数... 详细信息

为了建立hoek-brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与hoek-brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到hoek-brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析hoek-brown参数对于边坡安全系数的影响,研究结果表明:岩体材料的等效黏结力与弱化因子D呈线性关系,而与岩体地质强度指标IGS、完整岩石单轴抗压强度σci和完整岩石参数mi呈非线性关系;等效内摩擦角与各hoek-brown参数均呈非线性关系。随D的增大,边坡安全系数F线性减小;随IGS的增大,F非线性增大;当σci较小时,F和σci关系呈现一定非线性特征,当σci较大时,二者呈现线性关系特征;F随mi的增大,呈先减小后增大的趋势。

关键词： hoek-brown 极限平衡法边坡安全系数参数分析

基于hoek-brown的岩石横观各向同性屈服准则研究

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岩土力学 2022年第1期43卷 139-151页

作者：郑艳妮张强张升贾朝军雷明锋中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 中国水利水电科学研究院北京100048

为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度σ_(cβ)随层理倾角β而变化,提出了基于微结构张量的修正hoek-brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同... 详细信息

为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度σ_(cβ)随层理倾角β而变化,提出了基于微结构张量的修正hoek-brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同围压(0、5、10、15和20 MPa)下的三轴压缩试验,结果显示,页岩峰值强度与层理倾角β呈“U”形曲线关系,在围压较低时呈“肩”形曲线关系,弹性模量E_(t)和泊松比ν对围压不敏感,其平均值随层理倾角β的变化关系分别呈倒“U”形、“肩”形。页岩的微观和宏观破坏图像表明,其破坏模式受围压和层理倾角双重控制。试验值与模型预测值的对比表明,修正的hoek-brown屈服准则可较好地对页岩强度的各向异性进行模拟。同时,采用Koteshwar千枚岩、Koteshwar板岩、绿泥石片岩等层状结构岩石的单轴和三轴压缩试验数据,进一步验证了提出的修正hoek-brown屈服准则对多数具有层理结构的横观各向同性岩石峰值强度模拟具有普遍适用性,并对屈服准则在试验数据较多和较少情况下的峰值强度模拟效果进行了评价。

关键词：层状页岩横观各向同性 hoek-brown 屈服准则

基于广义hoek-brown屈服准则的极限分析下限有限元法

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岩土力学 2021年第6期42卷 1733-1742页

作者：孙锐阳军生李雨哲杨峰刘守花中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于复合锥优化技术,提出一种基于广义hoek-brown屈服准则的极限分析自适应下限有限元计算方法。广义hoek-brown屈服准则在主应力空间中的棱线以及尖点处存在数值奇异性等问题,在极限分析有限元方法中的应用一般都需要对其进行近似化处... 详细信息

基于复合锥优化技术,提出一种基于广义hoek-brown屈服准则的极限分析自适应下限有限元计算方法。广义hoek-brown屈服准则在主应力空间中的棱线以及尖点处存在数值奇异性等问题,在极限分析有限元方法中的应用一般都需要对其进行近似化处理。如何准确有效地处理该屈服准则,一直是极限分析有限元方法中的难点问题。针对这一问题,基于复合锥优化技术将广义hoek-brown屈服函数转化为由半定规划(SDP)约束和幂锥规划(PCP)约束组成的复合锥优化约束,从而直接将该屈服准则应用到极限分析下限有限元方法中,不需要对其数值奇异性问题做额外近似处理。同时,采用所提方法处理屈服准则可以获得严格的下限解。为了提高所提方法的计算精度,引入一种基于单元节点应力的自适应加密策略,在既有研究的基础上,编制相应的极限分析自适应下限有限元计算程序,并开展经典案例对比分析。结果表明该方法可获取较高精度的下限解。

关键词：下限理论有限元 hoek-brown 复合锥优化

hoek-brown扰动系数D对边坡稳定性的影响

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长江科学院院报 2020年第6期37卷 147-152页

作者：占绍祥黄华杰舒峥郑会会沈佳轶浙江大学港口海岸与近海工程研究所浙江舟山316000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

hoek-brown(HB)强度准则中的扰动系数D可反映爆破开挖对岩体扰动的程度。然而,在常规的数值模拟中,往往单一的D值被赋予到整个岩体工程中,这并不符合实际工程情况,因为岩体在未扰动区与爆破开挖扰动区的力学参数存在很大的差异。因此,... 详细信息

hoek-brown(HB)强度准则中的扰动系数D可反映爆破开挖对岩体扰动的程度。然而,在常规的数值模拟中,往往单一的D值被赋予到整个岩体工程中,这并不符合实际工程情况,因为岩体在未扰动区与爆破开挖扰动区的力学参数存在很大的差异。因此,本研究采用多平行坡面的分层建模方法来模拟D值随距爆破开挖面的距离增加而逐渐衰减的情况,分析了扰动系数D值变化对边坡稳定性的影响。首先,分析了爆破开挖扰动区厚度T对边坡安全系数FOS的影响。其次,分析了在爆破开挖扰动区内D值按3种变化规律(上凸、线性、下凹)衰减对边坡稳定性的影响。研究表明随着T的增加,边坡安全系数都呈下降的趋势,D值选用上凸曲线衰减得到的边坡安全系数相对其他2种衰减方式更加保守。该研究结果对HB准则在岩质边坡稳定性数值计算中的广泛应用有一定的参考价值。

关键词：岩质边坡稳定性分析扰动系数 hoek-brown 扰动区厚度

hoek-brown岩体强度估算新方法及其工程应用

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西安科技大学学报 2006年第4期26卷 456-459,464页

作者：王成虎何满潮中国地震局地壳应力研究所北京100085 中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083

如何利用现场调查和室内试验来估算工程岩体强度参数一直是众多工程技术人员要解决的难点问题,而hoek-brown强度准则为此提供了一条良好的途径。文中详细介绍了hoek-brown强度准则的由来、发展及目前的发展现状和应用状况,并介绍了最新... 详细信息

如何利用现场调查和室内试验来估算工程岩体强度参数一直是众多工程技术人员要解决的难点问题,而hoek-brown强度准则为此提供了一条良好的途径。文中详细介绍了hoek-brown强度准则的由来、发展及目前的发展现状和应用状况,并介绍了最新的hoek-brown强度准则和岩体强度估算方法的内容。最后笔者结合国内的一个大型水电工程,详细介绍了其应用和效果,说明该方法完全解决了工程岩体强度参数估算的问题,而且效果良好,有着广泛的应用前景。

关键词： hoek-brown 强度准则岩体强度

边坡岩体力学参数对hoek-brown准则参数敏感性的综合性分析

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工程地质学报 2013年第4期21卷 613-618页

作者：许飞胡修文黄香亮童纪伟胡盛明中国地质大学工程学院武汉430074 南昌工程学院水利与生态工程学院南昌330099

针对广义hoek-brown准则参数敏感性分析单因素法的局限性,提出利用正交试验法来研究准则参数对岩体力学参数的影响,该方法可以对各因素的影响进行综合性分析,避免单因素法的片面性。以龙桥特大桥5#拱座所在边坡为工程背景进行了基于正... 详细信息

针对广义hoek-brown准则参数敏感性分析单因素法的局限性,提出利用正交试验法来研究准则参数对岩体力学参数的影响,该方法可以对各因素的影响进行综合性分析,避免单因素法的片面性。以龙桥特大桥5#拱座所在边坡为工程背景进行了基于正交试验的准则参数敏感性分析。结果表明:地质强度指标GSI对岩体的变形参数Em的影响最显著;岩石抗压强度σci和岩体扰动系数D对岩体的强度参数C、的影响最显著;总体来说,岩体力学参数对地质强度指标GSI与岩石抗压强度σci最敏感,对岩体扰动系数D次之,最后为岩石的hoek-brown参数mi;并且准则参数之间无交互作用,相对独立。

关键词：广义 hoek-brown 准则边坡岩体力学参数正交试验综合性分析

基于广义hoek-brown准则的圆形巷道围岩弹塑性解析

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采矿与安全工程学报 2024年

作者：王红英张强吴培楠韩立军韩贵雷中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室中国矿业大学力学与土木工程学院江苏建筑职业技术学院交通工程学院华北有色工程勘察院有限公司

hoek-brown屈服准则广泛用于巷道围岩的弹塑性分析，但由于广义hoek-brown屈服准则的非线性，至今仍未获得基于该准则的圆形巷道围岩在静水压力作用下的弹塑性位移解析解。基于广义hoek-brown屈服准则和非关联流动特征，推导了圆形巷道... 详细信息

hoek-brown屈服准则广泛用于巷道围岩的弹塑性分析，但由于广义hoek-brown屈服准则的非线性，至今仍未获得基于该准则的圆形巷道围岩在静水压力作用下的弹塑性位移解析解。基于广义hoek-brown屈服准则和非关联流动特征，推导了圆形巷道围岩应力理论解；利用变量代换方法，将巷道塑性区围岩位移解表达式中以对数函数为底数的指数积分项表示为幂函数与指数函数乘积的形式；进而利用级数展开方法，将其转换为一系列幂函数之和的积分项，进而获得了塑性区围岩径向位移解析表达式。基于五种类型的理想弹（脆）塑性岩石算例，将推导的解析解与数值积分解、近似理论解进行了对比，验证了其正确性，该解析解可为广义hoek-brown屈服地层的圆形巷道弹塑性分析提供基准。

关键词：圆形巷道解析解弹塑性屈服准则 hoek-brown