0 前言

获得岩体力学参数的最准确方法自然是进行现场大型试验，但其工程浩大、费用高昂，非一般工程力所能及，一般情况下只做室内岩块试验。众所周知，岩体是一种复杂的地质介质，由于岩体中节理裂隙的存在，以及水、风化等外营力的作用，使得岩体与相应的岩石试块的力学性质之间有较大的差异。因此，将室内岩石试块力学参数用于工程实践时，必须根据现场岩体情况进行处理，以反映岩体的结构效应或尺寸效应。

1 岩石力学参数

大厂91号矿体位于广西南丹县大厂镇内，为一似层状细脉浸染交代型锡石—硫化物多金属矿体。矿体倾角15~20°, 走向长1066m, 倾斜长480m, 最大厚度50m, 平均厚度15m, 埋深300m左右，赋存于小扁豆灰岩、细条带灰岩和宽条带灰岩中。对矿体及其顶底板共5种矿岩进行了室内物理力学性质测试(垂直层面），其测试结果见表 1。

2 岩体质量评价 2.1 评价方法

长期以来，众多的研究者为评价岩体质量对岩体的分类做了大量的工作。E.Hoek和E.T.Brown在文献[1]中对多种分类方法进行了综述。其中Z.T.Bieniawski提出的CSIR工程地质分类法考虑了岩块质量指标(RQD）、节理间距、节理条件、水的弱化、以及节理与岩体工程的空间几何关系等多种影响因素。由于这种方法所考虑的因素较为全面，故采用该法进行岩体质量评价。

2.2 原始条件

各种岩石单轴抗压强度见表 1。按钻孔岩芯及节理密度统计获得的RQD指标，以及由调査所取得的岩体节理平均间距和密度见表 2。

2.3 质量评价

根据矿山地质调査结果，按照CSIR分类评价方法，对5种岩体的质量进行了评价，其结果列于表 3。

3 力学参数的工程处理 3.1 变形模量的工程处理

由于岩体中节理弱面的存在，使得岩体的变形模量比相应岩石试块的变形模量低得多。因在现场作岩体试验需要的经费多，所以岩体的变形模量一般由室内岩块试验结果折减而获得^[2]，也可由声波法求得^[3], 还可利用岩体质量指标RQD确定岩体变形模量与岩石变形模量比值的方法^[4], 以及岩体变形常数的理论预计方法^[5]。Z.T.Bieniawski工程地质分类法考虑的因素全面，故广泛采用该法来确定岩体的变形模量。

Z.T.Bieniawski通过对大量的岩体工程总结与统计分析，得出岩体变形模量E_m与CSIR计分值RMR之间存在下述关系：

(1)

当RMR<5 0时，由Sarafim和Pereira研究得出另一表达式^[3]:

(2)

依据式(1)确定的岩体变形模量以E_ml表示，由表 1的E_L确定的岩石变形模量以E_m2表示。各种岩体的变形模量见表 4。表 4中E＇_m按文献[2]中的关系式0.2<E_m/E_L<0.6(<0.2按0.2折算，>0.6按0.6折算)确定。

3.2 强度指标的工程处理

由岩石强度指标弱化而获得岩体强度指标的工程处理方法很多。下面分别用M.Gergi法、Z.T.Bieniawski法、以及Hoek-Brown法对岩体的强度指标进行工程处理。

3.2.1 M.Gergi处理方法

M.Gergi通过大量试验及调査研究^[6]，发现由下述经验公式可将岩石的内聚力换算成岩体的内聚力：

(3)

式中：i—岩体的裂隙密度；

     C_L—岩石试块的内聚力。

3.2.2 Z.T.Bieniawski处理方法

该法是依据节理岩体的CSIR分类估计岩体的内摩擦角和内聚力，其估计结果与(3)式换算的C_m一并列入表 5中。

3.2.3 Hoek-Brown处理方法

Hoek-Brown在认可CSIR计分分类方法的前提下，通过大量的试验和统计分析，为节理岩体提出了一个经验破坏判据，其基本方程^[1]为：

(4)

式中：[σ₁]—岩体三向抗压强度；

     σ₃—最小主应力；

     σ_c—完整岩块的单向抗压强度；

     m、s—岩体质量的无量纲常数。

在没有试验数据的情况下，Hoek-Brown建议用Barton等人及Bieniawski的岩体分类法来估定常数m、s的数值。根据文献[1]估定的m、s值列于表 6。

(1) 岩体单向抗压及抗拉强度。在(4)式中，令σ₃= 0, 可求得岩体单向抗压强度σ_cm, 令[σ₁] = 0, 可求得岩体单向抗拉强度σ_tm，计算公式如下：

(5)

(2) 岩体抗剪强度。在岩体服从莫尔-库仑准则的前提下，可由(5)式和下面的(6)式联合求得岩体的抗剪强度指标C、值。

(6)

式中:C—内聚力；

     —内摩擦角。

莫尔-库仑准则可表示为如下形式：

(7)

借助于岩体强度表达式(4), 求得成对的σ₃, [σ₁]值，再依(7)式进行回归分析，亦可估定岩体抗剪强度指标C、值。C、值与单轴抗压和抗拉强度同时列在表 7中。

3.3 岩体力学参数推荐值

依据岩石试块的实验结果，参考众多专家的研究成果，对大厂91号矿体的岩石力依据岩石试块的实验结果，参考众多专学参数作了工程处理，推荐值见表 8。

4 结论

力学参数实验是一个十分复杂而且尚未得到完全解决的课题。岩体力学参数的确定既取决于严格、正确的实验结果，还须要有研究者的工程经验和正确的判断。本研究采用多种方法对广西大厂91号矿体的岩石力学参数作了工程处理。结果表明，由于岩体中结构弱面的存在，以及地下水等因素的影响，使得岩体的强度及变形模量较相应的岩石来说要低得多。