隧道围岩稳定分析中Hoek-Brown 强度准则的运用

姜 曦

1 概述

目前国内高速公路和高速铁路的大量建设，隧道的使用也越来越广泛。因此隧道围岩的稳定性分析变得日益重要，因为围岩稳定性分析又是地下工程，尤其是隧道工程设计、施工中的重要环节，直接影响着工程的安全性和经济合理性。同时，围岩岩体的变形和破坏的形式特点，不仅与岩体内的初始应力状态和隧道形状有关，而且还与围岩的岩性及岩体结构有关。

2 围岩失稳原因分析

围岩的稳定性问题是一个复杂的非线性力学问题，通常伴随着变形非均匀性、非连续性和大位移等特点。影响洞室稳定的因素众多，关系错综复杂，找出一个普遍适用的定量失稳判据是困难的。通常认为隧道结构失稳包括两个大的方面，一个是隧道围岩失稳，另一个是支护结构失稳。围岩失稳不一定指围岩完全坍塌，它可以指围岩局部失稳而造成的各类塌方，局部掉块则不属于围岩失稳问题。隧道围岩失稳主要指各类塌方，现在一般认为，当隧道坍塌高度H或平均坍塌高度H0满足下列条件之一者，即判定为塌方[1]:

其中，Q为坍塌的纵向总数量，m3;L为坍塌的长度，m;S为隧道的周长，m。

3 基于Hoek-Brown强度准则的围岩稳定分析方法

在经典岩体力学围岩稳定分析理论的基础上，1980年，E.Hoek和E.T.Brown遵循以下三个原则，在分析Griffith理论和修正Griffith理论的基础上，根据自己在岩石力学方面深厚的理论功底和丰富的实践经验，通过对大量岩石三轴试验资料和岩体现场试验成果的统计分析，用试错法导出的岩块和岩体破坏时极限主应力之间的关系式，即为 Hoek-Brown 强度准则[2，3]。……