两种岩体抗剪强度参数量化方法探讨王凯王思远彭森良张根全摘要：在国际工程及一些小型工程中，常遇到取样试验获取岩体抗剪强度参数困难的情况。国内一般采用按规范分级查表方法给定参数，国外主要以GSI打分，结合Hoke-Brown准则确定。在分析两套方法理论的基础上，对比二者考虑的因素，结合案例应用情况，得到以下认识：①两套方法的原理均为岩石强度及结构面特性共同决定岩体抗剪强度;②对于同一工程的岩体研究对象，二者评价得出的抗剪强度参数值不一致，但工程评价效果相同;③国内规范法理论过程不够严谨，在国际工程中难以推广使用;④国外方法拟合摩尔库伦参数时所用的最小有效主应力可通过各工况有限元计算确定。关键词：抗剪强度参数;量化方法;规范法;GSI;Hoke-Brown准则中图法分类号：TV45文献标志码：ADOI：10.15974/jki.slsdkb.2021.07.004：1006-0081（2021）07-0017-07长期以来，国内在确定岩体抗剪强度参数时，依据室内外试验数据并由技术负责人把关以确保参数可靠[1-2]。近年来，随着水电行业发展日趋国际化[3-4]，工程地点横跨多个大洲，执行标准、工程种类不一，工程规模小，岩体抗剪强度参数的确定存在问题[5-7]。主要表现在以下方面：①取样审批手续繁杂、成本激增;②工程规模小、现场条件差使原位试验开展困难;③所在国试验环境落后，试验获取参数难度增加;④路途遥远、项目多，单位技术负责人精力有限，青年地质工程师经验不足，现场判定的岩体抗剪强度参数可靠度差，再加上执行标准不一，导致部分国际咨询工程对中国规范的认可度不高[5-7]。对于岩体抗剪强度参数的获取，国内主要采用规范分级，查表确定[1]，如GB/T50218-2014，GB50287-2006附录D，GB50487-2008附录E。国外主要采用现场GSI打分，结合Hoke-Brown准则确定[8]。为便于工程师准确使用两种方法，介绍了二者的基本求解过程及理论基础，对考虑的因子逐一进行比对分析，并结合具体工程案例，采用两种方法进行了参数确定和效果评价。1国内规范法以GBT50218-2014《工程岩体分级标准》为主要研究对象，分析国内抗剪强度参数量化过程。规范法确定抗剪强度参数的基本思路：岩体完整程度和岩石坚硬程度决定岩体的基本质量等级，划定基本等级后，据3类工程对象——地下工程、边坡工程、地基工程的特点对基本等级进行修正，得到最终岩体质量等级。根据等级查表确定相应岩体抗剪强度参数，并定性评价岩体稳定性，给定支护处理措施[9-10]（图1）。图中Rc为岩石饱和单轴抗压强度，Kv为岩体完整性指数。2Hoke-Brown准则及GSI打分国外咨询工程师在确定抗剪强度参数时遵循Hoke-Brown准则。该准则本质上是Hoke关于岩石脆性破坏及Brown关于节理化岩体破坏研究成果的综合，其确定抗剪强度参数的思路是：对完整岩石的力学参数按节理裂隙发育状态进行折减，得到岩体抗剪强度参数[11-14]，表达式如下：[σ′1=σ′3+σcimbσ′3σci+sa]（1）式中：[σ′1]，[σ′3]为最大、最小有效主应力;σci为岩石单轴抗压强度;mb，s，a为中间参数，由GSI，D，mi值给定，具体计算式见图2（a）。其中，GSI值表示结构面性状由野外描述（图3（a））或由RQD、JCond89实测打分给定[12，15-16]，D为施工扰动因子，mi为岩石材料參数，可查表及由室内三轴试验给定。基于Hoke-Brown准则确定抗剪强度参数的思路如图3（b）所示，即现场地质调查结合施工工法、室内试验或经验表格确定GSI，D，mi值。为便于工程计算软件使用，需将Hoke-Brown准则参数转化为摩尔库伦参数，具体转化过程见图2（b）。将两准则绘制在主应力坐标系下，限定[σt<σ′3<σ′3max]，使二者线上线下所围面积相等，给出抗剪强度参数的摩尔库伦准则表达式[11]。[c=σci1+2as+1-ambσ′3ns+mbσ′3na-11+a2+a1+6ambs+mbσ′3na-11+a2+a]（2）[φ=sin-16ambs+mbσ′3na-121+a2+a+6ambs+mbσ′3na-1]（3）式中：[σ′3n=σ′3maxσci]，[σ′3max]为Hoke-Brown准则与摩尔库伦准则等效概化的围压应力上限值（一般取σci/4）;[c]为摩尔库伦准则中的有效黏聚力;[φ]为摩尔库伦准则中的有效内摩擦角。需要说明的是，Hoke-Brown准则假定岩体峰值强度及变形量由岩块绕岩体内的节理裂隙系统...