某銅礦邊坡穩(wěn)定性分析巖石力學參數(shù)確定

黃惟盛 駱宇

(江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦 九江 332000）

1 巖石力學測試

對某銅礦代表礦區(qū)典型鉆孔取樣，室內(nèi)加工成標準試件。試驗儀器采用新SANS微機控制電液伺服剛性試驗機和STDZ-3型數(shù)顯點荷載儀。

1.1 抗壓強度、彈模和泊松比試驗

試驗加工成直徑為50mm的圓柱體，高徑比2：1，在圓柱體表面粘貼兩種對稱的橫向及縱向應變片，統(tǒng)一采用縱向加載方式。試驗按巖性分為五組，每組不少于三塊試樣，計算結(jié)果根據(jù)各組內(nèi)不同試塊的值取平均值,抗壓強度cσ計算公式如下：

式中：P—試件的破壞荷載；A—試件橫截面積。

在應力-應變?yōu)镾型的曲線上一般可求得三種不同的彈模，工程中取直線段的切線彈模，彈性模量E的計算公式如下：

式中：σ1、σ2—直線段上任意兩點的軸向應力；ε1、ε2—對應于σ1、σ2的軸向應變。

1.2 抗拉強度試驗

抗拉強度測試采用圓柱試樣對徑壓縮方法即巴西劈裂法間接測定，試驗采用剛性壓力機進行，加載速度采用應力控制加載，加載速率為200N/S，直到試件破壞，求出抗拉強度。拉伸強度按下式（3）計算公式如下：

式中：P—峰值載荷；D—試件直徑；L—試件高度。

1.3 抗剪強度確定

通過巖石的單軸抗拉強度σ、抗壓強度σc求得粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角。由單軸抗拉及單軸抗壓圍成的摩爾圓的包絡線，經(jīng)過推導得出內(nèi)摩擦角φ和粘結(jié)力c滿足下列公式：

由式（5）得到：

依牛頓切線法，有：

整理抗剪強度參數(shù)計算結(jié)果見表1。

表1 抗剪強度參數(shù)計算結(jié)果

2 巖石力學參數(shù)確定

常用的方法為費費辛柯、M.Georgi法和Hoek-Brown經(jīng)驗強度準則。

2.1 費辛柯法

其換算公式為：

式中：a-取決于巖石強度和巖體結(jié)構(gòu)面分布的特征系數(shù)，不同巖石的a值參考相關標準值；H-巖體破壞高度，取邊坡高度（m）；L-破壞巖體被切割的原巖石尺寸即結(jié)構(gòu)面間距（m）。

2.2 M.Georgi法

經(jīng)驗關系：

式中：i—節(jié)理裂隙密度指數(shù)（條/米）。

2.3 Hoek-Brown經(jīng)驗強度準則

Hoek-Brown經(jīng)驗強度主要針對在巖石節(jié)理裂隙發(fā)展的基礎上得出的破壞準則：

Hoek-Brown準則的提出者通過考慮爆破及應力釋放對圍巖強度的影響，新的Hoek-Brown準則公式為：

當25＞GSI時；

當25＜GSI時；

3 巖石力學參數(shù)綜合選取

綜合考慮試驗測試、工程處理結(jié)果以及各設計院研究成果，得出巖體力學參數(shù)見表2。

表2 綜合選取巖體力學參數(shù)表

4 結(jié)論

（1）采用目前廣泛使用的室內(nèi)巖石力學參數(shù)試驗，對五種巖性進行多組進行單軸抗拉及抗壓，得出了可靠、準確的礦區(qū)五種主要巖性力學參數(shù)。

（2）介紹了目前國內(nèi)外比較廣泛使用的幾種巖體力學參數(shù)工程化處理的方法，采用上述幾中方法對巖體力學參數(shù)進行處理，數(shù)據(jù)結(jié)果表明，不同的處理方法，其結(jié)果也不盡相同，個別方法得出的結(jié)果相差甚大，這充分說明不同的方法存在一定的適用范圍。

（3）根據(jù)礦區(qū)的地質(zhì)特點及巖性特征，綜合工程化處理的結(jié)果得出礦區(qū)五種主要巖體力學參數(shù)，其結(jié)果更準確。更符合現(xiàn)場實際，為邊坡穩(wěn)定性分析與計算提供可靠依據(jù)。