广义三维Hoek-Brown岩体强度准则的修正及其参数多尺度研究

摘要：

博士学位论文对广义三维 Hoek-Brown(H-B)强度准则的修正及其岩石和岩体参数确定方法、基于颗粒流模型的岩石和岩体细观数值建模方法、宏/细观尺度下修正广义三维Hoek-Brown强度准则参数的多尺度联系等进行了较为系统和深入地研究，主要研究内容和研究成果如下：(1)采用3种不同Lode势函数的替代方法对广义三维H-B强度准则的屈服面进行修正，并对修正后的广义三维H-B强度准则进行了屈服面光滑和全凸性的验证以及强度预测精度的验证和评价。研究结果表明，该修正广义三维H-B强度准则不但拥有较高的强度预测精度，而且较好地解决了广义三维H-B强度准则屈服面的不光滑和非全凸性的问题。(2)运用收集的真三轴试验数据，对修正广义三维H-B强度准则的岩石参数进行了最佳拟合，并借鉴H-B强度准则参数确定方法，提出了适用于修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi和岩体参数mb，s，a确定方法。(3)采用细观球形颗粒对岩石进行颗粒流数值建模和试验，研究了球形颗粒的尺寸、尺寸分布、黏结模型、黏结的法向和切向强度、颗粒间摩擦因数等细观参数对修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi(mi＜12)的影响，得出了细观颗粒产生互锁结构的紧密程度是控制整岩石参数mi的关键因素的结论。(4)提出了非球形颗粒间接建模的方法，采用细观非球形颗粒对岩石进行颗粒流数值建模，在细观尺度上构建更加紧密的互锁结构，所建立的岩石数值模型可以反映所有类型的岩石，较好地解决了基于颗粒流模型开展岩石和岩体参数细观研究的难点问题。(5)采用细观非球形颗粒对岩石进行数值建模和试验，研究了非球形颗粒的数量、尺寸、长宽比、形状等细观参数对修正广义三维H-B强度准则岩石参数mi(mi＞12)的影响，并对2种典型的岩石LDB花岗岩和Carrara大理岩进行了建模和验证。通过建立岩石参数在细观尺度、宏观尺度以及工程尺度的联系，为修正广义三维H-B强度准则提供了多尺度的理论依据。(6)结合“固有型”和“诱导型”各向异性岩石的细观数值建模和试验，对各向异性明显的修正广义三维H-B强度准则完整(I)岩体和块体(B)岩体参数 mb，s，a 开展了多尺度研究，研究结果表明，采用细观尺度的颗粒流建模不但可以重现宏观尺度的各向异性基本性质，而且可以较精确反映修正广义三维H-B强度准则岩石和岩体参数。(7)结合分形理论和统计数据对不同尺寸的岩石分别进行了数值建模，通过数值试验对岩石尺寸效应进行验证，并对修正广义三维H-B强度准则完整(I)岩体、块体(B)岩体和非常块体(VB)岩体参数mb，s，a开展了尝试性多尺度研究。研究表明，采用细观尺度的颗粒流建模不但可以重现宏观尺度的尺寸效应基本性质，为颗粒流在岩石和岩体力学与工程中的应用开拓广阔的前景，更为重要的是可以为工程中岩石和岩体参数的确定提供更加可靠的依据。

关键词：岩石力学、Hoek-Brown强度准则、多尺度研究、颗粒流模型

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金重点项目41130751；教育部长江学者创新团队计划PCSIRT，IRT1029；国家自然科学基金资助项目41272289

在线出版日期：2015-04-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共1页

页码：647-647