某銅礦邊坡穩定性分析巖石力學參數確定

黃惟盛 駱宇

(江西銅業股份有限公司武山銅礦 九江 332000）

1 巖石力學測試

對某銅礦代表礦區典型鉆孔取樣，室內加工成標準試件。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，計算結果根據各組內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-應變為S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求得粘結力和內摩擦角。由單軸抗拉及單軸抗壓圍成的摩爾圓的包絡線，經過推導得出內摩擦角φ和粘結力c滿足下列公式：

由式（5）得到：

依牛頓切線法，有：

整理抗剪強度參數計算結果見表1。

表1 抗剪強度參數計算結果

2 巖石力學參數確定

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

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構面分布的特征系數，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構面間距（m）。

2.2 M.Georgi法

經驗關系：

式中：i—節理裂隙密度指數（條/米）。

2.3 Hoek-Brown經驗強度準則

Hoek-Brown經驗強度主要針對在巖石節理裂隙發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 巖石力學參數綜合選取

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

表2 綜合選取巖體力學參數表

4 結論

（1）采用目前廣泛使用的室內巖石力學參數試驗，對五種巖性進行多組進行單軸抗拉及抗壓，得出了可靠、準確的礦區五種主要巖性力學參數。

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

（3）根據礦區的地質特點及巖性特征，綜合工程化處理的結果得出礦區五種主要巖體力學參數，其結果更準確。更符合現場實際，為邊坡穩定性分析與計算提供可靠依據。