一种改进的真三轴Hoek–Brown强度准则

摘要

Hoek–Brown强度准则已经广泛应用于岩石与岩体力学分析、岩石边坡稳定性分析、岩石隧道设计等领域，但常规Hoek–Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响，应用上不能反映岩石的真三轴力学性能，因此有必要对Hoek–Brown强度准则进行改进。通过分析岩石的真三轴试验结果，明确了岩石中间主应力对岩石强度的影响存在增强和抑制两种特征，当中间主应力大于临界值σ^*₂时，岩石强度被增强；当中间主应力小于临界值σ^*₂时，岩石强度被减弱。基于中间主应力的临界应力状态，引入中间主应力系数β，将一种2维Hoek–Brown强度准则改进为真三轴Hoek–Brown强度准则。采用非线性拟合方法确定了模型中的参数，通过对比8种岩石类型的真三轴试验数据，对改进后强度准则的精确性和普适性进行验证，并与其他3种真三轴强度准则做对比。结果表明：改进的真三轴强度准则的最佳参数m取值均能落在Hoek和Brown建议的取值区间，能够继承Hoek–Brown强度准则的优点。改进后的强度准则对8种岩石类型的均方根差（RMSE）均低于另外3种准则，能够准确预测岩石强度，且适用于大多数岩石类型，较好地体现了中间主应力对岩石强度的影响；Pan–Hudson准则总是在低σ₂条件下高估岩石强度值，在高σ₂条件下低估岩石强度值；Zhang–Zhu和Priest准则对岩石类型具有较强依赖性，描述精度较差。因此，改进的真三轴Hoek–Brown强度准则具有重要的应用推广价值。

关键词

强度准则 / Hoek–Brown强度准则 / 中间主应力 / 真三轴

基金资助

国家自然科学基金重点项目（地区联合基金）（U20A20266）;国家自然科学基金面上项目（51774248）; 四川省科技厅项目（2022YFSY0007）