岩质边坡岩体抗剪强度参数选取方法

□杨立建

王小元

施晓文

杜鹏飞

【内容摘要】由于核电厂对厂址条件要求的特殊性，各核电厂址都或多或少的存在着岩质边坡问题，边坡岩体抗剪强度参数是

边坡稳定性计算分析的重要基础，选取合适的参数进行边坡设计，对电厂的安全十分重要。本文对岩质边坡稳定

性计算中岩体抗剪强度的获取方法进行了综述，对各方法的适用范围、优缺点进行了总结。以某核电厂岩质边坡

采用多种方法综合确定岩体抗剪强度参数，并进行了稳定性计算，结果表明：采用多种方法综合确定岩体抗为例，

剪强度参数是合理和可靠的。

【关键词】岩质边坡；抗剪强度；稳定性计算；参数选取

【作者单位】杨立建，王小元，施晓文，杜鹏飞；中国核电工程有限公司

在核电厂的建设中，各核电厂址都或多或少的存在着岩质边坡的问题，边坡岩体抗剪强度参数是边坡稳定性计算分强度参数的正确性、合理性直接影响计算结析的重要基础，

不连续和非均匀等特果的准确性。由于岩体具有各向异性、

以及岩体结构的复杂性，使得岩体抗剪强度的确定一直点，

是一个难题。本文将对几种常用的岩体抗剪强度参数确定总结各方法的适用范围和优缺点，并以某核方法进行介绍，

选取岩体抗剪强度参数，进行稳定性电厂岩质边坡为例，计算。

一、参数确定方法

对于岩体抗剪强度参数，目前常用的确定方法主要包括

规范BQ估算法、经验公式、反演分析法、工程地现场试验法、

，其中经验公式比较常用的有Hoek－Brown经质类比等

验公式、吉格法、费辛柯法等，以下对这几种方法进行介绍。（一）现场试验法。现场试验是指岩体直剪试验［11］，能

适合于具有现场试验条件的各直接获得岩体抗剪强度指标，

类岩体边坡。该方法的优点是取得的岩体抗剪强度指标最

也比较可靠，缺点是试样制备难度大、试验设备运输为直接，

耗资较大等问题。安装及整个试验过程费时费力、

（二）规范BQ估算法。国家标准《工程岩体分级标准》（GB/T50218－2014）［12］根据岩体基本质量级别给出了对应岩于不同岩体质量级别节理岩体抗剪强度参数的取值范围，

完整程度和体基本质量分级中充分考虑了岩体的坚硬程度、

《水利水电岩体基本质量指标（BQ）等定性、定量特征。同时

［13］

（GB50487－2008）中提出，对规划和工程地质勘察规范》

可行性研究阶段，也可按岩体分类获得岩体抗剪强度参数。这种方法是在大量收集岩体抗剪强度试验资料的基础上提

反映了多年的试验研究成果，适合于各类岩质边坡，是出的，

一种工程上非常可行的方法，在工程中有着广泛的应用。该

快捷，所得参数有规范依据可循，但规范所给值为方法方便、

需根据工程经验确定参数。范围值，

（三）Hoek－Brown经验公式。Hoek－Brown经验公式法是目前使用较为广泛的一种经验公式方法，适用于风化岩体及非均质岩体。1980年Hoek和Brown经过大量分析研究提

［1～10］

其表达形式为：出了确定节理岩体强度的经验分式，

σ1=σ3+

2000年，又提出了基于GSI（地质强度指标）的Hoek－

Brown经验准则。建立在GSI基础上的Hoek－Brown经验公式可表示为：

σ1=σ3+σc（mb

σ3

+s）σc

a

mσcσ3+sσc槡2（1）

（2）

2002年，Hoek建议在相关公式中引入岩体扰动参数D，修改用于估算破碎岩体材料常数mb、节理岩体常数a和与岩体特性有关材料常数s的公式如下：

11

+（e－GSI/15－e－20/3）a=26

s=exp（

GSI－100

）

9－3D

GSI－100

）

28－14D

（3）（4）（5）

mb=miexp（

式中：mi为完整岩块的材料常数，可由岩块三轴试验资料得到，也可由GSI系统给出的完整岩石常数的表格查得或变化幅度介于0～1由式（6）确定；D为岩体开挖时扰动系数，之间，可由Hoek给出的岩体扰动参数D建议值表查得；GSI为地质强度指数，可由GSI系统给出的节理岩体地质强度指

也可由岩体质量分类指标ＲMＲ来确定。标表查得，

σcσc－1mi＜|σt||σt|

（6）

式中：σt是岩石单轴抗拉强度；σc是岩石单轴抗压强度。由岩体质量分类指标ＲMＲ来确定GSI值时，当使用1989年版的ＲMＲ系统时，GSI=ＲMＲ98－5，ＲMＲ评分中地下

GSI值建议同时，对于未采用控制爆破的边坡，水评分取15，

减少10分。为了与工程实践中广泛使用的Mohr－Coulomb

Hoek将经验公式转换为等效的Mohr－Cou-强度准则接轨，

6］lomb抗剪强度参数，文献［中给出了相关公式。

该方法考虑影响岩体强度因素较全面，是经验公式中最

为全面、成熟的方法，在国内外应用较广。

（四）格吉经验公式。格吉经验公式法根据结构面的发

Industrial&ScienceTribune2020195·69·

2020年第19卷第5期育程度对岩块凝聚力进行了弱化处理，是在对15种坚硬火成岩和变质岩的岩石强度和岩体强度研究基础上提出的，适用于坚硬的岩浆岩和变质岩。经验公式形式如下：

c（i－2）m=（0.114e－0.48+0.02）cb

（7）

式中：cb为岩块内聚力；i为表征节理裂隙密度的参数，

条/m。

该方法优点是经验公式简单，操作方便，但考虑影响岩体强度因素相对较少。由于该方法未提供确定岩体内摩擦角的经验公式，在应用该方法时，很多学者用岩石内摩擦角乘以折减系数来确定岩体的内摩擦角。

（五）费辛柯经验公式。费辛柯经验公式法引入边坡岩

体的破坏高度和结构面的间距，

对岩块c值弱化，获得岩体的值，主要适用于沉积岩的较坚硬—较软岩。该方法优点是

经验公式简单，操作方便，但考虑影响岩体强度因素相对较少。经验公式形式如下：

ccb

m=

1+aln（H/L）

（8）

其中a是岩体特征系数；cb为岩块内聚力；H是边坡岩体的破坏高度；L是边坡破坏岩体被切割的原始尺寸。（六）反演分析法。反演分析法是利用边坡岩体实测位移、

应力数据，进行数值模拟反演分析，获得岩体强度指标。采用该方法的优点是能得出比较符合实际的综合抗剪强度指标，但是在分析中需要位移、应力变化等实测资料，需要有出现坡坏的区域，使得该方法的广泛应用受到很大限制。

（七）工程地质类比法。工程地质类比法［9］是在试验数据不足情况下，依据边坡岩体工程地质条件、所处地质环境的相似性，采用类比的方法来选取边坡岩体力学参数。该方法的关键是类比对象的相似性，虽然方法简单，操作方便，但由于其经验性、地区性等特点，操作中存在很大的人为因素，只考虑少量因素而获得参数，可靠性稍差。

二、工程案例

（一）工程概况。本文以某核电厂西边坡为例进行参数的选取，核电厂开挖至设计厂坪标高后，将在厂区西侧形成最大高度约96m、边坡长约230m的人工挖方岩质边坡，边坡位置见图1。

图1

边坡位置示意图

边坡区所在位置在地貌单元上属于低山丘陵地貌，地表

出露中－浅变质岩，岩性以二长浅粒岩为主，局部夹有透镜状或脉状绿泥石片岩。边坡区主要发育有三组优势节理，

节·70·

理延伸规模差－中等，

多为陡倾角。边坡开挖后，构成边坡坡体的主要岩性为微风化二长浅粒岩，岩质坚硬，岩体完整程度多属较完整～完整，仅局部为破碎，岩体基本质量等级为Ⅰ～Ⅱ级，微风化岩体节理平均间距0.78m。微风化二长浅粒岩饱和单轴抗压强度245.3MPa，单轴抗拉强度12.64MPa，内聚力52.9MPa，内摩擦角52.1°。岩体ＲMＲ评分值为82。边坡坡顶区没有地表水，边坡区地下水较为贫乏，没有统一的地下水位，深部岩体结构面多为闭合状态，透水性差。

（二）方法选用。为获取微风化二长浅粒岩岩体抗剪强度指标，本工程共完成微风化二长浅粒岩室内岩石三轴压缩

强度试验8组，

共计29块岩样，同时完成结构面直剪试验5组。根据上述各方法的适用范围以及掌握的勘察成果，本工

程采用规范BQ估算法、格吉经验公式和Hoek－Brown经验公式三种方法，规范BQ估算法采用国家标准

《工程岩体分级标准》（GB/T50218－2014），综合确定微风化二长浅粒岩的岩体抗剪强度。

（三）参数确定。

1．规范BQ估算法。结合室内试验结果，根据微风化二

长浅粒岩岩体质量等级和工程经验，

取规范《工程岩体分级标准》表中对应岩体质量级别的低值做为BQ估算法岩体抗

剪强度值，结果为内聚力1.5MPa、内摩擦角50°。2．Hoek－Brown经验公式法。将前文所给参数代入式（6）可得mi值为18；查表得D值为0.8；由岩体ＲMＲ值根据前文所述方法确定GSI值为65，岩石单轴抗压强度σc取为245.3MPa。将以上参数代入公式（3）～（5）及文献［6］中相关公式，可得岩体抗剪强度，计算结果为内聚力2.06MPa、内摩擦角60.8°。

3．格吉经验公式法。微风化岩体节理间距0.78m，得i=1.28，σb=52.9MPa，代入式（7）得岩体内聚力，对于取折减系数0.85。计算结果为内聚力3.99MPa、内摩擦角44.3°。由计算结果可见，规范BQ估算法结果相比Hoek－Brown经验公式法和格吉经验公式法结果偏小，综合考虑核工程的重要性，

本工程最终选取规范BQ估算法结果作为微风化二长浅粒岩的岩体抗剪强度。

（四）稳定性计算。选取边坡典型断面，根据前文所得岩体抗剪强度参数，采用M－p法和简化Janbu法对边坡稳定性进行计算，

经过计算，M－p法安全系数为3.504、简化Jan-bu法安全系数为3.221，所得安全系数均大于核电厂相关抗震设计规范中规定的1.5，说明本工程中确定的岩体抗剪强度是安全的、可靠的。

三、结语

边坡岩体抗剪强度参数的选取有多种方法，每种方法都有各自的适用范围和优缺点。工程设计中应针对不同边坡的重要程度，考虑参数选取方法的适用性、经济的合理性综合考虑，采取多种方法综合确定岩体的抗剪强度参数。以某

核电厂人工挖方岩质边坡为例，在室内岩石试验成果基础

上，

采用规范BQ估算法、经验公式法综合比较，对边坡岩体抗剪强度进行选取，并进行稳定性计算，取得了满意的效果，证实了参数选取方法的可操作性、实用性，表明采用多种方法综合确定岩体抗剪强度参数是合理和可靠的。

Industrial&ScienceTribune2020（19）52020年第19卷第5期射击运动员注意稳定性的眼动研究

□贾宝剑

廖彦罡

【内容摘要】射击运动员对于注意的稳定性要求甚高，采用眼动分析法对射击运动员注意稳定性的研究并没有相关报道。本研

以认知心理学的注意稳定性（视觉追踪）实验为测试材究选取30名专业射击运动员和35名普通大学生为被试，

料，采用Tobii公司的TX300眼动仪，对射击运动员和普通大学的认知行为和眼动特征进行对比分析。研究发现：随着任务难度的增大，被试的注视持续时间、注视次数、访问总时间、访问次数都呈现出明显增长，而眼跳距离、扫

有显著差异。简单情况下，射视速度出现明显降低。射击运动员在复杂情况下的反应时明显短于普通大学生组，

击运动员的访问总时间、访问次数和眼跳距离均少于普通组，有显著差异。复杂情况下，运动组的注视持续时间、注视次数、访问总时间、访问次数、眼跳距离、扫视速度都要短于普通组，呈现显著差异。总体来看，射击运动员的

尤其是在复杂情境中的信息处理中，运动组要优于普通组，他们的加工效率更高，注意稳定性注意稳定性更强，

要好。

【关键词】射击运动；运动员；注意稳定性【基金项目】“高水平射击运动员专项认知眼动特征的研究”（编号：本文为2011年度教育部人文社会科学研究青年基金项目

11YCZH095）和北京市属高等学校高层次人才引进与培养计划项目“对我国优秀运动员专项眼动特征的的诊断与

（编号：2013～2015）成果。监测研究”

【作者简介】贾宝剑（1965～），男，北京人；首都师范大学体育教研部副教授，硕士；研究方向：教育学原理

廖彦罡，首都经济贸易大学体育部

注意力不仅是运动员掌握运动技能的重要因素，也是运

动员在比赛中取得优异成绩的重要心理保证。良好的注意力素质是运动员有效实施运动技能的关键，它贯穿于运动技能形成和发展的全过程。在特定的运动情境中，运动员对于注意的集中稳定性要求严格，需要排除外界干扰，全身心地

并且将注意力持续保持一定的时间和关注于相关情境信息，

强度。目前，眼动分析已成为心理学研究的重要方法。查阅相关的研究论文发现，在注意稳定性（视觉追踪）的研究中引而对于射击这项入眼动分析这样的新方法和手段鲜有报道，

了解射击运动员和普注意集中稳定性要求甚高的项目来说，

通人视觉搜索的不同认知特征，对于深入探讨运动专项认知特征，更好的指导训练具有重要的意义。本研究采用先进的眼动仪记录被试的眼动数据，通过不同的认知任务要求考察

将眼动指标和认知运动员和普通人在注意稳定性上的差异，

行为数据进行综合比较分析，期待为相关的视觉认知加工分析提供新视角，为运动员专业信息加工的研究提供新思考。M］．北京：中国水利水电出版社，分析—原理·方法·程序［2005：243～257［7］J］．江苏陈志坚，孙英学．裂隙岩体力学参数的弱化处理［

2000，24（1）：36～38地质，［8］袁训康，马玉平，王焕．岩体抗剪强度的弱化处理浅析［J］．科技创新导报，2008，33：1［9］周庆华．边坡岩体抗剪强度计算参数取值方法的探讨［J］．矿业快报，2006，4：19～21［10］徐志华，俞俊平，荣耀，阳栋，毛孟芸．基于锚杆轴力监测

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2017，37（6）：20～23［11］GB/T50266－2013工程岩体试验方法标准［S］．北京：中

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Industrial&ScienceTribune2020195·71·