1. 课程导入与问题界定

在岩石地下工程与边坡工程中，设计者最常面对的一个困境是：室内试验能给出完整岩块的单轴抗压强度，却很难直接给出“工程尺度岩体”的强度。某抽水蓄能电站地下厂房开挖至第三层时，围岩为中风化花岗岩，岩石饱和单轴抗压强度约 85 MPa，按岩块强度反算的洞室边墙本应稳定，但现场却出现了沿两组结构面追踪的片帮与掉块。事后复核发现，设计采用的岩体强度参数直接取自岩块试验值折减，既没有考虑节理密度，也没有考虑开挖扰动对岩体质量的削弱。这类“岩块强、岩体弱”的偏差，正是 Hoek-Brown 准则及其参数拟合要解决的核心问题。

Hoek-Brown 准则用一条非线性包络线描述岩体强度，其 2002 版本的基本形式为：

σ1 = σ3 + σci · [ mb·(σ3/σci) + s ]^a

式中 σ1、σ3 分别为破坏时的最大、最小主应力（以压为正），σci 为完整岩块单轴抗压强度，mb、s、a 为岩体参数。三者并非独立可测的量，而是由地质强度指标 GSI、岩石软硬程度 mi、扰动系数 D 通过下列关系换算得到：

mb = mi · exp[(GSI - 100) / (28 - 14D)]
s  = exp[(GSI - 100) / (9 - 3D)]
a  = 0.5 + (1/6)·[exp(-GSI/15) - exp(-20/3)]

所谓“参数拟合”，包含两层含义：一是由 GSI、mi、D 正算 mb、s、a，得到可直接用于数值模型的强度包络；二是当有现场试验、反分析或监测数据时，反过来调整 GSI、mi、D，使准则曲线与实测强度点吻合。前者是设计阶段的常规路径，后者是复核与反馈阶段的校核路径，两者共同构成本课程的主线。

上图把本课程要反复使用的四条关系摆在一起：左侧是三个地质输入量与一个强度基准量，中间是换算公式，右侧是工程真正需要的强度包络与等效强度参数；下方紫色框代表有实测数据时的反向校核路径，红色框则提示最常见的失稳诱因，绿色框给出判断拟合是否可用的直观标准。可以看到，拟合不是一次算术，而是一个“正算—比对—修正”的闭环。

从案例到任务：本课程要解决什么

回到前述地下厂房案例。若围岩 GSI 经地质素描与节理统计判定为 45，花岗岩 mi 取 25，第三层开挖采用光面爆破、扰动系数 D 取 0.7，σci = 85 MPa，则：

mb = 25 × exp[(45-100)/(28-14×0.7)] = 25 × exp(-55/18.2) ≈ 25 × 0.0487 ≈ 1.22
s  = exp[(45-100)/(9-3×0.7)] = exp(-55/6.9) ≈ exp(-7.97) ≈ 3.5×10⁻⁴
a  = 0.5 + (1/6)[exp(-45/15) - exp(-20/3)] ≈ 0.5 + (1/6)(0.0498 - 0.0013) ≈ 0.508

这组数值说明：GSI 从 45 降到 40，s 会下降近一个数量级，而 a 变化很小。也就是说，低质量岩体的强度对 GSI 极为敏感，这正是现场“参数差一点、结果差很多”的根源。课程后续将围绕如何可靠地确定 GSI、如何选取 mi 与 D、如何把 mb、s、a 转成数值模型可用的 c、φ，以及如何用实测点检验拟合曲线展开。

学习路径与核心任务

整门课程按“输入—换算—输出—校核—应用”推进：先讲清 GSI 现场编录与量化方法，再讨论 mi 的岩性取值与尺寸效应，随后处理扰动系数 D 的工程判定；在参数齐备后，重点训练 mb、s、a 的计算与等效 Mohr-Coulomb 参数的切线/割线换算；最后通过试验点拟合、反分析和数值模型对照，形成可复核的参数成果。核心任务只有一句：给定一套地质描述与试验数据，能独立产出一组有依据、可追溯、经得起比对的 Hoek-Brown 强度参数。