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1一般方法
1．1巖石力學試驗法
(1)室內試驗。
通過鉆孔巖芯取樣，利用室內巖塊的單軸壓縮試驗確定巖石單軸抗壓強度、彈性模量和泊松比。通過巖體的三軸壓縮試驗確定巖體的抗剪強度－凝聚力和摩擦角。通過巖體卸圍壓試驗研究巖體卸荷過程中的變形和能量變化特點，確定卸載時巖體的參數，如彈模、泊松比、凝聚力、摩擦角。
(2)現場試驗。
現場抗剪試驗獲得巖體、軟弱夾層、混凝土與巖石接觸面抗剪(斷)強度;現場變形試驗(剛性承壓板法、狹縫法)獲得巖體變形模量、彈性模量及泊松比。還有現場聲波測試評價巖體完整性等。現場試驗是確定巖體強度參數最準確的方法，但由于通常不具備施作原位試驗的條件，而且試驗周期長、費用高，所以這種方法應用較少。試驗法是一種直接又可靠的方法，可以較好反映巖石特性。室內試驗得到的是完整巖塊的特性參數，但存在“尺寸效應”。現場試驗受條件限制，試件制備難免受到擾動，試驗結果分散，不能直接采用。
1．2工程巖體分級法
工程巖體分級法主要有:國標《工程巖體分級標準》、水利水電工程勘察規范的壩基和圍巖工程地質分類法、巴頓的Q系統分類法及比尼威斯基的RMR分類法。這些分類方法往往是定性描述與定量評價相結合，采用多參數綜合指標分級法給巖體進行評分和劃分巖體級別，根據巖體級別并結合經驗公式，給出巖體參數的范圍值。國標《工程巖體分級標準》選取巖石堅硬程度和巖體完整程度這兩個因素確定巖體基本質量，將影響巖體工程特性的因素如地下水、初始應力、結構面走向與工程軸線方位等作為修正因素，實現工程巖體的分級，并提供了各級別巖體物理力學參數表和結構面抗剪斷峰值強度表?！端姽こ痰刭|勘察規范》的附錄V提供了壩基巖體工程地質分類表，主要分類因素也是巖石堅硬程度和巖體完整程度，此外還有巖體縱波速度和鉆孔RQD值，并在附錄E中提供了壩基巖體抗剪斷(抗剪)強度參數及變形參數經驗值表和結構面抗剪斷(抗剪)強度參數經驗值表，用于規劃和可研階段。應注意該表的注明是參數僅限于硬質巖，軟質巖應根據軟化系數進行折減。
1．3工程地質類比法
工程地質類比法是利用大量已建工程的成功經驗確定擬建工程的設計參數，是工程地質研究的傳統方法之一。類比法是應用相似原理，要求主要的工程地質條件基本相同或相似，這其中最主要的是巖性和地層時代(或層位)，其余還有地質構造(巖體完整性)、風化狀態、應力條件、地下水等等。實際應用時應結合具體工程的地質條件，在類比、分析、判斷的基礎上提出合理參數。同時，在施工過程中，根據工程實際進展情況和出現的問題，特別是根據現場觀測結果，對設計進行必要的調整和修改。類比的資料可以參考《巖石力學參數手冊》、《巖基抗剪強度參數》、《工程地質手冊》、《水利水電工程地質手冊》，以及地區工程經驗(資料庫、數據庫)等等。類比法完全依靠地質師所掌握的工程實例資料和他對工程巖體的經驗判斷，人為因素比較大，有時僅僅通過少量個別因素相比較而得到的參數，其結果可靠性較差。然而該方法簡單、方便、快捷，在中、小型水利水電工程中應用較多。
1．4反演分析法
反演分析法是利用現場所測得的位移等數值反求巖體力學參數，包括位移反分析、應力反分析、混合反分析等。其中位移反分析方法是根據現場實測的位移值，采用解析法、有限元等方法以及彈性、彈塑性等本構模型進行求解。位移反分析的方法主要分為兩類:直接逼近法和逆過程法。由于圍巖本構關系的復雜性，目前的逆過程方法的位移反分析研究計算大都采用了線彈性等假設，設巖體為均值各向同性，而天然巖體地質條件復雜，這樣與工程實際情況相去甚遠。反分析方法在邊坡穩定分析中應用較多。反分析時穩定系數取值為:蠕動擠壓階段宜采用1．00～1．05，初滑階段宜采用0．95～1．00?；瑤量辜魪姸?c，φ)參數反演分析的方法分為單參數反演和雙參數反演兩種。前者假定一個參數已知的前提下，反算另外一個參數，通常選擇對滑坡穩定性影響較敏感的作為未知參數。后者在反演中有兩個未知的參數，通常選擇兩個距主滑動面等距的剖面建立極限平衡方程求解，此外，還可以做參數的敏感性分析。
1．5人工神經網絡法及模糊數學預測法
人工神經網絡法是通過完成輸入與輸出問題的映射，自動建立復雜現象(系統)的模型并指出其控制規律。該方法考慮了影響巖石力學參數的各種定性因素，應用人工神經網絡進行訓練，隨著數據的積累不斷地對樣本集進行補充和完善，使參數取值結果不斷趨于合理。缺點是學習樣本的選取具有很大的主觀性。模糊數學預測法是考慮到影響巖體變形強度參數的相關因素模糊不確定性，根據經驗確定權重集及隸屬度，在此基礎上進行巖體力學參數預測。該方法實質就是把巖石與巖體力學指標之間的比例系數當作模糊子集，依據經驗進行模糊綜合評判確定一個最佳模糊折減系數的問題，從定量上考慮影響力學參數的各種模糊因素，但在運用上不是很成熟，仍借助于經驗。
1．6其他方法
除上述方法外，還有一些其他方法可以用來確定巖體強度參數，如:計算機模擬、聲波測試技術、巖體分形分維理論、斷裂損傷力學、統計數學等方法。
2巖體力學參數綜合取值
巖體力學參數取值方法有很多，由于巖體的不連續性、各向異性和非均勻性等特有屬性以及巖體結構的復雜性，使各種取值方法存在局限性，至今還沒有一種令人滿意的取值方法。實際工作中應該綜合應用這些方法，互相驗證，取長補短。筆者基于上述巖體力學參數的取值方法，并結合工程的規模和地質條件的復雜程度，在滿足規程規范的前提下提出了巖體力學參數綜合取值方法。該方法針對地質條件簡單的小型工程、地質條件復雜的中型以上工程、重要的大型工程和參數敏感的工程分為以下3個層次。
(1)第一層次。
對于地質條件簡單的小型工程，或項目規劃、可研階段，可采用野外地質調查和鉆孔取樣室內抗壓試驗→進行巖體分級、查表→獲得抗剪強度和變形模量范圍值，通過相似工程類比，調整、修正取得地質建議值;或者采用RMR分類和Hoek－Brown經驗強度準則公式計算，參考類似工程修正后得到地質建議值。
(2)第二層次。
對于地質條件復雜的中型以上工程，如重力壩、拱壩，結構面影響壩基、壩肩穩定，初步設計階段應布置原位抗剪和變形試驗，參考類似工程，結合現場地質條件進行調整，必要時由地質、試驗和設計三方共同研究確定設計采用值。
(3)第三層次。
對于重要的大型工程和參數敏感的工程，應做專門研究，除運用上述方法外，還應開展計算機模擬試驗、人工神經網絡法、模糊數學預測法等，慎重確定地質建議值。在施工階段可以利用監測資料進行反演分析，復核巖體穩定性，及時修改設計和施工方法，確保工程安全。總之，地質調查和巖石力學試驗是基礎，是巖體分級、經驗估算及數值模擬的前提，因此應重視野外第一手資料的收集，并注意取樣、試驗成果代表性問題，使地質建議值符合現場實際。
3應注意的問題
反思多年來我們所做的中小型水利水電工程勘察設計，在巖石力學參數取值方面應注意以下問題:
(1)在前期勘察時對設計意圖不甚了解
設計方案不十分明確，加之勘察周期短，對地質條件的調查和分析不夠深入，對試驗只是要求做常規的內容，以室內試驗為主，取樣數量不足，成果代表性差，使得方案比選時難以取舍。按照有關規范，“小型水電工程巖土參數(取值)可在現場簡易測試和必要的室內試驗的基礎上以類比為主。”“中型水電工程巖土測試以室內試驗為主，必要時可采用大型野外原位試驗。”對于拱壩和重力壩要特別注意，對影響壩基、壩肩穩定的巖土體及軟弱結構面可視需要開展原位試驗工作。尤其是軟巖和完整性差的巖石，軟弱結構面發育，且結構面對巖體穩定性不利，巖體穩定性的判別對工程影響很關鍵，這需要慎重研究，應在地質調查的基礎上，布置適當的原位試驗，并采取多種方法合理確定巖體力學參數。
(2)勘察報告中抗剪強度和變形參數僅僅根據室內巖石試驗查規范，與現場地質調查結合不緊密。
抗剪強度和變形參數是混凝土壩穩定計算最重要的參數，對工程安全和造價影響很大。然而規范給出的值范圍較大，勘察報告僅僅依據規范提供的參數表取值是遠遠不夠的。中等規模以上和地質條件復雜的工程應進一步開展分析論證工作，結合現場地質條件調查，在巖體分級基礎上，運用有關理論和經驗公式，例如霍克－布朗(Hoek－Brown)經驗強度準則公式等，并參考已建工程經驗取值，必要時與地質、試驗和設計專業共同會商，合理確定參數。
(3)在軟巖地區建混凝土壩要特別注意
如頁巖、千枚巖及白堊－第三系泥巖等，由于巖性軟弱，構造發育，巖體強度較低，工程安全裕度小，巖體力學參數取值對工程安全和經濟性影響大，甚至影響方案的成立。軟巖地區一般不適合建中、高混凝土壩，萬一要建，就應該投入一定的勘探和試驗工作量，慎重研究和分析論證，并留有一定安全裕度。
(4)應考慮定值計算與可靠度問題。
實際勘察設計工作中，是由地質專業提供參數，設計人員進行計算。地質部門依據試驗成果，結合地質條件和個人經驗判斷，提出地質建議值。設計一般直接采用地質建議值進行計算。問題是設計計算方法與地質模型是否一致，地質參數的可靠性或安全閾值是多少，即有多少安全儲備。近十幾年來國內外廣泛開展了重力壩可靠度研究。結構可靠性分析是以概率理論為基礎，采用極限狀態設計方法，以可靠指標度量結構或工程的可靠性，比定值法不考慮參數的偏差有明顯的優越之處。可靠度計算需要提供與大壩有關的各類荷載、材料和地基強度的統計特征值(均值、標準差、變異系數等)及分布類型，對地質參數的離散性進行評價。
(5)試驗是基礎。
如何看待試驗成果，地質專業人員常常抱怨試驗參數不準，造成的原因有幾個方面，一是取樣的代表性問題，或者原位試驗選點問題，要考慮巖性、風化程度、構造等影響，對試驗點做專門設計和布置;又譬如有的砂巖與頁巖互層，頁巖巖芯破碎取樣困難，取樣只能做砂巖的抗壓強度試驗，成果偏大;傾斜巖層抗壓首先沿層面剪切破壞，成果偏小。二是試驗中的誤差，應采用數理統計法整理試驗成果，在充分論證的基礎上舍去不合理的離散值。對于原位抗剪試驗，要了解試驗點的巖性、構造、風化及地下水等因素對成果的影響。另外，試件制備時難免受到擾動，一般要求安排2組以上試驗，以便對比和分析。
(6)確定參數時要處理好主觀判斷與客觀評價的關系。
前述的巖體分級法、工程類比法及經驗判據法(強度準則公式)都屬于經驗法，其取值時的人為因素和個人經驗對結果影響很大，實際操作中應盡量避免人為因素干擾，從地質條件的客觀出發，分別按不同因素對參數進行修正，減少取值的隨意性。
(7)加強施工監測，利用監測資料進行“動態設計、信息化施工”。
由于工程地質條件的復雜性和不確定性，地質勘探、試驗、計算分析方法的局限性，我們對工程巖體性狀變化的認識有一定程度的不確定性。在施工中要加強巖體性狀的監測，及時分析和判斷，調整、修改設計和施工方法，以保證施工安全和工程安全。尤其是隧洞施工支護，要根據發現的新情況及時修改設計，即采取“動態設計、信息化施工”，既要確保工程安全，又不能造成浪費。
(8)利用已建工程進行類比確定巖體力學參數是我們常用的方法。
但是沒有一個工程的地質條件是完全相同的，而我們個人掌握的資料有限，每個人的經驗千差萬別，往往僅通過少量個別因素相比較而獲得參數，人為因素的干擾較大，其結果可靠性較差。應多參考類似工程，并不斷積累工程經驗。多年來筆者所在單位在湖北省水利水電工程勘測設計中做了大量的巖體物理力學室內外試驗和原位測試，積累了豐富的實踐經驗。
4結論
(1)巖體力學參數的合理確定是水利水電工程中的一項基礎工作
直接關系到壩基、邊坡、地下洞室工程的安全性和經濟性。由于巖體具有不均勻性、不連續性和隨時間變化的特性，準確確定巖體力學參數是非常困難的。在研究了有關規程規范和各種取值方法特點的基礎上，針對工程的重要性程度和地質條件的復雜程度提出了巖體力學參數的綜合取值方法，分為地質條件簡單的小型工程、地質條件復雜的中型以上工程、重要的大型工程三個層次。針對具體的工程應當選擇合理的方法來確定巖體力學參數。水利水電工程巖體力學經驗參數綜合取值研究對水利水電工程壩基、邊坡、地下結構穩定性研究和計算具有重要理論意義和現實意義。
(2)中小型水利水電工程具有規模小、設計周期短、勘察試驗工作量有限的特點
在詳細地質調查和少量室內試驗的基礎上進行巖體分級，參考已建工程的成功經驗類比確定巖體力學參數是一種簡單、快捷而有效的方法。結合工程經驗指出了水利水電工程巖體力學參數取值時應該注意的問題，可以供相關的工程技術人員參考。
作者：陳漢寶 黃定強 彭義峰 熊友平 江妤 單位：湖北省水利水電規劃勘測設計院 中國地質大學武漢工程學院