地质强度指数GSI(Geological Strength Index)的确定方法

1 引言

GSI是Dr. Hoek(Hoek E. 1994. Strength of rock and rock masses)提出的一种定量化岩体工程地质信息的方法，主要用于广义Hoek-Brown参数的计算。这种把不连续岩体等效成准连续性介质的方法在实践中得到了广泛应用，但同时也有一定的应用局限性，尤其是近期Barton对GSI方法提出的质疑【[岩石工程] 连续还是不连续，这是一个问题(Continuum or Discontinuum)】。尽管如此，如何精确确定GSI值仍是岩石工程师非常感兴趣的研究课题。

(1) (2018) Maintaining geological reality in application of GSI for design of engineering structures in rock

(2) (2019) Composite Geological Strength Index Approach with Application to Hydrothermal Vein Networks and Other Intrablock Structures in Complex Rockmasses

本文不讨论GSI的详细发展历史，也不讨论GSI的优缺点，仅简要回顾了在实践中确定GSI的图形法和计算法。

2 图形法

图形法是确定GSI的主要方法，有三个版本：

(1) Marinos P., Hoek E. (2000) GSI: a geologically friendly tool for rock mass strength estimation 

这是最基本的GSI图，岩体结构分为6类，不连续的表面条件分为5类，根据这两个参数在图形上交叉得出GSI值。

(2) Marinos P., Marinos V, Hoek E. (2007) The Geological Strength Index (GSI)- A characterization tool for assessing engineering properties of rock masses

这个版本在GSI基本图形的基础之上，发展了非均质岩体的GSI值确定方法，这个图形包含了更多复杂的地质结构，用于估算一些特殊岩体结构的GSI值。【蛇纹岩(Sheared Serpentinite)的岩体参数调查;强度与变形参数值的概率估算---橄榄岩(peridotite)】

(3) Hoek E., Carter T. G., Diederichs M. S. (2013) Quantification of the Geological Strength Index Chart

这个版本只保留了版本(1)的四种岩体结构，主要目的是通过建立关系式进一步定量化GSI值。

3 计算法

图形法的正确使用需要工程师具备极强的工程地质知识和工程判断力，因此Dr. Hoek在提出图形法的同时，也探索了根据其它一些岩体指标来推导GSI的关系式，其它一些研究者也沿着这个思路发展了一些关系式，简要的总结如下图所示。

主要的关系式有两个：

(1) GSI=1.5JCond89+RQD/2 (上图中(2)式)，JCond89也可以通过JCond76来导出：JCond89=1.3JCond89

(2) GSI=5.5ln(Jr/Ja)+21+RQD/2 【Q系统中的应力折减系数SRF(Stress Reduction Factor SRF); IMASS---FLAC3D和3DEC新的本构模型(3)】

4 结束语

《计算岩土力学》公 众 号已经发展了一个优化的GSI数据集，集成了真实的论文数据(1994~2022)与NLP的ChatGPT文本，用于辅助岩石工程研究和设计，包括不同level的论文写作。