【澳大利亚“霍克死亡蛇”轻型防护车】澳大利亚蛇

　　澳大利亚虽然是个发达国家，但军工能力并不是特别强，大都是“来料加工”或以美欧武器为原型进行二次开发，偶尔惊世一下(例如“金属风暴”武器发射系统)却又瞬即归于沉寂。特别是在澳大利亚奉行澳新美联防战略之后，其主战武器日趋美式化，本国军工企业的发展空间进一步被压缩。不过，澳大利亚军工企业并不甘心将本国市场拱手让给美国同行，不时进行着反击，如泰利斯澳大利亚公司新推出的“霍克死亡蛇”轻型防护车就是抵御美式武器大举“入侵”的典型事例。

为利而生

首先要明确的一点是，“霍克死亡蛇”轻型防护车的诞生不是因为“争气”――在重商主义思想根深蒂固的西方国家，很少有政府或企业因为争面子而做出一项决策。泰利斯澳大利亚公司之所以研制“霍克死亡蛇”，主要原因是为了夺取澳大利亚国防部的“陆地121第4阶段”项目大单。而这个项目的出台，与美国有很大关系，并且有“路虎”的因素。 众所周知，澳大利亚孤悬海外的地理特点以及澳政府与英、美等西方国家的特殊关系，决定了澳大利亚基本不会遭到其他国家的大规模入侵。所以澳军自成立之日起就不是为了专守防御，而是追随英、美在海外作战。只不过随着英美两国国力的此消彼长，澳军逐渐对英国消除了敬畏，全面倒向美国。据统计，在整个冷战期间，澳军几乎参与了每一次美军在亚太地区进行的军事行动。

在新世纪美国开始打响“反恐战争”后，澳军又一次成为美军最铁杆的追随者。但是9年时间过去了，澳大利亚国内民众开始对本国长期付出却得不到多少回报表现不满，而这种不满情绪随着澳军士兵在阿富汗伤亡的日益增多不断蹿升，使澳政府面临很大压力。但是澳政府又不可能轻易做出撤军决定，因为这样一来，“美国很生气、后果很严重”。怎么办才能不受夹板气呢澳政府和军方大员一商量，认为驻阿澳军装备的“路虎”机动车是罪魁祸首，因为它没有防护能力，在塔利班的地雷和简易爆炸装置(IED，俗称“路边炸弹”)袭击面前很容易被炸坏，进而造成大量澳军士兵伤亡。如果能够用一种新型防护车将“路虎”换掉，那么就能将人员伤亡数字控制住，进而也就不用担心国内民众抗议，撤军压力将会大减。据此，澳大利亚国防部制定出了“陆地121第4阶段”项目，计划采购1300辆轻型防护机动车(PMV-L)来替代“路虎”。根据项目要求，新型轻型防护车必须能防护轻武器射击以及地雷、路边炸弹的爆炸，并且能用C-130运输机及CH-47直升机空运。整个项目估计价值10亿美元以上。

面对这么一块肥肉，泰利斯澳大利亚公司不心动眼热才怪。这个公司并非纯种澳洲公司，而是法国泰利斯公司在澳大利亚开办的分公司(位于澳大利亚维多利亚州本迪戈)，目的当然不是当“劳模”，而是为了在澳大利亚扎下根赚澳军的钱。因此在“陆地121第4阶段”项目出台后，泰利斯澳大利亚公司便根据澳军要求着手研制新型防护车。在2009年11月4日于澳大利亚首都堪培拉的海厄特酒店举办的澳大利亚装甲车辆展(AVA)上，泰利斯澳大利亚公司首次公开展示了新型轻型防护车的工程样车。

志在必得

泰利斯澳洲分公司在“陆地121第4阶段”项目上面临的最大竞争对手是美国同行，因为澳大利亚军方已经表示对美国的JLTV表现出了浓厚兴趣，并且已经对几辆JLTV测试样车的生产进行了投资。

但泰利斯澳洲分公司表示并不惧怕美国同行的竞争，因为该公司有自己的优势：首先，在“陆地121第4阶段”项目之前，该公司生产的“大毒蛇”4×4和6×6装甲车已经批量装备澳军(注：“大毒蛇”并非由泰利斯澳大利亚公司研制，而是由澳大利亚阿德雷德的派利工程公司在得到爱尔兰添尼科技有限公司部份技术帮助下研制成的。后由于派利工程公司将这款装甲车视为非核心业务，于是将该车的原型、基本设计和外贸合同等全数卖给了泰利斯澳大利亚公司)，并且得到了澳军的好评，因此在人气上先占了上风；其次，泰利斯澳洲分公司注重打“本土牌”，特意拉上了波音澳洲分公司(提供综合后勤支援服务)、PAC集团(提供产业化能力)以及大量澳大利亚中小企业。此外，泰利斯澳洲分公司还力邀在装甲车防护方面有丰富经验的以色列PLASAN SASA公司加盟(负责提供装甲)；再次，在新车上大量应用新技术，特别强调要适应未来网络中心战的要求。

泰利斯澳大利亚公司声称自己研制的轻型防护车能提供空前强大的环境感知能力，并且具备很强的抗毁性和生存性。泰利斯澳大利亚公司常务董事克里斯・詹金斯称该车具有非凡的能力，“它是一种机动的、多用途的全防护车，有着高标准的抗爆和弹道防护能力，高机动，能空运，很适合快速部署。”仿佛这样还怕吸引不了澳军兴趣，该公司又特意为自己的新车取了一个响亮的绰号――“霍克死亡蛇”，寓意该车就像分布于澳大利亚昆士兰及北领地的霍克死亡蛇那样无可抗衡，“代表着澳大利亚防务能力的令人激动的新篇章。”不过，泰利斯澳大利亚公司不敢在一棵树上吊死，也做了后手准备。据詹金斯介绍：“‘霍克死亡蛇’不仅将满足澳大利亚的需求，而且还想参与其他国家的招标，如英国的LPPV项目、荷兰的车辆替换项目以及美国海军陆战队的需求等。由于它吸取了‘大毒蛇’的战场经验，因此我们相信‘霍克死亡蛇’将成为轻型防护车的新标准。”据外界分析，全球大约有5万辆无防护的“路虎”机动车需要更换，因此该公司的努力应该不会白费，必定会分到一杯羹。

按照计划，“霍克死亡蛇”轻型防护车将在2010年底生产出第一辆原型车，2011年开始测试。如果能够中标，那么泰利斯澳洲分公司将可能干2012年和澳大利亚国防部签订生产合同，2013年开始投产。

基本性能

目前已知“霍克死亡蛇”有两种型别，分别是人员运输型(标准型)和通用型，其中前者空重7吨、战斗-全重95吨；后者空重63吨，战斗全重9吨。根据澳大利亚国防部的采购计划，泰利斯澳大利亚公司未来如果中标，将主要生产人员运输型。 7吨级的“霍克死亡蛇”4×4轻型防护车与各国新研发的轮式装甲车一样采用了模块化设计思想，具备机动性好、可靠性高、战场生存力强、易于空运部署等特点。车上配有液压或电力混合式驾驶系统，也可附加装甲套件。由于“霍克死亡蛇”装甲车采用了模块化设计，因此能根据作战需求衍生出多种变型车，从而形成车族。据詹金斯介绍，“霍克死亡蛇”的模块化车体不仅方便变型，而且对于战场部署和维修也非常有利。例如该车只需2人在不借助任何特殊设备的情况下，就能在30分钟 内轻松的将它分解装入C-130运输机；而在到达目的地后同样用不了30分钟就能再将它组装起来。

“霍克死亡蛇”轻型防护车的外形比较彪悍，充满了阳刚之美。车体前部是动力舱，其后是乘载员舱，可乘坐6名人员(包括驾驶舱和5名士兵)；车体两侧各有两扇装甲车门，供人员快速出入；在乘载员舱上方有一个座圈，用来安装遥控武器站(RCWS)，至于遥控武器站所采用的武器则视情况安装。既可以是556毫米、762毫米、127毫米机枪，也可以是40毫米自动榴弹发射器、反坦克导弹和观察装置等。其中采用12，7毫米机枪的遥控武器站由美国萨姆森技术公司(Samson TechnologiesCorporation)生产。尽管该车的车头灯和车尾灯没有像一些同型车那样采用防护设计，但大大缩小了体积，相应减少了被命中的可能。

考虑到该车很多时候要在恶劣地形上行驶，所以该车采用了低压宽轮胎，并在内部设有轮胎中央充放气系统，可根据车辆行驶在不同地形的具体情况，自动调整轮胎内气压，此外还配有自动车胎摩擦力控制装置。另外，该车与大多数通行车一样，在车尾挂有一个备胎。

“霍克死亡蛇”的动力装置为一台奥地利斯泰尔汽车有限公司SteyrV6涡轮增压直列电喷柴油发动机，最大功率212马力，配以6速变速箱(型号未知)，最大公路速度可达110千米／小时。客观的说，该车的动力装置与JLTV炫目的动力技术比起来逊色许多，但其最大好处是可靠实用，战场维修简便。另外，该车的最大公路速度虽然不突出，但最大公路行程却异常突出，高达1000千米。这是因为澳军在阿富汗作战中发现，高机动车在阿富汗这样的复杂地形环境中跑不起来，一味追求最大速度没有意义，而澳军经常要深入人烟稀少的偏远地区进行巡逻和作战，那里没有任何基础设施，所以车辆最大行程必须大，这样可以大大减少后勤支援的负担。另外，考虑到该车要加装大量的电子设备，所以发动机内联启动发电机，以便为车载C4I系统和其他任务装备提供充足的电力。

“霍克死亡蛇”的悬挂系统尚不清楚是何种形式，但据泰利斯澳大利亚公司介绍是目前世界上最先进的，超过了美国的JLTV，能够保证该车在崎岖地形拥有优异的机动性及乘坐舒适性；该车采用垒液压刹车系统，并搭配防抱死刹车系统(ABS)；侧倾坡度为40％。

超强防护

由于“霍克死亡蛇”是为了取代防护性能很差的“路虎”而诞生的，因此防护能力被列为第一位。该型装甲车采用高强度装甲钢焊接车体，全车(包括车前风挡和两侧车门上的防弹玻璃观察窗)可防御762毫米子弹在30米距离的射击；车底采用V形设计，并采用了爆炸吸收系统，可提供较好的地雷防护能力，可承受10～12千克TNT当量的地雷爆炸威力；车门采用防卡死设计，允许乘员在车辆受到严重损害后紧急逃生，车内采用了防破片内衬，以提高车辆被击中后的防穿透性能；车上装有自动灭火抑爆系统，可在极短时间内扑灭火焰。

除了基本的车体装甲外，“霍克死亡蛇”也能加装模块化附加装甲。这些由以色列人设计的附加装甲将使该车拥有比JLTV更好的防护能力(考虑到JLTV在加装B型装甲套件后可以达到STANAG 4569Ⅲ级的防护水平，不难想见“霍克死亡蛇”的防护力多么强悍)，这也是该车最吸引客户的地方。

信息化能力

由于澳军接受了美军的网络中心战思想，因此将要取代“路虎”的轻型防护车不只是要成为一种防护能力强、机动性能好的普通4×4装甲车辆，而且还要成为未来信息化战场上的一个信息节点。为此，泰利斯澳大利亚公司在设计“霍克死亡蛇”轻型防护车时很注重信息化能力，配备了用于战场感知的传感器和战术数据链。

“霍克死亡蛇”轻型防护车的核心信息化设备是带有数据链的战场管理系统，可融入三军作战网络，从而实现单车与不同军兵种平台之间进行信息交换的能力。该车已实现了“玻璃化”，布置有多功能大屏幕液晶显示器、控制面板、车载电台和数据链，可实时接收上级或其他平台传来的数据、语音和视频信息和指令；同时也能够将己车获知的情报通过数据链传递给上级或其他作战平台。此外，车内还装备有电子监视及故障诊断系统，一旦设备出现故障可自动告警。由于该车信息化水平空前提高，因此在未来的试验中不但要进行常规的车辆试验，还要进行专门的电磁干扰试验，以确保其能够适应未来复杂的电磁环境。

结 语

尽管现在还没有“霍克死亡蛇”的详细性能介绍，但从已知的情况看，其整体技术性能还是相当不错的，并不逊色于美国的JLTV，特别是在装甲防护能力上还具有优势。但是需要强调的一点是，“霍克死亡蛇”主要是为“拥有熟练技师和精良维修设备的澳大利亚军队”设计的，同时也适应一些西方发达国家的军队换装。但对于众多还在机械化时代或更低装备水准的国家军队来说，“霍克死亡蛇”所拥有的信息化装备却会由于缺乏体系的支持陷入无用武之地。说白了，“霍克死亡蛇”就是有钱人玩的装备，对绝大多数国家来说太过奢侈。“只有适合自己的才是好装备”，这句话放在任何时候都不过时。

霍克系统的主要任务是对划定的空域提供有力的防御。由于霍克导弹的射程较远，航路捷径大，所以它适用于大面积的防御。而且霍克导弹有专门的抗干扰系统，能够在杂波、消极和欺骗式的电子干扰情况下进行作战。而三联装的导弹能够迅速地发射，构成密集火力，以补足精度的不足，再加上导弹的大威力战斗部保证了它大的杀伤概率。霍克导弹的布局与结构属于典型的第二代防空导弹布局，其基本型与改进型导弹的外形相同，都是采用无尾式气动布局。头部呈锥形，用玻璃钢纤维材料制成。弹翼为梯形，位于弹体中部稍后，按“”配置，前缘后掠角76度，后缘与弹体垂直。一对弹翼的总面积约为186平方米。4片矩形舵接在弹翼后缘，除进行稳定和控制俯仰与偏航外，还控制导弹的滚动稳定。舵面用铝合金制成，一对舵的面积约为02平方米。弹体由5个舱段组成。导引头舱天线罩内装有抛物面天线；电子仪器舱装雷达接收机。无线电引信、自动驾驶仪、解锁装置及电源等；战斗部舱；动力装置舱装固体发动机，其上有4片弹翼；最后舱为舵面伺服机构和电源/液压传动装置。

基本型的动力装置早期采用串联装药内孔燃烧的M22E7型双推力火箭发动机，但是这种发动机推力不稳定，经常发生发射后推力突然减小甚至失效的情况，在靶试时出现过多起导弹在飞行中突然从半空中坠落的尴尬场面。为了解决这种不利局面，雷锡恩从1956年开始进行技术攻关，终于研制出固体燃料改为同心装药的M22E8型双推力火箭发动机，并于1959年底开始装备。M22E8发动机的固体燃料燃烧时间为25～32秒。为了达到起飞时产生峰值推力大、暴发性强，正常飞行时稳定、持久的双推力，M22E8发动机采用了两种固体燃料，它们先后燃烧并产生两种不同的推力，分别起助推和主航作用。起飞推进剂为ANP-2830HO型。M22E8发动机中间联结第一级燃料和第二级燃料的点火系统为电起爆装置，当第一级助推燃料棒燃烧完毕后，自动传递、控制巡航燃料棒开始工作。为了保险起见，防止第一级燃料工作时第二级燃料误工作，起爆装置采用了双重保险的机械式安全与解除保险装置，只有在第一级彻底燃烧完毕后延时一段很短时间后，才点燃第二级。在改进型霍克上，动力系统换成M112型双推力固体火箭发动机，体积减小而推力有所增加，巡航级工作时间也加长，射程也从基本型的32公里增加到40公里。

霍克导弹的雷达导引头工作方式为半主动连续波体制。即靠地面照射雷达发送连续波信号照射目标，导引头接收反射回波，然后经自动驾驶仪处理后产生控制霍克导弹飞行的信号。工作时，它接收来自半主动寻的雷达导引头的目标-导弹间的误差信号，经变换放大后产生操纵液压舵机的信号，控制舵面偏转，使导弹按一定轨道稳定飞行。导引头的接收天线安装在导弹头部液压驱动的万向平台上，用小型陀螺作为惯性空间基准。基本型霍克的导引头天线为抛物面反射器，但天线的灵敏度不够，当导弹攻击俯冲目标时，常因为地面杂波等原因丢失目标。为了提高跟踪稳定性和抗干扰能力，改进型霍克采用了低旁瓣、高增益的平面裂缝天线。此外，为了对付高速、低空、小反射截面的目标，改进型霍克还采用了于1960年代末期发展起来的倒置接收机，以提高抗干扰能力和对多普勒频率的分辨能力。

霍克基本型采用装普通烈性炸药的XMS型破片杀伤式战斗部，质量约50公斤，其中装H-6炸药约33公斤。改进型采用连续杆式杀伤战斗部，质量约75公斤。这种战斗部的特点是采用首尾连续的小钢柱杀伤体。当爆炸后可形成一个不断扩大的圆环，好似一个不断扩大的电锯锯面飞散，以获得较高的杀伤概率。由于研制时正值美国“大规模核报复”理论走红的时期，美国热衷把核战斗部搬上所有武器载体去，霍克导弹战斗部也可采用核战斗部，该战斗部当量为5000吨-15000吨，杀伤半径达2000米。为了防止装备了核战斗部的导弹在储运、装填时发生灾难性后果的误爆炸，雷锡恩公司专门为其设计了严密的保险装置，该装置分为三级：第一级为机械保险，在导弹达到一定速度时解除，二级电气保险，根据弹上半主动寻的雷达信号解除，第三级为引信保险，当引信捕捉到目标后解除。这样的安全防范确保了核战斗部的安全，要知道，在冷战高峰时期，在西欧战场，美军野战防空炮兵的数十个导弹群上千枚导弹每天都得变换2次阵地，在一个地方停留最多不超过14小时，以防止被苏联侦察到。如果没有可靠的保险装置，岂非反倒成为威胁自己的上千个核火药桶？

霍克防空导弹系统采用比例导引的连续波全程半主动寻的制导。对目标的探测由一部脉冲搜索雷达和一部连续波搜索雷达经连指挥站或排指挥站协调来完成。捕获目标后，大功率照射雷达发出目标指示信号，对选定的目标进行搜索、跟踪和照射，弹上连续波寻的雷达接收地面照射雷达经目标反射的信号，测出导弹与目标间的视角变化率，并根据目标反射信号的多普勒频率，得出导弹与目标间的相对速度，使两参数之积与导弹侧向加速度成比例，产生的信号输送至自动驾驶仪，通过自动驾驶仪来控制舵面偏转，将导弹引向目标。

脉冲搜索雷达基本型号是AN/MPQ35，改进型是AN/MPQ50，C波段工作，探测高空目标，能全景显示，作用距离72～104公里。续波搜索雷达基本型是AN/MPQ34，改进型是AN/MPQ55，工作于J波段，可以在严重的地物杂波干扰下探测低空飞机目标，向目标照射雷达和控制中心提供目标数据。大功率照射雷达基本型霍克采用的是AN/MPQ39，改进型霍克为AN/MPQ46，第二阶段改进时改为AN/MPQ57，为J波段连续波雷达，可在方位、俯仰和距离变化率上自动截获、跟踪和照射目标，同时向导弹提供基准信号。此雷达平均无故障时间(MTBF)为43小时，改进型为130～170小时，后又增至300～400h，甚至超过了采用相控阵、固态发射机等先进技术的爱国者的AN/MPQ-53雷达。

岩体是一种特殊材料，岩体力学特性，特别是反应力作用状态下的力学特性，受成岩缺陷和构造损伤所形成的软弱结构面所制约，其强度属损伤破裂后的残余强度值。其工程设计所需的有关力学参数，难以由单纯的室内外科学试验的成果来确定，须采用试验加经验法来确定。所谓经验法是指由比尼沃斯基1973年提出的岩体权值(RMR)系统，也称地质力学分类，并在众多工程应用中得到了很大改进。1980年霍克-布朗提出使用RMR分类确定岩体强度的准则。他们汇总了大量实际工程资料，通过试验，采用理论与试验相结合，建立了岩石破坏时，应力之间的经验关系式

即

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中，m、s为两个无量纲系数，取决于岩石性质和未受σ1、σ3力作用前岩体的破坏程度。完整岩石s=1，对原已破裂的岩石s<1，m为曲线斜度，大致等于内摩擦角，其值最小为3，小值的岩石多具有塑性。1988年，霍克-布朗提出岩体的m与s系数，与岩体权值(RMR)系数的关系，但此RMR系数为未作不连续面方向权值调整的基本权值，是比尼沃斯基1979年提出的基本值。

对未扰动岩体(常温层以下的光面爆破或机掘开挖)

反应力应变岩石力学在工程中应用

对于已扰动岩体(爆破损伤开挖)

反应力应变岩石力学在工程中应用

RMR系统，由岩石单轴强度σc;岩石质量指标ROD;不连续面间距;不连续面条件;地下水条件5个参数，归入5段数值范围，代表不同情况的重要性权值，如表28中A部分。

表28 岩体权值系数A部分

表28 岩体权值系数的调整权值B部分

则RMR为A部分5个参数权值之和，加B部分调整权值后的最终值。对岩质边坡，罗曼娜根据野外数据，提出了RMR系统中不连续面方向参数改正的阶乘方法，突出岩石边坡稳定性受不连续面多因素控制的力学特性影响，做了细致的定性考虑，以替代RMR系统权值统计的B部分中的边坡不连续面方向权值改正因素。如:

表29 A边坡的节理改正权值

另添加了边坡状态与开掘方法改正权值(表29)，如:

表29 B边坡开掘方法改正权值

则RMR(边坡)=RMR(基本－即A部分)－(F1×F2×F3)+F4

由于此法是岩石边坡专用，故称为SMR。

1988年霍克从大量资料整理中，将岩石划分为五大类，定出其强度参数m，s与岩体质量之间的近似关系(表210)。

经验破坏准则σ1=σ3+(mσcσ3+σ2c)1/2，其中σ1=最大主应力σ3=最小主应力σc=未扰动岩石单轴压缩强度

表210 Hock-Brown破坏准则:m与s常数及岩体质量之间的关系

续表

注:据Hock-Brown(1988)，经验参数m，s上为扰动岩体，下为未扰动岩体。

须指出，霍克-布朗准则m、s常数与岩体质量间的对应关系低估了坚硬未受扰动岩体，其质点紧密嵌贴所形成的内锁高强特性，1995年霍克提出调整后详细分类新成果如表211。

表211 完整岩石的m

续表

注:表中括号内数值为估计值。

表210中的Q值，是岩体质量指标评估值，称Q系统法，是巴顿等提出的岩体质量指标分类系统法。RMR分类法，虽较过去一些分类法已发展较全面，但在洞室工程中，忽略了三个重要性质:各种节理粗糙度、节理充填物的抗剪强度、岩石本身的荷载。巴顿根据几百个工程实例，用RMR法优点，改进缺陷和不足，提出隧洞围岩体质量指标(Q)的分类方法。其目的避免复杂化，防止局限，根据工程类比，使研究者主要精力集中于几个重要指标上，他们使用6个不同参数形成3个商数，按下式求出岩体质量值，进行工程作用力的特性评估。

式中:RQD为岩石质量，即在10m长段岩心长大于10cm的获得率;Jn为节理组数;Jr为节理粗糙数值;Ja为节理蚀变数值;Jw为节理含水率折减系数;SRF为应力折减系数。RQD/Jn为表征岩体尺寸特性;Jr/Ja为与岩体中块体间剪切强度相关联的特性;Jw/SRF为与岩块周围有效应力有关的特性。其参数值如表212。

巴顿等将Q值与洞室开挖等效尺度及支护联系起来，提出38种标准型支护与永久性支护评价等，建立了Q值与永久支护的顶拱压力之间的经验公式为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

如果节理组数Jn<3，则顶拱压力的经验公式为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

比尼沃斯基等人，经对111个实例进行分析统计，发现在工程隧道中有如下相互关系:

反应力应变岩石力学在工程中应用

比尼沃斯基基于基础岩体变形模量在工程实施系统过程的重要性，依据RMR与岩体变模实践资料，建立如下有用方法:

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:Em指研究区现状态下原地变形模量(GPa)。

表212 Q-岩体质量指标:参数RQD、Jn、Jr、Ja、SRF与Jw(a)

续表

注:(a)按Barton等人(1974);(b)近似以10作评估的标称的。

当RMR>50时，符合式246的线型关系<50时则不适用，塞拉芬等根据<50偏离直线的许多成果，提出一个新的曲线方程关系式，即

反应力应变岩石力学在工程中应用

巴顿通过式(246)绘出了RMR与Q两种方法估算原地变形模量的实测值范围，建立如下近似关系

反应力应变岩石力学在工程中应用

并确认在任何一个工程测试区，静心的双重分类，可望缓解昂贵的所需测试或减少其次数。

霍克-布朗运用巴历么尔(Balmer)(1952年)等以莫尔-库伦准则表示完整岩石力学的极限平衡数学模型公式求相应的φ、c值，其采用公式为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

当RMR76(又称GS1-地质力学分类)>25，岩体力学特性常数a=05，则

反应力应变岩石力学在工程中应用

当RMR76<25，S=0，a=065－RMR76/200，则σ1/σ3=1+amab(σ3/σc)a－1

依据计算所得σn、τ相对应的数据组形成τ、σn直线，求得相应的φ、c值。

霍克-布朗准则及其所使用RMR分类以及SMR分类和Q系统法，是唯物地面对原地实际，依据工程针对性，作细致周密的调查统计分析和科学分类，结合规律缺陷岩样的室内外试验成果的理论分析，形成一套较全面贴近工程实际的理论体系。这一理论体系系统，虽源于正应力应变概念，但RMR等分类的原地实际调查，当时地表已是前期产生反应力应变作用的产物，在洞室开掘中，则正经历着反应力应变作用，而参数计算中，含有人工与自然状态已形成的扰动影响、风化侵蚀，岩体损伤开裂与充填等因素，已包含于据以作岩体分类参数的权值之中，并依据分类作出工程安全稳定性评估和提出处理措施等，是较贴合反应力应变岩体的力学特性。但缘于习惯理念，将原地质体所处自然状态，一般视为具一定安全度的静力平衡体，在遭受侵蚀与人类活动影响，破坏了稳定平衡状态，造成卸荷作用的弹性能释放，形成应力扰动与破坏。为保证工程的安全与稳定，须进行处理加固岩体，使作用力场恢复到原有态势或减少力场中不利的作用力，使小于岩体力学参数所允许的范畴。但认为已认识，评价属于安全或已经处理至所需的安全范围，有些仍形成灾变，于是对科学试验成果，产生不科学评价，甚至形成科幻性设想来解释其形成机理。如:对大型高速滑坡，认为是f值巨变或失效所致，提出水垫层说、孔隙气压说、气垫层说、规模控制能量转换气化说、碎屑-颗粒说等，似乎难于预测和防治。作者根据众多工程长期监测成果的结论，及对一些巨大高速滑坡现象的功能反演，发现地壳表层地质物体中，潜藏一种不断变化的暗能，成为正、反、大、小，具再生特性的匿动力，使地壳表层的地质条件，不断处于非构造性的应力应变活动演绎中。地球表层似是处于重力场的静态不变中，实际有反应力作周期性涌动，使地壳表层产生拉伸扩张松弛和渐进式破坏。因此霍克-布朗准则所得岩体力学有关参数，是随时间进展而衰减的参数。RMR、Q、SMR的权值分类法，所定有关因素的权值标准，也是处于反应力活动促使不断衰变的变数。这些权值所赖以确定的指标范畴跨度较大，其类别之间，可出现权值的急剧变化。但以表213与表214所作岩体，等级划分与评估，可以满足一般规划要求。

但用霍克-布朗准则，要求对岩体力学指标达量化水平，则权值确定越精细准确，所求力学参数则越符合实际，为此可利用A-E曲线内插求其较精确的权值(图217)。

图217 A-E权值曲线

表213 由RMR权值总数确定岩体等级

注:在隧洞与边坡部分，其等级意义如表214。

表214 岩体等级意义

但应指出，岩石质量设计指标RQD是依据占孔岩心按规定标准统计而得，当无占孔资料时，则按

式中:Jv为每立方米中的总节理数。

Jv是表明无规律随机无序概念，一般岩体中节理的分布具一定规律性，反映具各向异性特性。在工程研究中，作工程针对性所需的方向性节理特性调查统计中，普里斯特(Priest)等建立了RQD与结构面线密度(λ)值的关系式为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:λ为节理的线密度(条/米)。

据此亦可求出较准确的RQD值。

这样可保证霍克-布朗准则能较精确的反映受损岩体的力学参数，并可掌握劣变的脉冲式渐进累积变化。

在人工边坡区，经过岩体分类评估与霍克-布朗理论求解其相应力学参数策划值，应进行阻力系数法检验，以确定岩体抗拉与抗剪强度真正可靠的剩余强度值。阻力系数Rq，定义为岩体中，沿任一截面上，其抵抗拉伸或剪切破坏的阻力R，与其同一面上所受拉伸力或剪切力S与之比，即Rq=R/S。

对岩体的抗拉强度，在224节中已指出其为等效值。

在坚硬块状岩体中，这一等效值应为R=Rt(1－Kn)A

式中:Kn为诸节理影响面积之和所占总面积之比值，即为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:a1为节理面积，认定节理面积为圆，残存岩体中的为圆的另一半，其面积为:

反应力应变岩石力学在工程中应用

式中:l为节理露出长度;α、β、γ为节理走向与边坡走向之夹角，若无明显边界条件，则应增加侧向摩阻力。

S为垂直边坡向的拉伸力，包括压应力的泊松效应所形成的拉伸力再加变化的匿动力。

在反应力应变状态下，拉伸剪切力具张剪特性，按莫尔准则，最大剪应力

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其平均正应力

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但当σ3具拉张性时τmax=(1/2)［σ1－(－σ3)］=(1/2)(σ1+σ3)使剪应力增大，而平均正应力σn=(1/2)［σ1+(－σ3)］=(1/2)(σ1－σ3)的正应力减少，形成了近似抗切特征，其剪切阻力实为分子间的互作用力，即范德华尔斯力，其值特别小，所以在人工边坡区张剪现象特别发育。由于边坡区还存有平行边坡向的中间主应力σ2的影响，因此发生张剪时，受侧向应力影响，反映有明显的剪切位移。一般变形后应力即释放，但应研究因气温变迁所形成较大匿动力再生，产生岩块旋滚崩坍，应做一定防范处理。在层片状岩体区，或连续软弱结构层、带控制的板块状岩体，往往成为江河的走向谷，或工程区人工边坡中无法回避的走向坡，这种坡既有顺向也有逆向，在研究这种边坡时，不能仅以SMR分类评判抗拉和抗剪强度阻力系数的校验作依据，还应作层片状岩体抗弯与抗折强度及其对总体稳定性影响的判定。从表24可看出Rt较Rb小，但这是结构影响所致，剔除岩体中缺陷，则Rt较Rb略大，而弯曲法抗拉试验，实际即为抗弯强度试验，所以Rt与Rb应相等，在匿动力所形成的拉平势场力影响下，层片状岩体承受着矢量向卸荷自由面的横向作用力，成为岩体中的弯曲剪力，使岩体出现层状弯曲的挠度形变与折断，因此应研究层状岩体所在不同部位不同条件下的抗弯强度，和提高其抗弯强度的措施。在逆向坡区，如天生桥(Ⅱ)级水电站，厂区南侧边坡，岩层结构如同汽车的叠板弹簧式的平铺悬臂，每层都有各自的挠度，每层的最大挠度公式为:

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式中:EI称为岩体抗弯刚度，E为弹性模量值(GPa);I为岩层的截面对弯曲中性面的惯性矩;M为释放能;l为臂梁长度(m)。

如引用抗弯截面模量Wz，则Wz=Iz/ymax，他只与截面几何形状有关，其量纲为(长度)3，取矩形截面高为b，即岩层厚度，宽度为h，则I=b3h/12。Y为截面上边缘点到岩层本身中性轴的距离，即b/2，则Wz=(b3h/12)/(b/2)=b2h/6。

如使截面增大，则Wz亦不同，可用Wz/A来衡量，即(b2h/6)/bh=0167b。若锚固连锁岩层以增加岩体厚度b，则使抗弯载面模量，亦呈相应比例增加，提高了抗弯刚度，减小了挠度变形。

如从边坡底层增加岩层抗弯刚度，使近似固定支座则可减少坡上部分具悬臂梁特性的l长度，若使l减少一半，则使挠度减小为1/4值。

最后以Mmax≤Wz［Rb］作稳定特性的评判。Mmax为边坡中原被锁闭应力的释放值σc，加最大温差应力σt与近似悬臂l的乘积，即(σc+σt)·l，l为处理后的调整值，即(σc+σt)·l2≤(b2h/6)·［Rb］，Rb为抗弯强度。若边坡为同向坡，则可形成鼓曲溃屈或翘抬折断。翘抬折断主受拉平势场力影响，而鼓曲溃屈则受岩层自重压力与拉平势场力的双重影响，如天生桥(Ⅱ级)水电站原厂区北侧边坡、五强溪水电站左岸边坡等。对翘抬折断型，均在一个地层最上部露头裸露段，可结合实际情况按上述思路对实际现象进行反演，按Mmax=Wz［Rb］作稳定性评判，但Mmax=σrl'，其l长按试验规定可定为厚度(b)的3倍以上，但所受拉平势场力各处均相同，因此，l'=05lb，鼓突溃屈则由岩层自重的泊松效应所形成的垂直岩层的张力，加温差应力所形成的反应力(图218)，其所受层面向反应力

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式中:l为支座以上岩层长度(m);l0为鼓突以上未鼓突的岩层长度(m);lb为鼓突岩层长度(m);α为鼓突变形的张开角，即θA角。

图218 顺坡岩层鼓突示意图

鼓突起底部未变形岩体为变形体基座，上部未鼓突变形岩体相当于自由铰支座，则其端截面转角

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最大挠度为fb=Pcrl2b/48EI，仍以Mmax=Wz［Rb］来做稳定性评判。Pcrl2b=Mmax，则Mmax≤Wz［Rb］;

若Wz［Rb］值不能满足要求，则以锚固增加岩层厚度，提高抗弯刚度EI值来处理。

人工高边坡区，存有软弱结构面，或两组、两组以上结构面搭接组合而成不利的结构块体，形成结构面成为滑动控制面的地质体，对其稳定性研究，首先应采用吴尔福氏网作图法，确定可能失稳地质体的滑移方向，并研究该方向相应抗滑稳定的有关参数，这种参数不能采用霍克-布朗理论，或库伦-莫尔理论简单确定。对粗糙无充填的结构面，采用巴顿20世纪70年代所建的强度准则，巴顿在前人研究基础上，从探讨抗剪峰值角与峰值剪胀角的关系着手，得出预测岩石裂隙抗剪性能的一般方程:

(1)在低或中等有效正应力作用下，采用的剪切强度公式为:

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式中:JRC为裂隙粗糙度系数，介于0～20。根据裂隙面滑动方向的糙度测量(专用测量仪)曲线，与典型糙度剖面曲线对比选取;JCS为裂隙面的抗压强度。可用回弹仪测出回弹值Rc代入

log10JCS=00086rd·Rc+101式，以求JCS值;rd为岩石干容量;φb为岩壁面物资间正常的抗滑摩擦角。可以简单滑动测定。

(2)在高有效正应力，或三轴应力条件下，其抗剪强度公式为:

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若结构面有充填物，则按软弱夹层的专门研究与试验方法进行。