岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S2): 245-254.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0736

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究

张涛1, 2，徐卫亚1, 2，孟庆祥1, 2，王环玲1, 2，闫龙1, 2，钱坤1, 2   

  1. 1. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学 岩土工程科学研究所，江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2021-05-15 修回日期:2022-06-13 出版日期:2022-10-10 发布日期:2022-10-03
  • 通讯作者: 王环玲，女，1976年生，博士，博士生导师，主要从事岩石力学与工程方面的研究。E-mail: wanghuanling@hhu.edu.cn E-mail:tzhang@hhu.edu.cn
  • 作者简介:张涛，男，1990年生，博士研究生，主要从事岩石力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划（No.2018YFC0407004）；国家自然科学基金（No.51939004，No.11772118，No.11772116）；中国博士后科学基金面上资助向目（No.2019M661711）；中央高校基本科研业务费专向资金资助（B200202083）

Experimental investigation on the mechanical characteristics of columnar jointed rock mass samples based on 3D printing technology

ZHANG Tao1, 2, XU Wei-ya1, 2, MENG Qing-xiang1, 2, WANG Huan-ling1, 2, YAN Long1, 2, QIAN Kun1, 2   

  1. 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2021-05-15 Revised:2022-06-13 Online:2022-10-10 Published:2022-10-03
  • Supported by:
    This research is supported by the National Key R&D Program of China (2018YFC0407004), the National Natural Science Foundation of China (51939004, 11772118, 11772116), China Postdoctoral Science Foundation (2019M661711) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (B200202083).

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摘要： 为了研究柱状节理岩体各向异性力学特征，基于白鹤滩水电站坝基柱状节理岩体的几何形态，引入一种可溶于水的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，简称PVA）材料，通过3D打印技术建立具有不同倾角的柱状节理网络结构，采用水泥砂浆作为类岩石材料制备柱状节理岩体试样。通过开展室内单轴压缩试验，分析了柱状节理岩体试样在单轴压缩应力下的各向异性力学特征。结果表明：柱状节理岩体的各向异性特征依赖于节理的倾角。柱状节理岩体的峰值强度和模量随着节理倾角的增加均呈现出近似U型曲线；试样主要产生垂直于柱体轴向的张拉裂隙、沿节理面的剪切裂隙和平行于柱体轴向的拉伸裂隙。通过力学各向异性评估发现峰值强度和残余强度各向异性程度为0.68和0.52，弹性模量和变形模量的各向异性程度为0.61和0.63。研究成果为柱状节理岩体的各向异性力学特性研究提供参考。

关键词: 岩石力学, 柱状节理岩体, 各向异性, 3D打印, 室内试验

Abstract: Based on the geometrical morphology of the columnar jointed rock mass at the dam foundation of Baihetan Hydropower Station, a water-soluble polyvinyl alcohol (PVA) material was introduced, and the columnar jointed rock mass network structure with different inclination angles was established. The columnar jointed rock mass samples were prepared by cement mortar as rock-like materials using 3D printing technology to study the anisotropic mechanical characteristics of the columnar jointed rock mass. The anisotropic mechanical characteristics of columnar jointed rock mass were analyzed by uniaxial compression test in a laboratory. The results show that the anisotropy of columnar jointed rock mass depends on the dip angle of the joint. Peak strength and modulus of columnar jointed rock mass show an approximate “U” shaped curve with the increase of joint dip angle. In the uniaxial compression test, the cleavage cracks perpendicular to the axial direction of the cylinder, the shear cracks along the longitudinal joint plane, and the tensile cracks parallel to the axial direction of the cylinder are mainly produced. According to the evaluation of mechanical anisotropy, it is found that the anisotropy degree of peak strength and residual strength are 0.68 and 0.52, and the anisotropy degree of elastic modulus and deformation modulus are 0.61 and 0.63. The research results provide a reference for the study of the anisotropic mechanical properties of columnar jointed rock mass.

Key words: rock mechanics, columnar jointed rock mass, anisotropy, 3D printing, laboratory test

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