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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[1] 孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦, . 峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 52-62.
[2] 岑夺丰, 刘畅, 黄达. 灰岩层面拉剪力学特性及层面起伏效应研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 77-87.
[3] 刘学伟, 刘泉声, 汪志强, 刘滨, 康永水, 王传兵, . 基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 469-478.
[4] 包含, 陈志洋, 兰恒星, 裴润生, 伍法权, 晏长根, 陶悦, . 矿物定向排列致各向异性岩石渐进破坏强度特征 ——以黑云母石英片岩为例[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2060-2070.
[5] 王刚, 宋磊博, 刘夕奇, 包春燕, 吝曼卿, 刘广建, . 非贯通节理花岗岩剪切断裂力学特性及 声发射特征研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1533-1545.
[6] 唐旭海, 许婧璟, 张怡恒, 何琦, 王正直, 张国平, 刘泉声, . 基于微观岩石力学试验和NWA13618陨石的 小行星岩石力学参数分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1157-1163.
[7] 姜玥, 周辉, 卢景景, 高阳, . 空心圆柱砂岩真三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 932-944.
[8] 蒋中明, 肖喆臻, 唐栋, 何国富, 许卫, . 基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1041-1047.
[9] 张虎元, 王赵明, 朱江鸿, 周光平, . 混合型缓冲材料砌块渗透性及其各向异性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 573-581.
[10] 刘洋, 于鹏强, 徐硕. 基于微形态理论的各向异性散体波动分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 635-648.
[11] 王培涛, 刘智超, 马驰, 彭阿晓, 任奋华, 蔡美峰, . 基于Hough检测的节理岩体迹线信息快速识别 方法与应用研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(10): 2887-2897.
[12] 程坦, 郭保华, 孙杰豪, 田世轩, 孙崇轩, 陈岩, . 非规则砂岩节理剪切变形本构关系试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 51-64.
[13] 宋磊博, 亢倩倩, 杜时贵, 钟振, 王刚, 王兴开, 韩观胜, 赵金帅, . 基于表面微凸体磨损特征演化规律的节 理剪切强度各向异性机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2331-2343.
[14] 阙相成, 朱珍德, 牛子豪, 黄浩楠, . 不同截面柱状节理岩体变形及强度各向异性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2416-2426.
[15] 张建聪, 江权, 郝宪杰, 丰光亮, 李邵军, 汪志林, 樊启祥, . 高应力下柱状节理玄武岩应力−结 构型塌方机制分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2556-2568.
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[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲，门玉明，彭建兵，黄强兵，刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟，何益斌，刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
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