›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (10): 2921-2928.doi: 10.16285/j.rsm.2016.10.025

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于节理网络有限元的柱状节理岩体等效变形模量结构效应研究

崔 臻1, 2,魏 倩1, 3,侯 靖2,盛 谦1,李良权2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071; 2. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 310014;3.中建三局建设工程股份有限公司技术中心,湖北 武汉 430064
  • 收稿日期:2014-10-09 出版日期:2016-10-11 发布日期:2018-06-09
  • 作者简介:崔臻,男,1986年生,博士(后),助理研究员,主要从事岩石力学与工程研究。
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划项目(973)(No. 2015CB057905);国家自然科学基金(No. 51409263,No. 11472292,No. 51309243)。

Structural effect on equivalent modulus of deformation of columnar jointed rock mass with jointed finite element method

CUI Zhen1, 2, WEI Qian1, 3, HOU Jing2, SHENG Qian1, LI Liang-quan2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. PowerChina Huadong Engineering Corporation, Hangzhou, Zhejiang 310014, China; 3. Technical Center of China Construction Engineering Third Bureau, Wuhan, Hubei 430064, China
  • Received:2014-10-09 Online:2016-10-11 Published:2018-06-09
  • Supported by:

    This work was supported by the National Basic Research Program of China(973 Program) (2015CB057905) and the National Natural Science Foundation of China(51409263, 11472292, 51309243).

摘要: 因其特殊的地质成因,柱状节理成为一种具有强烈非连续性及各向异性的特殊岩体结构。以白鹤滩水电工程设计、建设中所遇到的柱状节理玄武岩体为背景,针对柱状节理岩体的等效变形模量问题,在探讨了其结构效应表征参数的基础上,利用节理网络有限元为工具,研究各结构效应表征参数对柱状节理岩体等效变形模量的影响。研究结果表明:在柱轴线横向平面上,对于柱体不规则程度,当柱体完全不规则相对于完全规则情况,等效模量提高大约10%左右;在其他条件不变情况下,当柱体平均边长从0.1 m增加至0.5 m时,等效模量从5.36 GPa增加至23.4 GPa;对不同加载方向的研究结果表明,柱状节理在柱轴横向平面上可以视作各向同性;当节理刚度线性递增时,相应的岩体等效模量也基本符合线性递增的规律。在平行柱体轴线平面,节理组2间距越大,柱状节理岩体的等效变形模量越大;随着错距比的增加,柱状节理岩体的等效变形模量呈现先增加后减少的趋势,当错距比为50%时,节理岩体的等效变形模量取最大值;对于节理刚度的影响,与柱轴横向平面类似的,随柱体轴线平面上节理刚度的线性增加,相应的岩体模量也基本符合线性递增的规律。该研究成果与已有的现场研究成果及三维数值模型成果相比,吻合良好。说明了文中提供的研究结论具有较好的可信度及参考价值。

关键词: 柱状节理岩体, 等效变形模量, 结构效应, 节理网络有限元, 柱体不规则程度

Abstract: Due to the distinctive formation mechanism of columnar joints, columnar jointed basalt exhibits strong discontinuity and anisotropy. The columnar jointed basalt rock mass in Baihetan project is selected as a case study. The structural control effect on the equivalent modulus of deformation is discussed by using jointed finite element method (JFEM). The results show that, on the transverse plane, the equivalent modulus of deformation increases with the column irregularity, which increases about 10% from completely irregularity to completely regularity. This trend also agrees with the increase of the column size. The equivalent modulus of deformation corresponding to a side length of 0.1 m is 5.36 GPa, and this value increases up to 23.4 GPa for a side length of 0.5 m. Columnar joints rock mass may be considered as isotropic on the transverse plane, and basically, the equivalent modulus of deformation varies correspondingly with joint stiffness. But when it comes to the longitudinal plane, the wider joint spacing of the joint set 2 is, the higher equivalent modulus of deformation is. The equivalent modulus of deformation increases firstly then decreases, and reaches its maximum value when the cross-bedding ratio is 50%. The equivalent modulus of deformation on the longitudinal plane shows a similar correspondence relationship with the joint stiffness on the transverse plane. The simulation results obtained by JFEM agree well with the existing field observations and 3D numerical studies.

Key words: columnar jointed rock mass, equivalent modulus of deformation, structural effect, jointed finite element method, column irregularity

中图分类号: 

  • TU 457

[1] 张涛, 徐卫亚, 孟庆祥, 王环玲, 闫龙, 钱坤, . 基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 245-254.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 黄巍, 肖维民, 田梦婷, 张林浩, . 不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2349-2359.
[5] 柯志强, 王环玲, 徐卫亚, 林志南, 吉 华, . 含横向节理的柱状节理岩体力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 660-667.
[6] 孙钱程, 郑民总, 李邵军, 郭浩森, 程 远, 裴书锋, 江 权, . 柱状节理岩体隧洞松弛深度的 变异特性与确定方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 728-736.
[7] 崔 臻,盛 谦, . 裂隙岩体等效力学参数结构效应的计算机模拟试验研究[J]. , 2018, 39(10): 3830-3840.
[8] 郝宪杰 ,冯夏庭 ,李邵军 ,江 权 ,段淑倩 ,李帅军 ,姚志斌,. 柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟[J]. , 2015, 36(3): 837-846.
[9] 崔 臻 ,冷先伦 ,朱泽奇 ,盛 谦,. 非贯通随机节理岩体的结构效应对地下洞室地震响应的影响[J]. , 2014, 35(S2): 645-652.
[10] 张仪萍 ,王 洋 ,李 涛. 复合地基等效弹性参数研究[J]. , 2011, 32(7): 2106-2110.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 魏 丽,柴寿喜,蔡宏洲,王晓燕,李 敏,石 茜. 麦秸秆加筋材料抗拉性能的实验研究[J]. , 2010, 31(1): 128 -132 .
[2] 黄庆享,张 沛,董爱菊. 浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究[J]. , 2009, 30(9): 2722 -2726 .
[3] 荆志东,刘俊新. 红层泥岩半刚性基床结构动态变形试验研究[J]. , 2010, 31(7): 2116 -2121 .
[4] 刘争宏,廖燕宏,张玉守. 罗安达砂物理力学性质初探[J]. , 2010, 31(S1): 121 -126 .
[5] 王登科,刘 建,尹光志,韦立德. 突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨[J]. , 2010, 31(11): 3469 -3474 .
[6] 樊恒辉,高建恩,吴普特,娄宗科. 水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用[J]. , 2010, 31(12): 3741 -3745 .
[7] 张成平,张顶立,骆建军,王梦恕,吴介普. 地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J]. , 2009, 30(6): 1861 -1866 .
[8] 王 军,曹 平,李江腾,刘业科. 降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J]. , 2009, 30(7): 2158 -2162 .
[9] 张 渊,万志军,康建荣3,赵阳升. 温度、三轴应力条件下砂岩渗透率阶段特征分析[J]. , 2011, 32(3): 677 -683 .
[10] 张雪婵 ,龚晓南 ,尹序源 ,赵玉勃. 杭州庆春路过江隧道江南工作井监测分析[J]. , 2011, 32(S1): 488 -0494 .