岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (2): 581-592.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0584

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层状岩体单轴压缩力学特性的 非均质层面影响效应研究

王旭一,黄书岭,丁秀丽,周火明   

  1. 长江水利委员会长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北 武汉 430010
  • 收稿日期:2020-05-11 修回日期:2020-11-13 出版日期:2021-02-10 发布日期:2021-02-09
  • 通讯作者: 黄书岭,男,1978年生,博士,教授级高级工程师,主要从事工程岩体力学分析理论与技术研发等方面的研究工作和工程实践。 E-mail:huangsl@mail.crsri.cn E-mail:1044385878@qq.com
  • 作者简介:王旭一,男,1994年生,硕士研究生,主要从事工程岩体数值模拟方法与试验技术等方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51539002,No. 51779018);中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(No. CKSF2019434/YT)。

Study on the effect of inhomogeneous bedding plane on the mechanical properties of uniaxial compression of layered rock mass

WANG Xu-yi, HUANG Shu-ling, DING Xiu-li, ZHOU Huo-ming   

  1. Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan, Hubei 430010, China
  • Received:2020-05-11 Revised:2020-11-13 Online:2021-02-10 Published:2021-02-09
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51539002,51779018) and the Basic Research Fund for Central Research Institutes of Public Causes (CKSF2019434/YT).

摘要: 层状岩体的非均质性主要体现在基岩非均质性和层面节理非均质性所表征对象的差异,如何描述基岩和层面节理具有不同的均质性是一项重要工作。为此,将基于Weibull分布的二维非均质线性平行黏结模型(简称WLPB模型)和基于Weibull分布的非均质光滑节理模型(简称WSJ模型)相结合,分别表征基岩和层面节理的非均质性,提出了一种新的层状岩体细观非均质接触力学模型理论和计算分析方法,分析了单轴压缩条件下层状岩样的变形特征、破坏模式及其细观演化规律。结果表明:层状岩样的弹性模量和峰值强度以及破坏模式均表现出明显的各向异性特征,与所开展的室内试验规律基本一致,表明所开发的层状岩体非均质细观力学计算模型的合理性和适应性;当层面对层状岩体力学行为起控制作用时,层面的非均质性是影响层状岩体宏观力学特性的一个重要因素;当层面起控制性作用时,层面间距对岩样的峰值强度影响不明显,但对岩样的变形特性影响明显;解译了在单轴压缩情况下非均质层面不同倾角时层状岩体细观破裂机制及其控制作用的转化规律。

关键词: 层状岩体, 颗粒离散元, WLPB模型, WSJ模型, 非均质性

Abstract: The inhomogeneity of layered rock mass is mainly contributed by the inhomogeneity of bedrock and the inhomogeneity of bedding plane joints. It is important to consider the different homogeneity of bedrock and bedding plane joints. Therefore, this paper combines the WLPB model and the WSJ model to characterize the inhomogeneity of bedrock and bedding plane joints, respectively. We put forward a new theory and calculation method of micro-inhomogeneous contact mechanics model of bedded rock mass, and analyze the deformation characteristics, failure modes and micro-evolution laws of bedded rock samples under uniaxial compression. The results show that the elastic modulus, peak strength and failure mode of layered rock samples present obvious anisotropic characteristics, which are in general consistent with the laws of laboratory tests. It demonstrates the rationality and adaptability of the developed inhomogeneous microcosmic contact model of layered rock mass. When the mechanical behavior of layered rock mass is controlled by the bedding plane, the inhomogeneity of bedding plane becomes an important factor affecting the macromechanical characteristics of layered rock mass. When the bedding plane plays a controlling role, the influence of bedding plane spacing is not obvious on the peak strength of layered rock samples, but it is obvious on the deformation characteristics of rock samples. The paper reveals the micro fracture mechanism and transformation law controlled by the inhomogeneity of bedding plane of layered rock mass with different inclination angles under uniaxial compression.

Key words: layered rock masses, discrete element method, WLPB model, WSJ model, inhomogeneity

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