岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (3): 700-712.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1019

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于Grasselli模型的一个新的岩石节理三维粗糙度指标

陈曦1, 2,曾亚武1, 2   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430071;2. 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2020-07-16 修回日期:2020-08-30 出版日期:2021-03-11 发布日期:2021-03-15
  • 通讯作者: 曾亚武,男,1964年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学方面的教学及研究工作。E-mail:zengyw@whu.edu.cn E-mail:1780164218@qq.com
  • 作者简介:陈曦,男,1993年生,博士研究生,主要从事裂隙岩体几何表征及破坏机制方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.41772308,No.41272342)。

A new three-dimensional roughness metric based on Grasselli’s model

CHEN Xi1, 2, ZENG Ya-wu1, 2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. Hubei Provincial Key Laboratory of Safety for Geotechnical and Structural Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2020-07-16 Revised:2020-08-30 Online:2021-03-11 Published:2021-03-15
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(41772308, 41272342).

摘要: 岩石节理粗糙度是影响岩体剪切力学特性和渗流特性的关键因素。为了获得一个具有各向异性特征且能够反映节理剪切机制的三维粗糙度指标,采用三维激光扫描仪对4组砂岩节理开展了形貌扫描试验,结合Grasselli模型的思想,提出了一个新的三维粗糙度指标 。为了验证新指标的合理性,将其与其他3种模型进行了对比,分析结果表明:相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型,新模型与形貌测试结果更加吻合。首次提出了迎剪侧视倾角密度函数的概念,并发现Liu模型实质上遵循Weibull分布。相较于Grasselli模型、Liu模型以及Tian模型的理论密度函数,新模型的密度函数与试验实测结果更加吻合,从而证明了新模型的合理性。新的粗糙度指标更为简单,仅考虑迎剪侧视倾角的作用,量纲和物理意义明确,且和节理的粗糙度呈正相关,试验结果也表明新指标能够较好的反映节理粗糙度的各向异性。

关键词: 岩石力学, 节理, 粗糙度指标, Grasselli模型, 各向异性

Abstract: The roughness of joint surface has a significant influence on the shear behavior and hydraulic behavior of rock mass. In order to acquire a three-dimensional roughness metric which can capture the anisotropic characteristics of rough surface and reflect the shear mechanism of rock joint, morphological scanning tests were performed on four groups of sandstone joints by using a three-dimensional laser scanner. Based on Grasselli’s roughness model, a new three-dimensional roughness metric was proposed. Comparisons between another three models (Grasselli’s model, Liu’s model and Tian’s model) and the new model show that the new model is more consistent with the test results. In addition, a new concept that characterizes the density of the apparent dip angle facing the shear direction is established in this study, and it is found that Liu’s model conforms to the Weibull distribution. Compared to the theoretical density function of Grasselli’s model, Liu’s model, and Tian’s model, the new model has a better agreement with the experimental data, which verifies the rationality of the new model. The new roughness metric is simple and clear physically since it only takes the apparent dip angle facing the shear direction into account. The new roughness metric is positively correlated with the roughness of joints. Furthermore, the anisotropy of surface roughness can also be well characterized by the new roughness metric.

Key words: rock mechanics, joint, roughness metric, Grasselli’s model, anisotropy

中图分类号: 

  • TU451
[1] 范祥, 邓志颖, 崔志猛, 何忠明, 林杭, . 一种新的软−硬节理峰值剪切强度模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1861-1870.
[2] 黄娜, 蒋宇静, 程远方, 刘日成, . 基于3D打印技术的复杂三维粗糙裂隙网络 渗流特性试验及数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1659-1668.
[3] 齐飞飞, 张科, 谢建斌, . 基于DIC技术的含不同节理密度类岩石试件 破裂机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1669-1680.
[4] 武东阳, 蔚立元, 苏海健, 吴疆宇, 刘日成, 周键. 单轴压缩下加锚裂隙类岩石试块裂纹扩展试验 及PFC3D模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1681-1692.
[5] 时振昊, 黄茂松, 倪雨萍, . 基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性 非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1036-1044.
[6] 郑罗斌, 王亮清, 朱林锋, 姜耀飞, 王斌. 锁定方式对锚固节理剪切特性影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1056-1064.
[7] 殷明伦, 张晋勋, 江玉生, 江华, 商晓旭, . 岩体体积节理数表征岩体完整系数的结构面 类别修正研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1133-1140.
[8] 彭述权, 王培宇, 樊玲, 周子龙, 张珂嘉. 节理岩体弹塑黏性疲劳本构模型研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 379-389.
[9] 王本鑫, 金爱兵, 孙浩, 王树亮, . 基于DIC的含不同角度3D打印 粗糙交叉节理试样破裂机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 439-450.
[10] 张雨霏, 李建春, 闫亚涛, 李海波, . 基于SHPB试验的粗糙节理面动态损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 491-500.
[11] 王本鑫, 金爱兵, 王树亮, 孙浩, . 3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 39-49.
[12] 王川, 冷先伦, 李海轮, 李刚, . 节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 224-232.
[13] 吴顺川, 孙伟, 刘洋, 成子桥, 许学良, . Ⅰ型断裂韧度模拟方法及细观影响因素研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2536-2546.
[14] 张科, 齐飞飞, 陈宇龙, . 基于3D打印和DIC技术的裂隙网络模型 变形破裂特征及填充物影响效应[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2555-2563.
[15] 邹宇雄, 马刚, 李易奥, 陈远, 周伟, 邱焕峰, . 抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2829-2838.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 周火垚,施建勇. 饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3291 -3296 .
[2] 董 云,何卫忠,孙 蔚. 隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式分析[J]. , 2010, 31(8): 2471 -2478 .
[3] 叶 斌,叶冠林,长屋淳一. 采用土工合成材料的新型护岸结构的动态数值模拟[J]. , 2010, 31(S2): 442 -446 .
[4] 高彦斌,崔玉军. 微气候能量分析法在岩土工程分析中的应用[J]. , 2009, 30(2): 433 -439 .
[5] 石 崇,徐卫亚,周家文,张金龙. 节理面透射模型及其隔振性能研究[J]. , 2009, 30(3): 729 -734 .
[6] 庞大鹏,陈剑平,王丹微. 节理网络分形在隧道超前地质预报中的应用[J]. , 2009, 30(5): 1415 -1420 .
[7] 孙 博,周仲华,张虎元,张永霞,郑 龙. 夯土建筑遗址表面温度变化特征及预报模型[J]. , 2011, 32(3): 867 -871 .
[8] 林 萍 ,叶冠林 ,陈 楠 ,王建华 ,桥本正. 冻结法施工旁通道的冻土压力现场监测方法[J]. , 2011, 32(8): 2555 -2560 .
[9] 贾善坡 ,伍国军 ,陈卫忠. 基于粒子群算法与混合罚函数法的有限元优化反演模型及应用[J]. , 2011, 32(S2): 598 -603 .
[10] 张平松 ,胡雄武 ,吴荣新. 岩层变形与破坏电法测试系统研究[J]. , 2012, 33(3): 952 -956 .