岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (8): 2266-2275.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1535

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

节理粗糙度对岩块体积的影响规律研究

刘铁新1,李嘉琪1,邓建辉2,张正虎3,郑俊4   

  1. 1. 大连海事大学 土木工程系,辽宁 大连 116026;2. 四川大学 水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 610065; 3. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024;4. 浙江大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310058
  • 收稿日期:2022-10-05 接受日期:2023-03-15 出版日期:2023-08-21 发布日期:2023-08-21
  • 作者简介:刘铁新,男,1988年生,博士,讲师,从事岩体稳定性方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. U19A2098,No. 41972264)

A study about the influence of joint roughness on the volume of rock blocks

LIU Tie-xin1, LI Jia-qi1, DENG Jian-hui2, ZHANG Zheng-hu3, ZHENG Jun4   

  1. 1. Department of Civil Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, Liaoning 116026, China; 2. State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering, Sichuan University, Chengdu, Sichuan 610065, China; 3. State Key Laboratory of the Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China; 4. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310058, China
  • Received:2022-10-05 Accepted:2023-03-15 Online:2023-08-21 Published:2023-08-21
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(U19A2098, 41972264).

摘要: 岩体结构直接控制着岩体力学、水力学特性,岩块体积分布规律可直接反映岩体结构特征。目前研究多将节理面简化为平面,忽略了粗糙度对岩块体积的影响。利用Hurst指数H和高度均方根Rq表征节理粗糙度,研究了节理粗糙度对岩块数量和体积分布规律的影响。结果表明:(1)H、Rq控制节理的粗糙起伏形态,粗糙度随着Rq的增大而增大、随着H的增大而减小;(2)块体的数量总体上与节理粗糙度正相关,即随着粗糙度的增大而增加;(3)Rq和H对岩块体积分布的影响,主要通过改变小体积块体所占比例实现,块体的平均体积和中位体积随着粗糙度的增大而减小;(4)当节理正交且间距相近时,块体数量随粗糙度的变化可以分为3个阶段,即稳定阶段、初始增长阶段和快速增长阶段,Rq和H共同控制着各区间的相对分布范围。最后,基于摄影测量采集的数据建立了岩体节理模型,对大连某公路边坡的岩块体积分布进行了研究,验证了上述结论的准确性。

关键词: 岩块体积, 岩体结构, 节理粗糙度, 节理圆盘模型

Abstract: The structure of a rock mass directly controls its mechanical and hydraulic properties, and the distribution of rock block volumes can directly reflect the structural characteristics of the rock mass. Currently, many studies simplify the joint surfaces as planes and ignore the influence of roughness on the volume of rock blocks. In this study, the Hurst exponent (H) and root-mean-square height (Rq) were used to characterize joint roughness, and the influence of joint roughness on the quantity and volume distribution of rock blocks was investigated. The results show that: (1) H and Rq control the roughness of the joint, and the roughness increases with the increase of Rq and decreases with the increase of H; (2) the quantity of rock blocks is generally positively correlated with joint roughness, that is, it increases as the roughness increases; (3) the influence of Rq and H on the distribution of rock block volumes is mainly achieved by changing the proportion of small-volume blocks, and the mean and median volumes of rock blocks decrease as the roughness increases; (4) when the joints are orthogonal and spaced closely, the variation in the quantity of rock blocks can be divided into three stages with respect to the roughness: a stable stage, an initial growth stage, and a rapid growth stage, where Rq and H jointly control the relative distribution range of each interval. Finally, based on the data collected by photogrammetry, we establish a joint model of the rock mass, and study the distribution of rock block volumes in a slope along a certain highway in Dalian, which verifies the correctness of the above conclusions.

Key words: rock block volume, rock structure, joint roughness, joint disc model

中图分类号: 

  • TU 457
[1] 甘磊, 刘玉, 张宗亮, 沈振中, 马洪影, . 岩体裂隙粗糙度表征及其对裂隙渗流特性的影响[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1585-1592.
[2] 尹敬涵, 崔臻, 盛谦, 陈健, 张茂础, . 循环荷载作用下岩石劈裂结构面剪切力学特性演化与影响因素研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 109-118.
[3] 郭佳奇, 程立攀, 朱斌忠, 田永超, 黄鑫. 持续开挖效应下结构面剪切力学性质与能量特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 131-143.
[4] 柴少波, 周涛, 田威, 井彦林, 史杰辉. 考虑岩体应力的结构面中应力波传播特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 184-192.
[5] 董福瑞, 王述红, 侯钦宽. 基于主成分分析的多参数岩体结构面 优势分组方法研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2457-2470.
[6] 张化进, 吴顺川, 韩龙强, . 基于DBSCAN选择性聚类集成的岩体结构面 优势产状分组方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1585-1595.
[7] 张传庆, 郭宇航, 徐金顺, 刘宁, 谢起明, 崔国建, 周辉, . 基于功率谱密度的评估岩石节理粗糙度新方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3135-3143.
[8] 陈庆发, 杨承业, 尹庭昌, 王宇, . 金属矿山矿块单元结构体组合关系研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 74-82.
[9] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[10] 夏才初, 喻强锋, 钱 鑫, 桂 洋, 庄小清. 常法向刚度条件下岩石节理剪切−渗 流特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 57-66.
[11] 崔学杰, 晏鄂川, 陈 武. 基于改进遗传算法的岩体结构面产状聚类分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 374-380.
[12] 陈庆发, 尹庭昌, 高 远, . 地下矿山裂隙岩体结构均质区三维划分方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3181-3188.
[13] 葛云峰, 钟鹏, 唐辉明, 赵斌滨, 王亮清, 夏丁, 仇雅诗, 李鹏飞, 张莉, 闻炼, 曹天赐, . 基于钻孔图像的岩体结构面几何信息智能测量[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4467-4476.
[14] 杨圣奇,陆家炜,田文岭,唐劲舟,. 不同节理粗糙度类岩石材料三轴压缩力学特性试验研究[J]. , 2018, 39(S1): 21-32.
[15] 李正伟,张延军,张 驰,许天福,. 花岗岩单裂隙渗流传热特性试验[J]. , 2018, 39(9): 3261-3269.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[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] 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 .
[10] 马 亢,徐 进,吴赛钢,张爱辉. 公路隧道局部塌方洞段的围岩稳定性评价[J]. , 2009, 30(10): 2955 -2960 .