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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:宋盛渊,黄迪,隋佳轩,陶勇,马牧野,李豪杰.基于三维裂隙网络的岩体剪切特性尺寸效应分析[J].哈尔滨工业大学学报,2024,56(3):9.DOI:10.11918/202307072
SONG Shengyuan,HUANG Di,SUI Jiaxuan,TAO Yong,MA Muye,LI Haojie.Analysis of size effect for shear characteristics of rock mass based on 3D fracture network[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2024,56(3):9.DOI:10.11918/202307072
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基于三维裂隙网络的岩体剪切特性尺寸效应分析
宋盛渊1,黄迪1,隋佳轩2,陶勇2,马牧野1,李豪杰1
(1.吉林大学 建设工程学院,长春 130000; 2.吉林省地质环境监测总站,长春 130000)
摘要:
为研究复杂裂隙岩体剪切特性的尺寸效应,以西藏怒江松塔水电站PDC3平硐为例,在现场采集裂隙信息的基础上,基于颗粒流PFC3D软件通过统计学方法及蒙特卡洛原理生成三维裂隙网络,构建等效岩体,进行大尺度直剪模拟试验得到裂隙岩体的抗剪强度、内摩擦系数及内聚力,分别研究其尺寸效应并确定不同参数下的REV尺寸,继而对相关参数和试样尺寸分别进行非线性回归拟合,探究其函数关系。结果表明:抗剪强度、内聚力及内摩擦系数随着试样尺寸的变化而趋于稳定,且不同参数得到的REV大小不同;综合分析不同参数的REV尺寸,得出研究区裂隙岩体的剪切特性REV尺寸为11 m×11 m×11 m;通过函数关系拟合,抗剪强度、内聚力和内摩擦系数与试样尺寸之间均存在指数函数关系。该成果为研究复杂裂隙岩体的力学REV以及合理确定力学参数提供了依据。
关键词:  复杂裂隙岩体  尺寸效应  三维裂隙网络  直剪模拟  剪切特性
DOI:10.11918/202307072
分类号:TU45
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(9,1);吉林省自然科学基金(20230101088JC);吉林省教育厅科学研究(JJKH20231182KJ)
Analysis of size effect for shear characteristics of rock mass based on 3D fracture network
SONG Shengyuan1,HUANG Di1,SUI Jiaxuan2,TAO Yong2,MA Muye1,LI Haojie1
(1.College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130000, China; 2.Jinlin Geological Environment Monitoring Center, Changchun 130000, China)
Abstract:
In order to study the size effect of the shear characteristics of complex fractured rock mass, taking PDC3 adit of Songta Hydropower Station in Nujiang, Tibet as an example, on the basis of on-site fracture information collection, based on PFC3D software, a 3D fracture network was generated by statistical method and Monte Carlo principle, and the equivalent rock mass was constructed. The shear strength, internal friction coefficient and cohesion of fractured rock mass were obtained by large-scale direct shear test, and the size effect of the fractured rock mass was studied and the REV size under different parameters was determined. Then, the related parameters and sample sizes were fitted by nonlinear regression to explore their functional relationship. The results show that the shear strength, cohesion and internal friction coefficient tend to be stable with the change of sample size, and the REV obtained from different parameters are different. Comprehensive analysis of REV size of different parameters shows that the REV size of fractured rock mass for the shear characteristics in the study area is 11 m×11 m×11 m. By fitting the function relationship, there are exponential function relationships between shear strength, cohesion and internal friction coefficient and sample size. These results provide a basis for studying the mechanical REV of complex fractured rock mass and reasonably determining the mechanical parameters.
Key words:  complex fractured rock mass  size effect  3D fracture network  direct shear simulation  shear characteristics

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