基于三維打印的柱狀節(jié)理巖體各向異性試驗(yàn)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TU452 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Test Research on Anisotropy of Columnar Jointed Rock Mass Based on Three-dimensional Printing

ZHANG Junting ¹ ， FENG Jianpeng ¹ ， ZHOU Huiying ² ， LIU Dianpeng （1.Shandong Dongfang Highway and Bridge Construction Co.，Ltd.，Linyi 2766Oo，Shandong，China; 2.School of Qilu Transportation，Shandong University，Jinan 25OoO2，Shandong，China； 3.Center of Highway Development，Linqu County，Weifang 2626Oo，Shandong，China）

Abstract：Toresearchanisotropyofcolumnar jointedrock massunderuniaxialcompressive load，columnar jointednetworkswith diferent joint dipangles were prepared byusing thre-dimensional printing technologytaking polyvinylalcohol as consumable expenditure. Gypsum plaster was used to prepare rock-like specimens of columnar jointed rock mass by using oe-timepouring molding construction technology.Anisotropic mechanical behavior of the prepared specimens under uniaxial compressive load was analyzed.Theresults showthat with the increaseof joint dipangles，uniaxial compressive strengths ofthespecimens initially increase and then decrease folowed bya sharp increase.There are minimum values at joint dip angles of 0^° and 60^° . Elastic modulus shows a trend of decreasing first and then increasing. Anisotropy ratiosof compressve strengthand elastic modulus of the specimensare37.65and314，respectively.Britledamagecharacteristics of the specimens with joint dip angles of 15^o and 90^o are significant，while the specimens with a joint dip angle of 75^° show obvious ductile damage characteristics. The specimens with joint dip angles less than 45^° mainly undergo shear failure perpendicular to axial direction of columns.The specimens with joint dip angles from 45^° to 75^° mainly undergo shear failure along axial direction of columns.At a joint dip angle of 90^° ，main damage modes include column damage andtension damageof joints.Stiffessof joint hasasignificantinfluenceonanisotropic behaviorsofcolumnar jointedrock mass.Whenusing rock-likematerials toresearch mechanical properties ofcolumnar jointedrock mas，influencesof joint manufacturing methods on anisotropy characteristics of rock-like specimens of columnar jointedrock mass should be considered.

Keywords：rock mechanics；anisotropy；thre-dimensional printing；columnar jointed rock mass；energyevolution; damage mode

隨著水利水電工程與交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，所涉及的巖體力學(xué)問(wèn)題愈發(fā)復(fù)雜[]。巖體內(nèi)部通常含有大量節(jié)理面，在大多數(shù)情況下，節(jié)理會(huì)減小巖體的抗壓強(qiáng)度及變形模量，使巖體性質(zhì)呈現(xiàn)明顯的非均質(zhì)性和非連續(xù)性[2]。柱狀節(jié)理是發(fā)育于火山巖中的一類(lèi)特殊原生張性破裂構(gòu)造，眾多節(jié)理面將巖體切割成若干柱狀巖塊，柱面形狀多呈四邊形、五邊形或六邊形，導(dǎo)致該類(lèi)巖體表現(xiàn)出顯著的各向異性，同時(shí)巖體完整性較弱，工程性能較差。柱狀節(jié)理巖體的各向異性是該類(lèi)巖體工程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題

眾多學(xué)者針對(duì)柱狀節(jié)理巖體開(kāi)展了系列研究。張宜虎等[3研制了現(xiàn)場(chǎng)巖體真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，基于大尺度加載試驗(yàn)獲得了不同應(yīng)力水平下柱狀節(jié)理巖體的各向異性變形參數(shù)。石安池等4基于工程地質(zhì)調(diào)查、巖體彈性波測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)變形試驗(yàn)系統(tǒng)分析了白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖的基本力學(xué)特性和不同試驗(yàn)加載條件下的巖體變形機(jī)制，結(jié)果表明，柱狀節(jié)理面、微裂隙與緩傾角結(jié)構(gòu)面是導(dǎo)致巖體變形模量減小的主要因素。倪衛(wèi)達(dá)等5通過(guò)卸荷損傷數(shù)值模擬，揭示了卸荷過(guò)程中柱狀節(jié)理巖體的各向異性損傷規(guī)律，但是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)費(fèi)用較高，受地質(zhì)環(huán)境影響較大，通常難以取得大量測(cè)試樣本。為了解決該問(wèn)題，研究者采用柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣的室內(nèi)試驗(yàn)研究柱狀節(jié)理巖體的各向異性。Ji等°采用水泥砂漿和白水泥制備柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，并開(kāi)展單軸壓縮試驗(yàn)，分析試樣尺寸效應(yīng)、單軸抗壓強(qiáng)度各向異性和變形各向異性，提出了基于類(lèi)巖石材料室內(nèi)試驗(yàn)的原位單軸抗壓強(qiáng)度與變形模量預(yù)測(cè)方法。Zhu等7采用石膏砂漿和水泥制備立方體柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，通過(guò)真三軸加載試驗(yàn)分析了柱狀節(jié)理巖體的各向異性，結(jié)果表明，三軸應(yīng)力條件下的試樣抗壓強(qiáng)度隨著節(jié)理傾角的增大而增加。劉攀等[8]采用水泥與河沙制備巖石塊體試樣，采用白水泥制備節(jié)理面，開(kāi)展不同節(jié)理傾角時(shí)試樣的單軸壓縮試驗(yàn)，結(jié)果表明，試樣的抗壓強(qiáng)度各向異性比達(dá)到11.12。Zhang 等[9-10]開(kāi)展六棱柱狀柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣的三軸和循環(huán)加載蠕變?cè)囼?yàn)，分析了節(jié)理傾角對(duì)巖體蠕變行為和破壞模式的影響，結(jié)果表明，柱狀節(jié)理巖體的抗壓強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度均隨著節(jié)理傾角的增大而呈U型變化。上述柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣相關(guān)研究普遍存在試樣制備流程復(fù)雜的缺點(diǎn)。

近年來(lái)三維打印在柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣的制備中發(fā)揮了重要作用。肖維民等[11]、黃巍等[12]采用光敏樹(shù)脂三維打印制備柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，并以此為模具澆筑白水泥漿試樣，脫模后采用膠水黏接成柱狀節(jié)理巖體，但是膠水黏結(jié)的不均勻性顯著影響了節(jié)理面的抗拉與抗剪強(qiáng)度，無(wú)法真實(shí)反映原巖節(jié)理面的力學(xué)性能。肖維民等[13-14]利用三維打印制備綠蠟不規(guī)則柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，以白水泥漿作為類(lèi)巖石材料澆筑柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，分析了不同節(jié)理傾角時(shí)節(jié)理巖體的力學(xué)特性與破壞模式。Que等[15-16]采用光固化三維打印制備不規(guī)則柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，采用石膏砂漿澆筑棱柱體，脫模后利用水泥凈漿黏接，制得不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，通過(guò)真三軸壓縮試驗(yàn)建立了真三向應(yīng)力條件下巖體抗壓強(qiáng)度的預(yù)測(cè)模型。朱姝等[17]通過(guò)三維打印試樣的室內(nèi)試驗(yàn)，討論了不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體與規(guī)則柱狀節(jié)理巖體即六棱柱狀節(jié)理巖體力學(xué)性能的差異，認(rèn)為不規(guī)則性會(huì)增大柱狀節(jié)理巖體的抗壓強(qiáng)度及變形模量。張濤等[18]以水溶性聚乙烯醇（PVA）作為耗材，采用三維打印制備節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模型，以水泥砂漿一次澆筑柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，通過(guò)單軸壓縮試驗(yàn)分析了試樣各向異性，結(jié)果表明，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度、動(dòng)彈性模量、變形模量的各向異性程度分別為0.68、0.52、0.61、0.63。上述研究充分證明三維打印在柱狀節(jié)理巖體這類(lèi)復(fù)雜節(jié)理巖體的類(lèi)巖石材料制備中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

本文中采用PVA作為耗材，基于三維打印制備柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，并利用石膏凈漿一次澆筑成型施工技術(shù)制備具有不同節(jié)理傾角的柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，開(kāi)展單軸壓縮試驗(yàn)，分析節(jié)理傾角對(duì)柱狀節(jié)理巖體單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量和破壞模式的影響規(guī)律，揭示不同節(jié)理傾角時(shí)柱狀節(jié)理巖體在單軸壓縮荷載作用下的能量演化特征。

1試驗(yàn)

1. 1 試樣制備

我國(guó)西南地區(qū)水電站（如白鶴灘水電站）以及東部地區(qū)山嶺隧道建設(shè)（如濟(jì)濰高速公路杭山東隧道）等代表性工程中的柱狀節(jié)理巖體如圖1所示。參考已有研究[7-8]，將柱狀節(jié)理巖體簡(jiǎn)化為均勻的六棱柱體，采用Creality 3D^TM Ender-1型三維打印機(jī)制備高精度三維打印節(jié)理面，以該節(jié)理面配合石膏凈漿一次澆筑成型施工技術(shù)制備柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣。試樣的制備過(guò)程如圖2所示。采用PolyDissolveTMS1型PVA作為耗材，選擇水與 α- 半水石膏的質(zhì)量比為 1：2 的石膏凈漿作為類(lèi)巖石材料，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定類(lèi)巖石材料的物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

圖1代表性工程中的柱狀節(jié)理巖體

試樣制備步驟如下：1）采用Rhino軟件建立節(jié)理傾角分別為 0^° 、 15^° 、 30^° ！ 45^° 、 60^° 、 75^° ！ 90^° 時(shí)的柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)三維模型，利用UltimakerCura軟件對(duì)上述三維模型實(shí)施切片處理，并將切片文件導(dǎo)入三維打印機(jī)中，以PVA作為耗材制備柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)。PVA的打印厚度為 0.8mm ，充填率為 100% 。2）在長(zhǎng)度、寬度、高度分別為 110，50，50mm 的模具內(nèi)表面均勻涂抹凡士林，澆筑混合石膏凈槳至模具高度的 50% 后，將打印完成的PVA柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)嵌入模具中，完成剩余石膏凈漿的澆筑。采用振搗方式排出氣泡，靜置 30min 。3）待石膏凈漿終凝后，利用刮刀去除模具表面多余的石膏凈漿，并實(shí)施脫模處理，置于溫度為 25°C 的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中養(yǎng)護(hù)3d4） 采用切割機(jī)切除試樣兩端的多余部分，得到長(zhǎng)度、寬度、高度分別為50、50、 100mm 的長(zhǎng)方體試樣，用于開(kāi)展后續(xù)試驗(yàn)。應(yīng)注意的是，雖然PVA是一種水溶性材料，但是在靜水中完全溶解所需時(shí)間較長(zhǎng)[18]，在石膏凈漿的凝固時(shí)間內(nèi)，PVA無(wú)法完全溶解。PVA吸水后呈凝膠狀，彈性模量遠(yuǎn)小于類(lèi)巖石材料的，可以體現(xiàn)節(jié)理面對(duì)巖體的弱化作用，因此采用PVA制備節(jié)理面是合理的。

1.2 試驗(yàn)方案

采用WDW-100EIII型萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展單軸壓縮試驗(yàn)，該試驗(yàn)機(jī)可施加的最大荷載為 100kN 。試驗(yàn)方案如下：1）在試驗(yàn)機(jī)上、下承壓板上均勻涂抹凡士林，以減小端部摩擦力的影響；2）將試樣置于下承壓板，加載方向與試樣的長(zhǎng)邊平行，緩慢下降上承壓板，直至試樣上表面與上承壓板輕微接觸；3）啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，采用加載速率為 5mm/min 的位移加載方式加載至壓力機(jī)示數(shù)為 0.1kN ，隨后將加載速率改為 1mm/min 繼續(xù)加載，直至試樣發(fā)生破壞，利用計(jì)算機(jī)記錄加載全過(guò)程中的荷載和位移。

2 結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線

試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3所示，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度與彈性模量如表2所示。從圖3、表2中可以看出，不同節(jié)理傾角時(shí)的試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線變化規(guī)律大致相似，但是節(jié)理傾角為 90^° 時(shí)的試樣單軸抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他試樣的。取節(jié)理傾角為 30^° 時(shí)的試樣進(jìn)行典型應(yīng)力-應(yīng)變分析，結(jié)果如圖4所示。由圖可知，該應(yīng)力-應(yīng)變曲線分為3個(gè)階段：1）類(lèi)彈性階段。隨著應(yīng)變的增大，應(yīng)力基本呈線性增大，加載過(guò)程中大部分巖石塊體和節(jié)理面均處于彈性階段，僅存在少量節(jié)理面的滑移，因此應(yīng)力-應(yīng)變曲線存在局部震蕩。2）裂紋擴(kuò)展階段。隨著荷載的進(jìn)一步增大，應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率逐漸減小，節(jié)理面持續(xù)發(fā)生開(kāi)裂、滑移，宏觀破壞面逐漸形成，部分巖石塊體發(fā)生局部破壞。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度時(shí)，試樣發(fā)生破壞。3）殘余強(qiáng)度階段。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度后，隨著應(yīng)變的增大，應(yīng)力逐漸減小，節(jié)理面的摩擦效應(yīng)使得破壞后的試樣仍保留一定的殘余強(qiáng)度。

還要說(shuō)明的是，由于加載設(shè)置預(yù)緊力為 0.1kN 使得應(yīng)力初始值為 40kPa ，因此在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中觀察不到明顯的壓密階段。

2.2 破壞模式

圖5所示為不同節(jié)理傾角時(shí)試樣的破壞模式。從圖中可以看出，節(jié)理傾角對(duì)試樣的破壞模式有較大影響，試樣的局部破壞形態(tài)可分為4類(lèi)，即節(jié)理面沿柱體軸向剪切滑移、節(jié)理面垂直柱體軸向錯(cuò)動(dòng)剪脹、節(jié)理面張拉破壞、柱體破壞。根據(jù)4類(lèi)局部破壞模式在試樣宏觀破壞中的占比，柱狀節(jié)理巖體的典型破壞模式可以歸納為3種類(lèi)型，如圖6所示：1）I型，節(jié)理拉剪復(fù)合破壞。主要表現(xiàn)為節(jié)理面的張拉破壞與剪切滑移，宏觀上表現(xiàn)為節(jié)理面的錯(cuò)動(dòng)剪脹，即試樣向兩側(cè)發(fā)生擴(kuò)容，呈現(xiàn)單剪切面破壞，如圖5（c）所示，或發(fā)生X型共軛剪切面破壞，如圖5（a）、（b）、（d）所示。該類(lèi)破壞主要發(fā)生在節(jié)理傾角為 0^°～45^° 時(shí)，同時(shí)僅存在少量柱體破壞。2）Ⅱ型，節(jié)理剪切滑移破壞。主要發(fā)生沿柱體軸向的剪切破壞，宏觀上存在1條或數(shù)條明顯的剪切滑移面，如圖5（e）、（f）所示。該類(lèi)破壞主要發(fā)生在節(jié)理傾角為 45^°～75^° 時(shí)，同時(shí)僅存在少量柱體破壞。

3）IⅢI型，節(jié)理軸向劈裂破壞。主要發(fā)生在節(jié)理傾角為 90^° 時(shí)，沿節(jié)理面方向發(fā)生張拉破壞，如圖5（g）所示，但是此時(shí)試樣失效主要是由柱體本身發(fā)生破壞導(dǎo)致的。

2.3 各向異性

2.3.1單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性

試樣的單軸抗壓強(qiáng)度與節(jié)理傾角的關(guān)系如圖7所示。由圖可知：隨著節(jié)理傾角的增大，單軸抗壓強(qiáng)度先逐漸增大，在節(jié)理傾角為 30^° 時(shí)取得極大值184.0kPa ；隨后單軸抗壓強(qiáng)度逐漸減小，在節(jié)理傾角為 60^° 時(shí)取得極小值 147.2kPa ；隨著節(jié)理傾角的進(jìn)一步增大，單軸抗壓強(qiáng)度不斷增大，并在節(jié)理傾角大于 75^° 后驟增。試樣的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比 σ_cmax/σ_cmin=37.65 ，其中 σ_cmax ！ σ_cmin 分別為單軸抗壓強(qiáng)度的最大、最小值，表明柱狀節(jié)理巖體的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性顯著。

表3 所示為不同文獻(xiàn)[6，8，11，18]中柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比。由表可知，本文與文獻(xiàn)[18]中均采用PVA制備節(jié)理面，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比為20.56＼～37.65，顯著大于其他材料的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比10.91～14.54 ，這是由PVA的剛度小于其他材料的剛度所導(dǎo)致的，表明試樣的單軸抗壓強(qiáng)度與節(jié)理面剛度密切相關(guān)，當(dāng)節(jié)理面剛度較小時(shí)，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比顯著增大。

2.3.2 彈性模量的各向異性

試樣的彈性模量與節(jié)理傾角的關(guān)系如圖8所示。由圖可知：隨著節(jié)理傾角的增大，彈性模量整體上呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，在節(jié)理傾角為 15^° 時(shí)取得最小值 1.3MPa ；當(dāng)節(jié)理傾角小于或等于 45^° 時(shí)，試樣的彈性模量始終較小；當(dāng)節(jié)理傾角大于 45^° 時(shí)，隨著節(jié)理傾角的增大，試樣的彈性模量及其增長(zhǎng)速率均逐漸增大。試樣的彈性模量的各向異性比E_max/E_min=314 ，其中 E_max?E_min 分別為彈性模量的最大、最小值，表明試樣的彈性模量的各向異性顯著。

2.4 能量演化規(guī)律

假設(shè)外力做功輸入的總能量為 U ，并且壓力機(jī)、試樣等組成的試驗(yàn)系統(tǒng)不與外界發(fā)生能量交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得 U 與試樣存儲(chǔ)可釋放的彈性應(yīng)變能 U_e 、試樣內(nèi)部損傷變形產(chǎn)生的耗散能 U_d 的關(guān)系式[20]為

U=U_e+U_do

在單軸壓縮條件下， U 即為試樣在軸向荷載下產(chǎn)生軸向變形所吸收的能量，表達(dá)式[20]為

式中 σ₁，ε₁ 分別為單軸壓縮荷載下試樣的主應(yīng)力、主應(yīng)變。

U_e，U_d 的計(jì)算公式[20]分別為

式中 E 為試樣在彈性階段的彈性模量。

根據(jù)式（3）、（4），可得不同節(jié)理傾角時(shí)試樣在單軸壓縮荷載下的能量演化與應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖9所示。由圖可知：不同節(jié)理傾角時(shí)的試樣能量演化特征相似。壓縮前期試樣所吸收的總能量以存儲(chǔ)在試驗(yàn)內(nèi)部的彈性應(yīng)變能為主；隨著荷載的進(jìn)一步增大，試樣逐漸由彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形，耗散能占比逐漸增大；當(dāng)荷載達(dá)到峰值時(shí)，試樣存儲(chǔ)的彈性應(yīng)變能達(dá)到峰值，而后耗散能增速迅速增大，存儲(chǔ)在試樣內(nèi)部的彈性應(yīng)變能得到釋放，加速了節(jié)理面與柱體的破壞以及試樣承載力的喪失。

圖9

σ₁"—試樣的主應(yīng)力； U —外力做功輸入的總能量;U_e"一試樣存儲(chǔ)可釋放的彈性應(yīng)變能；U_d"一試樣內(nèi)部損傷變形產(chǎn)生的耗散能。

圖10所示為不同節(jié)理傾角時(shí)試樣的能量演化和脆性破壞特征。從圖10（a）中可以看出：隨著節(jié)理傾角的增大，試樣破壞所需總能量呈現(xiàn)先增后減再驟增的趨勢(shì)，當(dāng)節(jié)理傾角為 60^° 時(shí)，試樣破壞所需總能量最小；彈性應(yīng)變能的變化規(guī)律與總能量的大致相同，同樣在節(jié)理傾角為 60^° 時(shí)取得最小值，耗散能則呈現(xiàn)雙峰型變化規(guī)律。

引入脆性指標(biāo) B 表征柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣的破壞特征，計(jì)算公式[21]為

B 越大則試樣的脆性破壞特征越顯著。從圖10（b）中可以看出，隨著節(jié)理傾角的增大， B 呈現(xiàn)先增后減再增大的趨勢(shì)，在節(jié)理傾角為 75^° 時(shí)取得最小值，在節(jié)理傾角為 15^° 時(shí)取得極大值，在節(jié)理傾角為 90^° 時(shí)取得最大值。由此可得，試樣在節(jié)理傾角分別為15^° 90^° 時(shí)脆性破壞特征明顯，在節(jié)理傾角為 75^° 時(shí)表現(xiàn)出顯著的延性破壞特征。原因可能是試樣在節(jié)理傾角為 75^° 時(shí)發(fā)生節(jié)理面滑移，整體發(fā)生傾倒，從而產(chǎn)生大量的耗散能；然而此時(shí)試樣仍未達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度，具有一定等承載能力，因此延性破壞特征較顯著。

3結(jié)論

本文中采用三維打印，以PVA為耗材制備柱狀節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，采用石膏凈漿一次澆筑成型施工技術(shù)制備柱狀節(jié)理巖體類(lèi)巖石試樣，并開(kāi)展單軸壓縮試驗(yàn)分析了試樣的各向異性，得到以下主要結(jié)論：

1）隨著節(jié)理傾角的增大，試樣的單軸抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減再急劇增大的變化規(guī)律。在節(jié)理傾角為 0^° 時(shí)取得最小值，在節(jié)理傾角為 60^° 時(shí)取得極小值，節(jié)理傾角為 90^° 時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度最大。彈性模量整體上呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，并且當(dāng)節(jié)理傾角大于 45^° 時(shí)，彈性模量的增速隨著節(jié)理傾角的增大而增大。試樣的單軸抗壓強(qiáng)度的各向異性比達(dá)到37.65，彈性模量的各向異性比達(dá)到314。

2）試樣達(dá)到單軸抗壓強(qiáng)度所需的能量呈現(xiàn)先 增后減再陡增的趨勢(shì)，節(jié)理傾角為 60^° 的試樣破壞 所需能量最小。節(jié)理傾角分別為 15^° ！ 90^° 時(shí)的試樣 表現(xiàn)出明顯的脆性破壞特征，而節(jié)理傾角為 75^° 的 試樣具有顯著的延性破壞特征。

3）試樣在節(jié)理傾角為 0^°～45^° 時(shí)主要發(fā)生垂直于柱體軸向的剪切破壞，表現(xiàn)為X型共軛剪切破壞；在節(jié)理傾角為 45^°～75^° 時(shí)，主要發(fā)生沿柱體軸向的剪切破壞，表現(xiàn)為單斜面或多斜面剪切破壞；在節(jié)理傾角為 90^° 時(shí)，主要發(fā)生節(jié)理面的張拉破壞。

4）節(jié)理面的材料與制備方式對(duì)試樣的各向異性有極大的影響，如何確定節(jié)理參數(shù)對(duì)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)更好地表征柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)性能具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］吳俊宇，謝東誼，朱珍德，等．含預(yù)制裂紋的大理巖細(xì)觀損傷試驗(yàn)研究[J]．大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，35（6）：5984.

[2] 肖東坤，高振秋，李聰聰．?dāng)嗬m(xù)節(jié)理巖體尺寸效應(yīng)的數(shù)值模擬研究[J]．大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，29（6）：444.

[3] 張宜虎，周火明，鐘作武，等.YXSW-12現(xiàn)場(chǎng)巖體真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)及其應(yīng)用[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（11）：2312.

[4] 石安池，唐鳴發(fā)，周其健．金沙江白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖巖體變形特性研究［J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（10）： 2079.

[5] 倪衛(wèi)達(dá)，石安池．白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖卸荷損傷數(shù)值試驗(yàn)研究[J]．長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2017，34（10）：85.

[6] JIH，ZHANGJC，XUWY，etal.Experimental investigationofthe anisotropic mechanical properties of a columnar jointed rockIass： Uvservauons Hon iavuratory-baseu pnysical IuueiHgl J」.Rock Mechanics and Rock Engineering，2017，50（7）：1923.

[7]ZHU Z D，LU W B，HE Y X，et al. Experimental study on thestrength failure characteristics of columnar jointed rock masses underthre-dimensional stressJ].KSCEJournal of Civil Enginering，2021，25（7） ： 2411.

［8］劉攀，林志南，馬戎榮，等．節(jié)理傾角對(duì)類(lèi)巖石試樣力學(xué)特性影響試驗(yàn)研究[J]．三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，39（5）：45.

[9]ZHANG T， XU W Y， WANG HL，et al. Experimental investiga-tions on short-term and creep anisotropic mechanical behavior ofartificial columnar jointed rock masses[J]. Rock Mechanics andRock Engineering，2022，55（9） ： 5393.

[10]ZHANG T， XU W Y， WANG H L， et al. Anisotropic mechan-ical behaviour of columnar jointed rock masses subjected to cyclicloading：an experimental investigation[J]. International JournalofRock Mechanics and Mining Sciences，2021，148：104954.

［11］肖維民，黃巍，丁蜜，等．基于3D打印技術(shù)的模擬柱狀節(jié)理巖體試樣制備方法[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，2018，40（增刊2）：259.

［12］黃巍，肖維民，田夢(mèng)婷，等．不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體力學(xué)特性模型試驗(yàn)研究[J]．巖土力學(xué)，2020，41（7）：2349.

[13］肖維民，黃巍，韓俊成，等．不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體一次成型制備方法試驗(yàn)研究[J]．巖土工程學(xué)報(bào)，2020，42（增刊2）：106.

［14］肖維民，韓俊成，田夢(mèng)婷，等．不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體常規(guī)三軸壓縮力學(xué)各向異性試驗(yàn)研究［J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2023，42（增刊1）：3131.

[15]QUE X C，ZHU Z D，ZHOU L M，et al. Strength and failurecharacteristics of an irregular columnar jointed rock mass underpolyaxial stress conditions[J]. Rock Mechanics and Rock Engineer-ing，2022，55（11）： 7223.

[16]QUE X C，ZHU ZD，HE Y X，et al. Strength and deformationcharacteristics of irregular columnar jointed rock mass： a com-bined experimental and theoretical study[J]．Journal of RockMechanics and Geotechnical Engineering，2023，15（2）： 429.

［17］朱姝，闕相成，朱珍德，等．考慮截面規(guī)則性的柱狀節(jié)理巖體變形及強(qiáng)度特性研究[J]．巖土力學(xué)，2024，45（1）：213.

［18］張濤，徐衛(wèi)亞，孟慶祥，等．基于3D打印技術(shù)的柱狀節(jié)理巖體試樣力學(xué)特性試驗(yàn)研究［J]．巖土力學(xué)，2022，43（增刊2） ： 252.

［19］郝憲杰，馮夏庭，江權(quán)，等．基于電鏡掃描實(shí)驗(yàn)的柱狀節(jié)理隧洞卸荷破壞機(jī)制研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013，32（8）： 1648.

［20］謝和平，鞠楊，黎立云．基于能量耗散與釋放原理的巖石強(qiáng)度與整體破壞準(zhǔn)則[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（17）：3004.

[21]HUCKA V，DAS B.Brittleness determination of rocks by difer-entmethods[J].International Journal of Rock Mechanics andMining Sciences amp; Geomechanics Abstracts，1974，11（10）：390.

（責(zé)任編輯：王耘）