柱状节理岩体的相似材料模型试验与数值模拟研究

东北大学硕士学位论文第１章绪论

第１章绪论

１．１研究目的和意义

岩体是一种具有不连续性、非均质性、各向异性和非线性的天然地质体，在漫长的地质历史过程中，经历多次反复的地质作用，包括地应力和温度变化、各种构造地质作用和表生演化作用等，使岩体在内部形成发育复杂的不连续面；这些不连续面，包括片理（ｆｉｓｓｕｒｅｓ）、裂隙（ｆｒａｃｔｕｒｅｓ）、节理（ｊｏｉｎｔｓ）、断层（ｆａｕｌｔｓ）、层理面（ｂｅｄｄｉｎｇｐｌａｎｅｓ）、剪切带（ｓｈｅａｒｚｏｎｅｓ）和岩脉（ｄｙｋｅｓ）【ｌ，引。岩体的力学性质由岩石和不连续结构面共同决定的，在很大程度上，岩体的强度、变形与不连续结构面有着紧密的因果关系；节理、裂隙等不连续面对岩体的应力空间分布和破坏模式有着重要的影响。在水电、土木、隧道和采矿工程中，工程师们经常会面临节理岩体的强度、变形、破坏机制等复杂问题。其中，柱状节理岩体内部富含节理，其特殊的力学特性使得节理岩体的变形强度特性、破坏模式等尤为特殊。

随着我国国民经济建设的快速发展，和西部大开发战略的进一步实施，我国对水利水电资源的开发利用进入了前所未有的阶段。在当今西南水电大开发中，越来越多的水利工程（如金沙江白鹤滩、溪洛渡、龙开口、乌东德等水电站）均揭露出大量柱状节理岩体，因其内部节理、裂隙发育异常，开挖时极易发生松弛和开裂，形成垮塌事件。由于关于柱状节理岩体的特殊工程力学特性研究鲜有涉及，在进行这些水利工程建设时，一些前所未见的问题显现出来，因此柱状节理岩体的工程力学性质越来越受到重视。

柱状节理构造（ｃｏｌｕｍｎａｒｊｏｉｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）是常见于火山熔岩中的一种呈规则柱状形态的原生张性破裂构造，多见于玄武岩中【３】。白鹤滩水电站揭露的柱状节理玄武岩体，柱体细长，岩石质脆，呈柱状镶嵌、柱状破碎结构，柱面形状呈四边形、五边形及六边形；柱状节理密集发育，包括柱体间的柱状节理面、柱体内发育不规则的纵向（平行柱体）与横向（垂直柱体）微裂隙，以及缓倾角结构面【４１。柱状节理玄武岩ＲＱＤ值较低，完整性较差，其变形模量等力学指标相对较低，表现出显著的各向异性特征，对拱坝变形、坝肩稳定、边坡稳定、地下洞室群围岩稳定有重要影响，已成为该水电工程的关键技术问题之一ｌ５。。

由于许多学者局限于地质成因学方面，而对柱状节理岩体的力学性质研究较少、不充分，鲜有涉及。因此，针对柱状节理岩体的强度、变形、破坏规律、破坏机制等力学性质亟待开展研究。同时，由于柱状节理岩体较破碎，试验试块进行现场采集、搬运、