岩体力学参数随尺寸的变化规律及的确定

图4-17　研究区裂隙岩体抗压强度折减系数(Si/SI)随岩体尺寸的变化规律

4.4.4　节采用三维离散元数值试验法按照三种试验方案确定了研究区不同尺寸裂隙岩体的强度和变形参数。图4-17为岩体抗压强度折减系数(Si/SI)随岩体尺寸的变化规律，其中Si表示岩体在i方向的抗压强度(i=x、y或z)，SI表示完整岩块的抗压强度。图4-17(a)为研究区裂隙岩体x方向抗压强度折减系数随岩体尺寸的变化规律，图中同一尺寸不同位置模型的计算结果采用同一样式的标记，其均值采用红色菱形标记且不同尺寸均值之间用虚线相连。结果表明，同一尺寸不同位置岩体模型所得的x方向抗压强度折减系数有所差异，在一定范围内波动，随着岩体尺寸的增加，不同位置处裂隙岩体的抗压强度折减系数的均值逐渐减小，由模型位置所引起的结果差异也呈减小趋势，当岩体尺寸大于18m时，岩体x方向抗压强度折减系数趋于稳定，保持在0.40～0.41，且由模型位置所引起的结果差异也减小到可忽略的程度。图4-17(b)为研究区裂隙岩体y方向抗压强度折减系数随岩体尺寸的变化情况，与x方向抗压强度折减系数的变化规律相似，y方向抗压强度折减系数的均值随着岩体尺寸的增加而减小，当岩体尺寸大于18m时，y方向抗压强度折减系数的变化可忽略不计，保持在0.37～0.38。图4-17(c)为研究区裂隙岩体z方向抗压强度折减系数随岩体尺寸的变化情况，与x方向和y方向抗压强度折减系数的变化规律相似，z方向抗压强度折减系数的均值也随着岩体尺寸的增加而减小，最终保持在0.48左右。为了进行裂隙岩体不同方向上抗压强度折减系数的对比，图4-17(d)同时给出了x、y和z方向岩体抗压强度折减系数的均值随岩体尺寸的变化曲线，可见裂隙岩体在不同方向上抗压强度折减系数随尺寸的变化规律明显不同，体现了裂隙岩体的各向异性特征。

图4-18为岩体变形模量折减系数(DMi/EI)随岩体尺寸的变化规律，其中DMi表示岩体i方向的变形模量，EI表示岩块的弹性模量。图4-18(a)、(b)、(c)分别为研究区岩体x方向、y方向和z方向变形模量折减系数随岩体尺寸的变化规律。结果表明，同一尺寸不同位置岩体模型所得的变形模量折减系数有所差异，x方向变形模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.019～0.337;y方向变形模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.02～0.432;z方向变形模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.01～0.234;但是x、y和z方向变形模量折减系数在不同位置处的均值随着岩体尺寸的增加而减小，如图4-18(d)所示，减小的范围分别为49.2%、42.6%和58.3%。当岩体尺寸大于18m时，x、y和z方向的变形模量折减系数基本保持不变，由不同位置所引起的变形模量折减系数的差异也减小至0.02以下(可忽略不计)。

图4-18　研究区裂隙岩体变形模量折减系数(DMi/EI)随岩体尺寸的变化规律

图4-19　研究区裂隙岩体剪切模量折减系数(Gjk/GI)随岩体尺寸的变化规律

图4-19和图4-20分别为岩体剪切模量折减系数(Gjk/GI)和体积模量折减系数(K/ KI)随岩体尺寸的变化规律，其中Gjk和K分别表示岩体jk平面的剪切模量以及岩体的体积模量;GI和KI分别表示岩块的剪切模量和体积模量。图4-19(a)、(b)、(c)分别为研究区岩体yz平面、xz平面和xy平面的剪切模量折减系数随岩体尺寸的变化规律。结果表明，同一尺寸不同位置岩体模型所得的剪切模量折减系数有所差异，yz平面剪切模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.025～0.356，xz平面剪切模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.025～0.286，xy平面剪切模量折减系数在不同位置处的差异范围为0.038～0.390。x、y和z方向剪切模量折减系数在不同位置处的均值随着岩体尺寸的增加而减小，如图4-19 (d)所示，减小的百分比分别为64.7%、75.2%和70.7%。当岩体尺寸大于18m时，x、y和z方向的剪切模量折减系数均基本保持不变，由不同位置所引起的剪切模量折减系数的差异也减小至0.05以下。图4-20表明研究区裂隙岩体体积模量折减系数均值随岩体尺寸的增加而减小并逐渐趋于稳定，减小的百分比为41.7%。图4-21为研究区裂隙岩体泊松比随尺寸的变化规律。结果表明，同一尺寸不同位置模型所得的泊松比结果有所差异，但裂隙岩体的泊松比均值随着岩体尺寸的增加而增加，最终趋于稳定，但泊松比的变化幅度较小，增加百分比的范围为8.2%～9.4%。

图4-20　研究区裂隙岩体体积模量折减系数
(K/KI)随岩体尺寸的变化规律

图4-21　研究区裂隙岩体泊松比随岩体尺寸的变化规律

综上所述，当岩体尺寸大于18m时，研究区裂隙岩体抗压强度折减系数、变形模量折减系数、剪切模量折减系数和体积模量折减系数以及泊松比均趋于稳定。因此，可确定鱼简河水库坝址区导流洞出口裂隙岩体的表征单元体尺寸为18m，表征单元体的力学参数如表4 -6至表4-8所示。