代表性元素体积REV (Representative Elemental Volume)

1 引言

岩体中存在着节理和裂隙，因此随着岩石试样尺寸的不断增大，试样中包含的节理和裂隙越多，强度会逐渐降低，这种现象称作"尺寸效应(Scale Effect)"。与这个概念相似，Bear (1979)最先在他的经典著作《Hydraulics of Groundwater》研究岩体的渗透性时提出了代表性元素体积 REV (Representative Elemental Volume) 的概念。REV指的是试样的尺寸，是必须进行测试不连续岩石的最小体积，超过这个临界尺寸，所测得的岩石性质就基本恒定了；随着试样尺寸的增加，小试样所引起的任何显著的性质变化会越来越小，直到得到一个可重复的数值。

Hudson (1989) 使用了这个概念来辅助确定岩石工程中的计算模型: 对于一个实际的岩石工程问题，究竟是使用连续性模型(有限元)还是不连续模型(离散元)进行分析。按照REV的概念，在开挖区域附近由于岩体受到扰动，把岩体视为离散体，这个范围直到REV的边界, 在远域内把岩体视为连续体。在建立模型时，一个经验的规则是影响范围取开挖尺寸的3倍左右。

早在1985年，Brady B.H.G 在明尼苏达大学完成的博士论文中，开发了一个离散元和边界元耦合的程序，在开挖边界附近使用刚性离散元块体BLOCK(UDEC的原型代码)来表示, 在影响范围之外使用直接边界元BE计算，使用这种算法可以隐式地确定出不连续体的影响范围和REV的值。80年代末90年代初东北大学采矿工程系使用这个程序进行了崩落采矿法(Block Caving)的放矿研究。    

2 确定REV的值

虽然从理论上意识到REV的存在，但如何确定REV的值是个问题，在现场作原位试验显然是不可能的。不过最近10年发展起来的合成岩体SRM技术可以进行数值试验，局部地解决了这个问题，或者至少向前迈出了一步。下面是从GeotechSet中聚合出部分相关文献。

3 参考文献

[1] Grenon, M. and J. Hadjigeorgiou (2012). "Applications of fracture system models (FSM) in mining and civil rock engineering design." International Journal of Mining Reclamation and Environment 26(1): 55-73.

[2] Esmaieli, K., et al. (2015). "Capturing the complete stress-strain behaviour of jointed rock using a numerical approach." International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics 39(10): 1027-1044.

[3] Parmar, H., et al. (2019). "Impact of ground surface subsidence due to underground mining on surface infrastructure: the case of the Anomaly No. 12 Sechahun, Iran." Environmental Earth Sciences 78(14).

[4] Esmaieli, K., J. Hadjigeorgiou and M. Grenon. (2010) “Estimating Geometrical and Mechanical REV based on Synthetic Rock Mass Models at Brunswick Mine,” Int. J. Rock Mech. Min., 47(6), 915-926.

[5] Pierce, M., D. Mas Ivars and B. Sainsbury (2009). “Use of Synthetic Rock Masses (SRM) to Investigate Jointed Rock Mass Strength and Deformation Behavior,” In Proceedings of the International Conference on Rock Joints and Jointed Rock Masses (Tucson, Arizona, January 2009), paper 1091. P. H. S. W. Kulatilake, ed. 

[6] Ivars, D., Pierce, M., Darcel, C., Reyes-Montes, J., Potyondy, D., Young, R., and Cundall, P. (2011). The synthetic rock mass approach for jointed rock mass modelling. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 48(2), 219-244.

[7] Bear J. (1979) Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill, New York.

[8] Hudson, J. A. & Harrison, J. P. (1997) Engineering Rock Mechanics. An Introduction to the Principles: Pergamon.

[9] Pariseau, W. 2001. 'Computational approaches to jointed rock mass mechanics'. Proceedings of the 10th International Conference On Computer Methods and Advances in Geomechanics, Tucson, United States. pp. 93-100.

[10] Cundall, P., Pierce, M. and Mas Ivars, D. (2008) Quantifying the size effect of rock mass strength, In SHIRMS 2008, Proc. 1st Southern Hemisphere International Rock Mechanics Symposium (Perth, Australia, September 16-19, 2008).

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