利用3D打印合成岩体解释非贯通节理的破坏机理
摘要
岩体破坏涉及滑动和岩桥拉伸破坏，数值模拟技术是研究其力学行为的主要手段。但制作合成岩体试样困难，因此发展了3D打印技术来制作。这种方法可重复测试相似样本，降低不确定性并提高结果可靠性。同时，SRM数值模型可预测岩体脆性断裂行为，考虑复杂非贯通性节理网络和块体断裂影响。通过现场数据建立DFN，分离立方样本进行强度试验，记录应力应变行为。新出现的3D打印技术能校准和验证数值模拟结果，更准确地了解岩体力学特性和破坏机制。
正文
1. 引言
岩体由完整的岩石和变异的节理组成，因此阶梯式边坡破坏是断裂面上的滑动和断裂之间岩桥的拉伸破坏共同作用的结果【阶梯路径岩桥 (Step Path Rock Bridge)】。目前主要使用数值模拟技术了解这类岩体的力学行为，主要使用的工具有：
(1) 基于DFN和块体理论的Fracman和RocSlope;
(2) 基于DFN和FEM技术的RS2, RS3;
(3) 基于DFN和DEM技术的UDEC, 3DEC, PFC包括特别发展的SRM技术：BBM和BPM；
(4) 基于DFN和FDEM技术的Irazu;
显然，按照普通方法制作一个合成岩体(SRM)试样是十分困难的，这也是发展数值模拟技术的主要原因之一。现在发展了一种新的方法，可以使用3D打印技术制作合成岩体。
2. 3D打印合成岩体
3. SRM数值模型
模拟方法是把DFN断裂信息(即断裂几何形状和属性)叠加到BPM模型上，BPM用于模拟完整岩石，通过修改断裂接触点处的接触模型引入断裂的力学行为。由于PFC模型本质上是离散的，因此破坏可能发生在完整的BPM区域以及沿断裂面发生。
SRM克服了早期工作中存在的模型尺寸和表示节理的限制，允许快速构造和测试直径为10-100m的中等到严重节理化的岩石样本，这些岩石含有数千个非贯通性节理。SRM模拟用于估算岩体的峰前属性(弹性模量、损伤阈值和峰值强度)和峰后属性(脆性、残余强度和破碎)，并用于分析大规模的岩体边坡稳定性问题。SRM模拟允许考虑三维大型复杂非贯通性节理网络以及块体断裂，包括非贯通节理对岩块强度的影响。
通用的SRM数值模拟步骤如下：
(1) 根据现场数据建立离散断裂网络DFN;
(2) 对构造的DFN模型进行了随机抽样，按恒定的高宽比分离出N个立方样本进行模拟;
(3) 对每个立方样本进行强度试验，并记录每个样本的全部应力应变行为。
