卿少帅 陈新

摘要：本文采用PFC2D软件对节理连通率-节理倾角组合变化下试件的单轴压缩实验进行了模拟，分析了试件的应力应变曲线、强 度、弹性模量、破坏模式随两个节理网络几何参数的变化规律。研究发现：（1）随着节理连通率的增加，0°、30°、45°试件应力应变曲线逐渐由单峰变为多峰。（2）试件的峰值强度随着节理连通率的增加而逐渐减小。（3）当节理倾角较小时，试件的弹性模量随着节理连通率的增加而减小;当节理倾角较大时，试件弹性模量随节理连通率变化很小。（4）试件的破坏模式可以分成3种类型，即压碎破坏、压裂破坏、剪切滑移破坏。

关键词：PFC2D 单轴压缩节理连通率 节理倾角宏观力学响应

Study on the Mechanical Properties of Single-fracture Specimens with Different Joint Connectivity Rates

QING Shaoshuai  CHEN Xin*

（China University of Mining and Technology （Beijing） State Key Laboratory for Geomechanics & Deep Underground Engineering， Beijing， 100083 China）

Abstract： This Paper uses PFC2D software to simulate the uniaxial compression experiment of the specimen under the combined change of joint connectivity rate and joint angle， and analyze the changes of the stress-strain curve， strength， elastic modulus， and failure mode of the specimen with the two geometric parameters of the joint network. We find： （1） With the increase of joint connectivity， the stress-strain curves of 0°， 30°， and 45° specimens gradually change from single-peak to multi-peak. （2） The peak strength of the specimen gradually decreases with the increase of the joint connectivity rate. （3） When the joint angle is small， the elastic modulus of the specimen decreases with the increase of the joint connectivity rate;when the joint angle is large， the elastic modulus of the specimen changes little with the joint connectivity rate. （4） The failure mode of the specimen can be divided into three types： crush failure， fracturing failure， and shear slip failure.

Key Words ： PFC2D; Uniaxial compression; Joint connectivity;Joint angle; Macroscopic mechanical response

在采矿、建筑建设、交通运输等众多工程领域中，势必会涉及天然岩体的力学性质。由于天然岩体中有着众多长度不一、倾角不同的节理，其宏观力学响应很大程度上受到节理的操控[1]。岩体的峰值强度、弹性模量、应力应变曲线在不同长度、倾角的节理控制下呈现明显的各向异性。因此，对不同节理连通率k、不同节理倾角β的岩石试件展开研究是很有必要的。

此外，在各种数值模拟软件中，颗粒流软件相较于其他的软件有着较大的优势，能较好地模拟试件中产生的次生裂纹、试件中节理的调用等[2-4]，且由于本次模拟的对象在厚度方向并无变化，因此本文采取PFC2D颗粒流软件进行模拟研究。

1. 模型参数、试件布置

1.1 试件布置

试件的尺寸L×B为150mm×150mm，节理连通率k取0.2、0.4、0.6、0.8，节理倾角β（节理面与水平面夹角）取0°、30°、45°、60°、90°，一共20个试件。……