工程科学学报.第44卷，第X期：1-11.2021年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-11,X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002;http://cje.ustb.edu.cn 基于UDEC-GBM的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过 程的影响 胡小川”，丁学正)，苏国韶2，)四，廖满平) 1)中建二局土木工程集团有限公司.北京1011002)广西大学土木建筑工程学院，南宁5300043)广西大学工程防灾与结构安全教育部 重点实验室.南宁530004 ☒通信作者，E-mail:guoshaosu@gxu.edu.cn 摘要基于块体离散单元数值模拟方法(UDEC-GBM),以钾长石矿物颗粒为例，详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角 围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响，并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响， 数值研究结果表明：(1)晶粒解理具有明显倾角效应，当解理倾角由0增加到90时，岩石的弹性模量、单轴压缩强度及峰后 脆延特征都会发生变化，穿品总裂纹数受影响明显，主要体现在钾长石张拉穿晶裂纹显著增加，钾长石剪切裂纹数量在60增 加到最大值后减少，石英穿晶品张拉裂纹数量也有明显变化，总体而言不断增加.而沿晶裂纹数量呈减少趋势，整个开裂过程仍 以张拉沿晶主导：(2)晶粒解理倾角效应受围压影响，围压会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和二者比值发生变化，但不同倾角 下围压对沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值变化影响不一样；(3)当解理间距由2mm增加到4mm时，穿晶裂纹数量有增加趋 势，而沿晶裂纹数量减少，总剪切和张拉裂纹数量比值不变，对岩石微观张拉、剪切破坏机制无明显影响.此外，具有解理结构 的矿物晶粒含量较高且矿物晶粒本身性质对岩石性质及响应影响显著时，解理特征对板裂、岩爆等破坏的影响应给予重视 关键词岩石力学：矿物晶粒：解理特征：数值模拟：离散单元法 分类号TV314 Effect of cleavage characteristics of mineral grains on the failure process of hard rock based on UDEC-GBM modeling HU Xiao-chuan,DING Xue-zheng,SU Guo-shao,LIAO Man-ping 1)The Civil Engineering Group Corporation,China Second Engineering Bureau.LTD,Beijing 101100,China 2)School of Civil and Architecture Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China 3)Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Ministry of Education,Guangxi University,Nanning 530004,China Corresponding author,E-mail:guoshaosu@gxu.edu.cn ABSTRACT Based on the UDEC (Universal distinct element code)modeling and grain-based model(UDEC-GBM),the effects of mineral's (e.g.,feldspar)cleavage angle,the confining effect of the cleavage angle and cleavage spacing on mechanical properties, microcracking process and mechanism of hard rocks,and the resulting problems in engineering were investigated in the present study. Numerical results show that:(1)Mineral cleavage has a considerable angle effect.As the cleavage angle increases from 0 to 90,the elastic modulus,uniaxial compressive strength,and post-peak characteristics of the rock are affected.The total number of transgranular cracks is obviously affected,which is mainly reflected by the increase in the number of feldspar tensile cracks and the number of feldspar shear cracks increases to a maximum at 60 and then decreases,and the number of quartz tensile cracks changes considerably.In general, 收稿日期：2020-12-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51869003)：水利工程岩石力学广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划资助项目(202006)基于 UDEC-GBM 的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过 程的影响 胡小川1)，丁学正1)，苏国韶2,3) 苣，廖满平1) 1) 中建二局土木工程集团有限公司，北京 101100    2) 广西大学土木建筑工程学院，南宁 530004    3) 广西大学工程防灾与结构安全教育部 重点实验室，南宁 530004 苣通信作者， E-mail: guoshaosu@gxu.edu.cn 摘    要    基于块体离散单元数值模拟方法（UDEC-GBM），以钾长石矿物颗粒为例，详细研究了矿物晶粒解理倾角、解理倾角 围压效应及解理间距对硬质岩石力学性质、微观开裂过程及机理的影响，并探讨了解理特征在工程实际中可能带来的影响. 数值研究结果表明：（1）晶粒解理具有明显倾角效应，当解理倾角由 0°增加到 90°时，岩石的弹性模量、单轴压缩强度及峰后 脆延特征都会发生变化，穿晶总裂纹数受影响明显，主要体现在钾长石张拉穿晶裂纹显著增加，钾长石剪切裂纹数量在 60°增 加到最大值后减少，石英穿晶张拉裂纹数量也有明显变化，总体而言不断增加，而沿晶裂纹数量呈减少趋势，整个开裂过程仍 以张拉沿晶主导；（2）晶粒解理倾角效应受围压影响，围压会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和二者比值发生变化，但不同倾角 下围压对沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值变化影响不一样；（3）当解理间距由 2 mm 增加到 4 mm 时，穿晶裂纹数量有增加趋 势，而沿晶裂纹数量减少，总剪切和张拉裂纹数量比值不变，对岩石微观张拉、剪切破坏机制无明显影响. 此外，具有解理结构 的矿物晶粒含量较高且矿物晶粒本身性质对岩石性质及响应影响显著时，解理特征对板裂、岩爆等破坏的影响应给予重视. 关键词    岩石力学；矿物晶粒；解理特征；数值模拟；离散单元法 分类号    TV314 Effect of cleavage characteristics of mineral grains on the failure process of hard rock based on UDEC-GBM modeling HU Xiao-chuan1) ，DING Xue-zheng1) ，SU Guo-shao2,3) 苣 ，LIAO Man-ping1) 1) The Civil Engineering Group Corporation, China Second Engineering Bureau.LTD, Beijing 101100, China 2) School of Civil and Architecture Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China 3) Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Ministry of Education, Guangxi University, Nanning 530004, China 苣 Corresponding author, E-mail: guoshaosu@gxu.edu.cn ABSTRACT    Based on the UDEC (Universal distinct element code) modeling and grain-based model (UDEC-GBM), the effects of mineral ’s  (e.g.,  feldspar)  cleavage  angle,  the  confining  effect  of  the  cleavage  angle  and  cleavage  spacing  on  mechanical  properties, microcracking process and mechanism of hard rocks, and the resulting problems in engineering were investigated in the present study. Numerical results show that: (1) Mineral cleavage has a considerable angle effect. As the cleavage angle increases from 0° to 90°, the elastic modulus, uniaxial compressive strength, and post-peak characteristics of the rock are affected. The total number of transgranular cracks is obviously affected, which is mainly reflected by the increase in the number of feldspar tensile cracks and the number of feldspar shear cracks increases to a maximum at 60° and then decreases, and the number of quartz tensile cracks changes considerably. In general, 收稿日期: 2020−12−10 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51869003）；水利工程岩石力学广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划资助项目（202006） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−11，2021 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−11, X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.10.002; http://cje.ustb.edu.cn