柱狀節(jié)理巖體滲透試驗(yàn)的幾點(diǎn)嘗試，失敗是成功之母

山區(qū)水利水電工程往往選址于性質(zhì)復(fù)雜的節(jié)理巖體地區(qū)，對(duì)節(jié)理巖體水力學(xué)特性進(jìn)行可靠的研究，是工程建設(shè)、施工與安全性評(píng)價(jià)的前提和保證。其中白鶴灘水電站項(xiàng)目引起了柱狀節(jié)理巖體各向異性力學(xué)行為與非線性滲流行為的重視，有益促進(jìn)了柱狀機(jī)制巖體水力學(xué)特性的研究。

筆者設(shè)想了兩種柱狀節(jié)理巖體物理模型滲透試驗(yàn)方法，即：1）用六棱柱鋼筋塊模擬巖塊，充填砂模擬節(jié)理（如圖1(a)所示）；2）用可溶于水的材料制備節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，澆鑄環(huán)氧樹(shù)脂成型節(jié)理巖體物理模型（如圖1(b)所示）。

上述兩類試驗(yàn)方法經(jīng)筆者驗(yàn)證亦存在較大問(wèn)題，因并未得到具體系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果，但仍可探究試驗(yàn)失敗原因，為之后的研究積累經(jīng)驗(yàn)。筆者認(rèn)為：

（1）用六棱柱鋼筋塊模擬巖塊，充填砂模擬節(jié)理可用于假定巖塊不變形，滲透系數(shù)改變由節(jié)理開(kāi)度變化引起的滲流-應(yīng)力耦合試驗(yàn)，比較符合節(jié)理巖體離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型理論，但如圖1(a)所示很難保證砂在試樣外側(cè)的均勻填充，也較難制備非0°傾斜角的試樣。

（2）用可溶于水的材料制備節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，然后澆鑄環(huán)氧樹(shù)脂成型柱狀節(jié)理巖體物理模型方法理論可行，但需要考慮在材料溶解過(guò)程中同步換填粉砂以避免豎向或徑向變形過(guò)大導(dǎo)致孔隙空間丟失，同時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)水溶性材料在經(jīng)過(guò)3D打印機(jī)熔解再固化后，其水溶性發(fā)生較大變化，選擇合適的材料及合適的填充密度是物理模型方試樣能否順利溶解的關(guān)鍵。

綜上所述，可以反映真實(shí)的柱狀節(jié)理巖體在應(yīng)力環(huán)境變化情況下的滲透試驗(yàn)方法仍需進(jìn)一步探索。筆者嘗試的試驗(yàn)方法各有利弊，也存在進(jìn)一步改進(jìn)的地方，期望該文章的展示可以給其他相關(guān)研究者以啟迪。同時(shí)，在以后的科學(xué)研究中應(yīng)主要集中在尋找可保證均一節(jié)理寬度、孔隙空間不會(huì)因材料流失而減小及失效可形成貫通破壞面的試樣制備方法，同時(shí)應(yīng)注意與理論模型的相互結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1] Lin D, Xu W, Wang H, et al. Experimentalstudy on strength characteristics of columnar jointed rock mass under theseepage[J]. Journal of Hohai University Natural Sciences, 2019, 47(2): 151-155.

[2] 牛學(xué)超, 張慶喜, 岳中文. 巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 巖土力學(xué), 2013, 34(02): 600-607.

[3] 肖維民, 夏才初, 鄧榮貴. 巖石節(jié)理應(yīng)力–滲流耦合試驗(yàn)系統(tǒng)研究進(jìn)展[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2014, 33(S2): 3456-3465.

供稿：孔洋（水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院）