王永藝 龔 斌 唐春安

(大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連 116024)

柱狀節(jié)理是玄武巖噴發(fā)溢流過程中冷卻收縮形成的一種張性破裂構(gòu)造，屬于原生節(jié)理，它往往將巖體切割成規(guī)則或者不規(guī)則棱柱體。柱狀節(jié)理構(gòu)造分布廣泛，在中國、澳大利亞、巴西、印度、蘇格蘭、西伯利亞、美國等地均有分布[1]。在我國，隨著西南地區(qū)交通設(shè)施及水電基地建設(shè)的推進(jìn)，越來越多的特大型巖體工程建設(shè)都與柱狀節(jié)理巖體有關(guān)，如金沙江下游的溪洛渡水電站和白鶴灘水電站，中游的龍開口水電站和相關(guān)的特長交通隧道等[2]。對于柱狀節(jié)理巖體，國內(nèi)學(xué)者采用現(xiàn)場試驗、室內(nèi)物理試驗、數(shù)值模擬等方法開展其力學(xué)特性研究。其中，在現(xiàn)場試驗、室內(nèi)物理試驗和數(shù)值模擬方面，對不同形狀的柱狀節(jié)理玄武巖力學(xué)性質(zhì)的研究較少，進(jìn)一步地，對于不同側(cè)壓以及試件形狀的柱狀節(jié)理玄武巖破裂機理的研究更少。

在柱狀節(jié)理巖體的力學(xué)特性方面，已有學(xué)者開展相關(guān)研究。在現(xiàn)場試驗方面，江權(quán)等[3]開展柱狀節(jié)理玄武巖各向異性特性的調(diào)查與試驗研究。Xiao等[4]對地下水電站柱狀節(jié)理玄武巖開挖誘發(fā)的微震進(jìn)行監(jiān)測。Xia 等[5]對白鶴灘水電站排水隧洞柱狀節(jié)理玄武巖結(jié)構(gòu)特征及其對縱波各向異性的影響開展研究。以上的現(xiàn)場試驗，獲得了寶貴的實際工程柱狀節(jié)理體的力學(xué)特性研究資料及研究成果；但現(xiàn)場試驗的工程巖體賦存環(huán)境復(fù)雜，且在取樣環(huán)節(jié)有可能受到擾動的影響。在室內(nèi)物理試驗方面，Ji 等[6]采用水泥、細(xì)砂、水、減水劑，制作柱狀節(jié)理巖體試件，對其開展單軸壓縮試驗研究，分析不同柱體傾角情況的試件強度變化及破壞特征?？轮緩姷萚7]通過單軸壓縮試驗，研究柱體傾角和橫向節(jié)理對巖體各向異性力學(xué)特性及破壞機制的影響。肖維民等[2,8]通過單軸壓縮試驗和三軸壓縮試驗得到柱狀節(jié)理巖體在不同柱體傾角下的變形模量和單軸抗壓強度，分析柱狀節(jié)理巖體變形和強度的各向異性特性。Xia 等[9]提出了一種利用3DP 和相似常數(shù)精確重建不規(guī)則柱狀節(jié)理巖體結(jié)構(gòu)的合適方法，對重建后的試件開展單軸壓縮試驗，將其試驗結(jié)果與現(xiàn)場試驗結(jié)果進(jìn)行了比較。以上的室內(nèi)物理試驗，在柱狀節(jié)理巖體力學(xué)特性的認(rèn)識上，取得了有益的研究成果；但當(dāng)工況及試件較多時，室內(nèi)物理試驗將面臨耗時、不經(jīng)濟(jì)等問題。在數(shù)值模擬方面，閆東旭等[10]建立了柱狀節(jié)理巖體三維離散元模型，對柱狀節(jié)理巖體進(jìn)行了三軸壓縮試驗數(shù)值模擬，研究柱狀節(jié)理巖體宏觀等效彈性模量尺寸效應(yīng)。鄭文棠等[11]采用可變形離散元法建立了柱狀節(jié)理玄武巖體的三維離散元數(shù)值模型，通過數(shù)值模擬不同尺寸的承壓板試驗，探討了尺寸效應(yīng)和各向異性對試驗成果的影響。崔臻等[12]利用節(jié)理網(wǎng)絡(luò)有限元為工具，研究各結(jié)構(gòu)效應(yīng)表征參數(shù)對柱狀節(jié)理巖體等效變形模量的影響。以上的數(shù)值模擬，對柱狀節(jié)理巖體的尺寸效應(yīng)及各向異性取得了有益的進(jìn)展；但尚未考慮側(cè)壓對不同形狀的柱狀節(jié)理巖體破裂機理的影響。

本文構(gòu)建不同形狀的玄武巖柱圖像，從細(xì)觀損傷力學(xué)、統(tǒng)計強度理論、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的角度，基于RFPA3D-CT 軟件的數(shù)字圖像處理，將玄武巖柱圖像轉(zhuǎn)化為非均質(zhì)有限元網(wǎng)格模型，進(jìn)一步開展不同側(cè)壓條件下的玄武巖柱數(shù)值試驗，揭示其強度和變形特性，及其破裂機理與破壞模式、失穩(wěn)前兆特征。

1 數(shù)值模型

1.1 RFPA3D-CT 原理簡介

RFPA3D-CT 是一個三維巖石破裂過程分析程序，可以將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型，其原理如下。為構(gòu)建數(shù)值模型，需要將圖片中的信息轉(zhuǎn)換為建模所需的矢量化數(shù)據(jù)。數(shù)字圖像由正方形像素點組成，如圖1(a) 所示，在三維空間中，若認(rèn)為圖像具有一定的厚度，則可將每一個像素點看作一個有限元網(wǎng)格。將各個像素點的角點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的矢量空間物理位置(其中每個像素點具有相應(yīng)的厚度和邊長)，并根據(jù)像素點灰度值不同，將其歸類為節(jié)理或巖石材料，賦予相應(yīng)的材料參數(shù)。根據(jù)上述原理，轉(zhuǎn)化后的有限元網(wǎng)格模型如圖1(b)所示，其中，相鄰網(wǎng)格之間彈性模量(或強度) 不相等(如服從Weibull 分布)，以此來考慮節(jié)理和巖石的非均質(zhì)性。RFPA3D-CT 基于細(xì)觀損傷力學(xué)和統(tǒng)計強度理論。細(xì)觀單元采用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則。當(dāng)細(xì)觀單元的最小主應(yīng)力超過其單軸抗拉強度時單元產(chǎn)生拉伸損傷，如圖2(a) 所示，其中，σ為應(yīng)力，ft0為單軸拉伸強度，ftr為殘余拉伸強度，ε為應(yīng)變，εt0為對應(yīng)ft0的應(yīng)變，εtu為極限拉伸應(yīng)變；如果細(xì)觀單元應(yīng)力狀態(tài)滿足Mohr-Coulomb 破壞準(zhǔn)則，細(xì)觀單元產(chǎn)生剪切損傷，如圖2(b)所示，其中，fc0為單軸壓縮強度，fcr為殘余壓縮強度，εc0為對應(yīng)fc0的應(yīng)變。細(xì)觀單元承載能力隨損傷演化過程而降低，在達(dá)到破壞準(zhǔn)則之后仍保持一定的殘余強度。有關(guān)RFPA3D-CT 詳細(xì)的原理可參見文獻(xiàn)[13-17]。

圖1 數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為非均質(zhì)有限元網(wǎng)格模型示意圖Fig.1 The schematic diagram of transforming the digital image into the inhomogeneous finite element mesh model

圖2 單軸應(yīng)力下單元的彈脆性損傷本構(gòu)關(guān)系Fig.2 The elastic-brittle damage constitutive relation of element under uniaxial stress

1.2 數(shù)值模擬驗證

數(shù)值模擬驗證環(huán)節(jié)，采用Ji 等[6]和肖維民等[8]的室內(nèi)物理試驗對數(shù)值試驗進(jìn)行驗證。用于數(shù)值驗證的試件，采用的是寬度為50 mm，高度為100 mm的矩形試件，平面應(yīng)變情況；試件內(nèi)部的正六棱柱體的外接圓直徑是10 mm；考慮了平行柱軸方向的情況；基于RFPA3D-CT，將數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為有限元計算模型；有限元模型的力學(xué)參數(shù)取值見表1，其取值參考了玄武巖柱的相關(guān)文獻(xiàn)資料[2-12]。數(shù)值試驗采用位移控制加載，加載量為每步5 μm，直到試件破壞。數(shù)值試驗與室內(nèi)物理試驗的試件破壞模式對比，如圖3。

圖3 單軸壓縮條件下室內(nèi)物理試驗與數(shù)值試驗的試件破壞模式對比Fig.3 Comparison of specimen failure patterns between laboratory physical test and numerical test under uniaxial compression

1.3 數(shù)值模型設(shè)置

數(shù)值試驗中，模型的形狀方面，考慮1.5 m×3 m，3 m×3 m，6 m×3 m 的情況，柱體直徑20 cm。各個模型的單元尺寸是相同的，其中以6 m×3 m 試件為例，該試件的單元數(shù)為1 216 800。圖4 展示了側(cè)壓條件下1.5 m×3 m 玄武巖柱試件數(shù)值試驗的典型設(shè)置和邊界條件。玄武巖柱的巖石及節(jié)理的力學(xué)參數(shù)取值，同表1。在每一個模型的頂部施加豎向位移載荷；每一步施加的位移量，與模型初始側(cè)向邊長的比值，為1.7×10?5；逐步施加位移載荷，直至試件破壞。

圖4 側(cè)壓條件下玄武巖柱試件的典型設(shè)置和邊界條件(以1.5 m×3 m 試件為例)Fig.4 The typical setting and boundary condition of CJBs specimen under confining pressure(taking 1.5 m×3 m specimen as an example)

表1 數(shù)值模擬驗證環(huán)節(jié)，玄武巖柱的巖石及節(jié)理的力學(xué)參數(shù)取值Table 1 Values of mechanical parameters of rock and joint for columnar jointed basalts (CJBs)in validation of numerical simulation

2 結(jié)果和分析

2.1 不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱強度及變形特性

不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱抗壓強度和等效變形模量如圖5 所示。由圖5(a) 可知，在抗壓強度方面，對于側(cè)壓0 MPa 的情況，尺寸1.5 m×3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的抗壓強度隨柱體傾角的增加大致呈U 型分布，其中，在β= 0°和β= 75°～90°，隨著試件高寬比的增加，試件的抗壓強度降低較為明顯。對于側(cè)壓6 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m的玄武巖柱的抗壓強度隨柱體傾角的增加大致呈V型分布，但隨著試件高寬比的增加，在β= 0°和β=75°～90°，隨著試件高寬比的增加，試件的抗壓強度降低亦較為明顯。整體來看，玄武巖柱抗壓強度的最小值，基本出現(xiàn)在β= 30°的情況。由圖5(b)可知，在等效變形模量方面，對于側(cè)壓0 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m的玄武巖柱的等效變形模量隨柱體傾角的增加大致呈波動下降的趨勢。對于側(cè)壓6 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3m× 3m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的等效變形模量大致呈減小、增加再減小的趨勢。玄武巖柱等效變形模量的最小值，出現(xiàn)在β= 60°的情況。

圖5 不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱抗壓強度和等效變形模量Fig.5 The compressive strength and equivalent deformation modulus of the CJBs with different lateral pressures and specimen shapes

不同側(cè)壓條件下，1.5 m×3 m，6 m×3 m 玄武巖柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖6 所示。由圖6(a)(c)(e)可知，在尺寸1.5 m×3 m 的玄武巖柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線方面，對于側(cè)壓0 MPa 的情況，不同柱體傾角的玄武巖柱均呈現(xiàn)明顯的脆性跌落特征。對于側(cè)壓2 MPa的情況，β= 15°，30°的玄武巖柱的殘余階段消失，此外，β= 30°，45°的玄武巖柱表現(xiàn)出一定的峰后延性特征。對于側(cè)壓6 MPa 的情況，β= 30°，45°的玄武巖柱仍表現(xiàn)出一定的峰后延性特征，此外，僅β=45°的玄武巖柱具有殘余階段，而其余的玄武巖柱的殘余階段消失，出現(xiàn)試件整體劇烈失穩(wěn)破壞。

由圖6(b)(d)(f)可知，在尺寸6 m×3 m 的玄武巖柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線方面，對于側(cè)壓0 MPa 的情況，不同柱體傾角的玄武巖柱均呈現(xiàn)明顯的脆性跌落特征。對于側(cè)壓2 MPa，6 MPa 的情況，不同柱體傾角的玄武巖柱的殘余階段，均消失，即出現(xiàn)試件整體劇烈失穩(wěn)破壞。

圖6 不同側(cè)壓條件下1.5 m×3 m，6 m×3 m 玄武巖柱的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.6 The stress-strain curves of the 1.5 m×3 m, 6 m×3 m CJBs under different lateral pressure

綜上對比，側(cè)壓2 MPa，6 MPa 的情況下，1.5 m×3 m 的部分試件，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線，仍存在殘余強度階段；而6 m×3 m 的試件，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線，不存在殘余強度階段，即發(fā)生劇烈的失穩(wěn)破壞。對于這種現(xiàn)象的原因，可從兩方面分析，一方面是尺寸因素，6 m×3 m 試件的尺寸較大，由于尺寸效應(yīng)，其強度及穩(wěn)定性較低；另一方面是結(jié)構(gòu)因素，由于6 m×3 m 試件偏高，加載過程中能量積聚及釋放更容易在薄弱的部位發(fā)生。此外，可推知，在實際工程中，地下洞室的墻壁高度不宜過大，如果墻壁高度較大，則應(yīng)注意采取監(jiān)測或加固等措施。

2.2 不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱應(yīng)力場演化及聲發(fā)射特征

2.2.1 側(cè)壓0 MPa 條件下尺寸1.5 m×3 m 的玄武巖柱的應(yīng)力場演化及聲發(fā)射特征

結(jié)合圖7 和圖8 可知，側(cè)壓0 MPa，β= 15°，1.5 m×3 m 試件，隨著加載的進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線的A點時，玄武巖柱試件內(nèi)的柱狀節(jié)理，以及試件左右兩側(cè)，出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力加載至B點，試件左右兩側(cè)的柱狀節(jié)理出現(xiàn)微弱的開裂。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值點C點時，試件左右兩側(cè)的柱狀節(jié)理進(jìn)一步開裂，同時試件底部左側(cè)的應(yīng)力集中較明顯。當(dāng)應(yīng)力降至D點，試件內(nèi)的柱狀節(jié)理開裂較明顯，試件下部左側(cè)，若干柱體邊緣，出現(xiàn)應(yīng)力集中，試件上部右側(cè)，存在應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)降至E點，試件上部、中部、下部，若干柱體邊緣，應(yīng)力集中，裂紋萌生發(fā)育。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到F點，若干柱體邊緣，裂紋擴展，裂紋尖端處，應(yīng)力集中。在聲發(fā)射方面，其聲發(fā)射呈單峰型分布。

圖7 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =15°，1.5 m×3 m 試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和聲發(fā)射特征Fig.7 The stress-strain curve and AE characteristic for the 1.5 m×3 m specimen with β =15° under the lateral pressure of 0 MPa

圖8 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =15°，1.5 m×3 m 試件的應(yīng)力場演化Fig.8 The stress field evolution for the 1.5 m×3 m specimen with β =15° under the lateral pressure of 0 MPa

結(jié)合圖9 和圖10 可知，側(cè)壓0 MPa，β=45°，1.5 m×3 m 試件，隨著加載的進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線的A點時，玄武巖柱試件內(nèi)的柱狀節(jié)理，以及試件的左右兩側(cè)，應(yīng)力集中較明顯。當(dāng)應(yīng)力加載至B點，試件的左右兩側(cè)的柱狀節(jié)理出現(xiàn)一定程度的壓剪滑移、開裂。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值點附近的C點時，試件的左右兩側(cè)的柱狀節(jié)理的壓剪滑移、開裂進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)應(yīng)力降至D點，在試件的中部，出現(xiàn)較明顯的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)降至E點，在試件的中部，存在一個明顯的應(yīng)力集中帶，其區(qū)域內(nèi)，若干柱體邊緣，裂紋萌生。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到F點，在試件的中部，由一個應(yīng)力集中帶發(fā)展為兩個應(yīng)力集中帶，其帶狀區(qū)域內(nèi)，若干柱體邊緣，裂紋擴展，裂紋尖端處，應(yīng)力集中明顯。在聲發(fā)射方面，其聲發(fā)射呈單峰型分布。此外，與側(cè)壓0 MPa，β=15°，1.5 m×3 m試件的情況相比，β=45°的情況下，受柱體偏轉(zhuǎn)的影響，試件中部的應(yīng)力集中、裂紋萌生更明顯。

圖9 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =45°，1.5 m×3 m 試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和聲發(fā)射特征Fig.9 The stress-strain curve and AE characteristic for the 1.5 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 0 MPa

圖10 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =45°，1.5 m×3 m 試件的應(yīng)力場演化Fig.10 The stress field evolution for the 1.5 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 0 MPa

2.2.2 不同側(cè)壓條件下尺寸6 m×3 m 的玄武巖柱的應(yīng)力場演化及聲發(fā)射特征

結(jié)合圖11 和圖12 可知，側(cè)壓0 MPa，β=45°，6 m×3 m 試件，隨著加載的進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線的A點時，在玄武巖柱試件的中部，有明顯的應(yīng)力集中情況。當(dāng)應(yīng)力加載至B點，在玄武巖柱試件中部的柱狀節(jié)理，有微弱的壓剪滑移趨勢。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值點C點時，在玄武巖柱試件中部的柱狀節(jié)理，壓剪滑移，開裂，同時，試件中部的應(yīng)力集中，其分區(qū)特征明顯。當(dāng)應(yīng)力降至D點，試件內(nèi)更多的柱狀節(jié)理，發(fā)生壓剪滑移、開裂，在試件中部，有柱體裂紋萌生，同時，試件的應(yīng)力集中區(qū)域，分別向試件上方和試件下方擴展。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)降至E點，在試件中部及附近，若干柱體邊緣，裂紋萌生擴展，裂紋尖端處，應(yīng)力集中，此外，在試件底部附近，亦存在一定程度的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到F點，在試件中部及附近，裂紋進(jìn)一步擴展，柱體破碎加劇。在聲發(fā)射方面，其聲發(fā)射大致呈多峰型分布。此外，與側(cè)壓0 MPa，β=15°，6 m×3 m 試件的情況相比，β= 45°的情況下，受柱體偏轉(zhuǎn)的影響，試件中部的柱狀節(jié)理的壓剪滑移趨勢、以及柱體破裂，較明顯。

圖11 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =45°，6 m×3 m 試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、聲發(fā)射特征Fig.11 The stress-strain curve and AE characteristic for the 6 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 0 MPa

圖12 側(cè)壓0 MPa 條件下，β =45°，6 m×3 m 試件的應(yīng)力場演化Fig.12 The stress field evolution for the 6 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 0 MPa

結(jié)合圖13 和圖14 可知，側(cè)壓6 MPa，β=45°，6 m×3 m 試件，隨著加載的進(jìn)行，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力-應(yīng)變曲線的A點時，在玄武巖柱試件的中部，若干條柱狀節(jié)理，有微弱的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力加載至B點，在試件中部及附近，柱狀節(jié)理的應(yīng)力集中，逐漸明顯。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到峰值點附近的C點時，在試件中部及附近，柱狀節(jié)理的應(yīng)力集中，進(jìn)一步明顯，同時，在試件中部，有柱體出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力降至D點，在試件中部及附近，形成一條明顯的應(yīng)力集中帶，同時，有柱體出現(xiàn)裂紋萌生。當(dāng)應(yīng)力繼續(xù)降至E點，應(yīng)力集中帶，逐漸明顯，在其帶狀區(qū)域內(nèi)，若干柱體邊緣，裂紋萌生、擴展。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到F點，在試件內(nèi)，大致形成一條明顯的破碎帶，破碎加劇。在聲發(fā)射方面，其聲發(fā)射呈雙峰型分布。此外，與側(cè)壓0 MPa，β=45°，6 m×3 m 試件的情況相比，側(cè)壓6 MPa 能夠有效抑制柱狀節(jié)理的壓剪滑移趨勢，柱體破碎主要發(fā)在試件的中上部。

圖13 側(cè)壓6 MPa 條件下，β =45°，6 m×3 m 試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、聲發(fā)射特征Fig.13 The stress-strain curve and AE characteristic for the 6 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 6 MPa

圖14 側(cè)壓6 MPa 條件下，β =45°，6 m×3 m 試件的應(yīng)力場演化Fig.14 The stress field evolution for the 6 m×3 m specimen with β =45° under the lateral pressure of 6 MPa

3 結(jié)論

(1) 不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱強度特性。對于側(cè)壓0 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的抗壓強度隨柱體傾角的增加大致呈U 型分布，其中，在β= 0°和β=75°～90°，隨著試件高寬比的增加，試件的抗壓強度降低較為明顯。對于側(cè)壓6 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的抗壓強度隨柱體傾角的增加大致呈V 型分布，但隨著試件高寬比的增加，在β= 0°和β= 75°～90°，隨著試件高寬比的增加，試件的抗壓強度降低亦較為明顯。整體來看，玄武巖柱抗壓強度的最小值，基本出現(xiàn)在β=30°的情況。

(2) 不同側(cè)壓及試件形狀的玄武巖柱變形特性。對于側(cè)壓0 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的等效變形模量隨柱體傾角的增加大致呈波動下降的趨勢。對于側(cè)壓6 MPa 的情況，尺寸1.5 m× 3 m，3 m× 3 m，6 m× 3 m 的玄武巖柱的等效變形模量大致呈減小、增加再減小的趨勢。玄武巖柱等效變形模量的最小值，出現(xiàn)在β=60°的情況。

(3) 以尺寸1.5 m×3 m，柱體傾角β=15°、45°的玄武巖柱為例，研究其在側(cè)壓0 MPa 條件下的破裂機理及破壞模式。①對于β=15°的情況，隨著加載的進(jìn)行，柱狀節(jié)理開裂，然后，若干柱體邊緣，應(yīng)力集中，裂紋萌生擴展。②對于β=45°的情況，隨著加載的進(jìn)行，柱狀節(jié)理應(yīng)力集中，然后，試件內(nèi)形成兩個應(yīng)力集中帶，其帶狀區(qū)域內(nèi)，若干柱體邊緣，裂紋擴展。與側(cè)壓0 MPa，β= 15°，1.5 m×3 m 試件的情況相比，β=45°的情況下，受柱體偏轉(zhuǎn)的影響，試件中部的應(yīng)力集中、裂紋萌生更明顯。

(4) 以尺寸6 m×3 m，柱體傾角β= 45°的玄武巖柱為例，研究其在側(cè)壓0 MPa 和6 MPa 條件下的破裂機理及破壞模式。①對于側(cè)壓0 MPa 的情況，隨著加載的進(jìn)行，玄武巖柱試件中部的柱狀節(jié)理，壓剪滑移、開裂，然后，在試件中部及附近，裂紋擴展，柱體破碎加劇。②對于側(cè)壓6 MPa 的情況，隨著加載的進(jìn)行，在試件中部及附近，柱狀節(jié)理的應(yīng)力集中逐漸明顯，然后，在試件內(nèi)，大致形成一條明顯的破碎帶，破碎加劇。與側(cè)壓0 MPa，β=45°，6 m×3 m試件的情況相比，側(cè)壓6 MPa 能夠有效抑制柱狀節(jié)理的壓剪滑移趨勢，柱體破碎主要發(fā)在試件的中上部。