柱状节理岩体水-力各向异性特性研究进展.pdf

书书书 工程地质学报 （）肖维民，韩俊成，田梦婷 柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展 工程地质学报，（）：，（）：柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展肖维民韩俊成田梦婷（四川农业大学，土木工程学院，成都 ，中国）（村镇建设防灾减灾四川省高等学校工程研究中心，成都 ，中国）摘要柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体，具有柱状节理网络发育、岩体完整性差的特点，其力学和渗流特性呈现出显著的各向异性。在分析柱状节理成因的基础上，从现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析 个方面系统总结了柱状节理岩体力学和渗流各向异性的最新研究成果，分析了现有研究方法和研究成果的不足，探讨了今后柱状节理岩体力学和渗流各向异性特性研究的新方向，即：基于柱状节理冷却收缩形成机制研究一种模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法，在考虑柱状节理卸荷扩容特性的基础上重点开展卸荷条件下柱状节理岩体力学和渗流各向异性规律研究。关键词岩石力学；柱状节理岩体；冷却收缩假说；力学各向异性；渗流中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金项目（资助号：）（）第一（通讯）作者简介：肖维民（），男，博士，副教授，主要从事节理岩体力学和水力学方面的科研工作 ：（，）（，），；引言柱状节理是一类广泛存在于玄武岩中的典型原生张性破裂构造（徐松年，），它往往将玄武岩切割成规则六棱柱或其他的不规则棱柱体，如北爱尔兰巨人堤（）、美国加州东部的魔鬼柱（）和福建漳州南碇岛柱状节理图 典型柱状节理岩体 （，）；（，）；漳州柱状节理（，）；白鹤滩柱状节理（郑文棠，）等（图 图 ）均是非常典型的柱状节理岩体奇观。柱状节理岩体作为一种典型的结构性岩体，在我国赋存和分布的范围十分广泛，特别是西南云贵川地区广泛发育着柱状节理玄武岩。与普通节理岩体相比，柱状节理岩体具有一定的特殊性，主要表现为内部节理网络非常发育、岩体完整性差、未扰动状态下岩体内部柱状节理为完全偶合状态，但在开挖扰动后极易出现节理面的张开甚至柱体彼此脱开等情况、岩体强度显著下降，并具有显著的力学各向异性和渗流各向异性特征。随着西南地区水力水电工程建设的推进，越来越多的水电工程建设项目接触到柱状节理岩体，如已建的四川乐山铜街子水电站、溪洛渡水电站和在建的白鹤滩水电站等大型水电工程中均有揭露，其中又以白鹤滩水电站坝址区柱状节理岩体最为典型（图 ）。而关于柱状节理岩体水 力各向异性特性的研究已成为该类工程亟待解决和论证的关键科学问题之一。目前国外关于柱状节理岩体的研究热点侧重于其地质成因分析，而关于柱状节理岩体力学特性的研究成果还鲜见报道，这主要是由于国外工程实例中接触到的柱状节理岩体很少。近年来，依托白鹤滩水电站工程，国内岩石力学专家从现场试验、室内物理模型试验、数值试验和理论等方面开展了玄武岩柱状节理岩体力学各向异性特性研究，取得了卓有成效的研究成果。但是目前关于柱状节理岩体渗流特性的研究成果还不多见。鉴于此，为了充分认识柱状节理岩体水 力各向异性特性的研究现状和进展，为柱状节理岩体工程实践提供参考，本文从分析柱状节理地质成因入手，着重从柱状节理岩体现场试验成果、室内物理模型试验、数值试验和理论研究等方面对现有柱状节理岩体水 力各向异性特性研究成果进行总结，分析研究现状及存在的不足，并对后续进一步开展柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进行了展望。柱状节理岩体成因学说柱状节理作为一种奇特的地质现象，国内外学者对其成因开展了广泛的研究，形成了冷却收缩作用假说（，；，；，；，；，）、引张 旋扭成因（，；徐松年，）、双扩散 对流作用（，）以及岩浆热耗散 对流与冷却 收缩分阶段起作用假说（王江海等，）等多种成因学说。其中：冷却收缩作用假说是最被接受的，尽管有不少学者质疑其合理性并提出了其他地质成因假说，但是其他假说也不否认岩浆冷却收缩是柱状节理形成的原始诱因和外部环境条件，因此它们可以视为冷却收缩作用假说的补充和完善。下面将对柱状节理冷却收缩作用假说进行简要介绍。冷却收缩假说最初是从 世纪 年代提出，后经 （）、（）、（）和 （）等学者研究而逐步形成，但直至 世纪 年代才由 （）加以系统阐述，其基本思想是岩熔在冷却收缩过程中总是伴随着热应力的不断积聚，而柱状节理就是岩熔固结期内由于热应力作用导致的原生破裂变形结果的岩石纪录（徐松年，），即：岩熔冷却过程中在其冷凝面上形成多个收缩中心，收缩产生垂直于收缩方向的张力 （）肖维民等：柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展裂隙，进而使岩石裂开形成多面柱体。如果岩石是均质的，则收缩中心距离相等，即相互间呈等腰三角形排列，各向相等的张应力通过 组彼此以 相交张节理的形成而解除，最终在冷凝面上形成正六边形组合（图 ）。但是由于环境条件的影响，尤其是岩体表层的局部非均质结构会加长或缩短各收缩中心的距离，导致实际柱状节理岩体柱列截面多为四边形、五边形、六边形及七边形等多种多边形镶嵌组合图案。图 柱状节理冷却收缩形成机制示意图（，）同时，以 （，）和 （）为代表的学者通过面团蒸发干化试验对上述冷却收缩作用假说的合理性进行了类比验证，即：将面粉和水按不同混合比制成面团，使其干化，直至面团中出现类似玄武岩柱状节理岩体的面粉柱体（图 ），并以面团中的含水量因子类比玄武岩柱列温度因子对柱体的冷却收缩形成机理进行了分析，同时通过对条状体横截面形状进行统计发现柱体截面形状以五边形、六边形和七边形为主，且六边形占比达到 以上（图 ），这与实际柱状节理岩体现场统计结果是一致的。柱状节理岩体力学各向异性特性目前国外针对柱状节理岩体的研究成果还不多见，国内岩石力学领域研究人员依托白鹤滩水电站工程，采用现场试验、室内物理模型试验、数值模拟和理论分析等方法对其力学各向异性特性开展了系统、深入的研究，取得了较为丰富的科研成果，对指导白鹤滩水电站工程实践起到了积极推进作用。下图 面团干化试验结果（，）面团干化试验过程中形成的柱体；面团中柱体截面多边形边数统计面将从现场试验、室内物理模型试验、数值试验和理论分析 个方面对现有柱状节理岩体力学各向异性研究成果进行总结。现场试验研究白鹤滩水电站坝址区主要岩层为二叠系上统峨眉山组（）玄武岩，共 个岩流层，其中 个亚层内发育有柱状节理，尤以 和 两个亚层柱状节理最发育，主要分布在河床及两岸低高程坝基范围内。为此，中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司联合长江科学院、河海大学等科研院所，在白鹤滩水电站坝址区开展了诸多柱状节理岩体现场实验，如：刚性承压板变形试验、柔性枕中心孔变形试验、声波测试和现场真三轴试验等现场试验（石安池等，；卢轶然，；张宜虎等，；秦磊，；狄圣杰等，；江权等，；刘开荣，）。其中：刚性承压板变形试验在勘探平洞内近 个试验点处实施，分别在勘探平洞侧壁和底板进行试验获取柱状节理岩体水平向和铅直向变形模量；柔性枕中心孔变形试验主要在左岸勘探平洞 中进行；声波测试主要在变形试验点周围进 工程地质学报 行，每个试验点布置 个声波孔（孔深约为 ，间距 ）；现场真三轴试验在坝址区右岸试验洞旁的观测洞扩挖段内进行，采用 现场岩体真三轴试验系统对 组长方体试样（长 宽高为 ）进行变形和强度试验，获得了不同应力水平下柱状节理岩体各向异性变形参数以及卸围压路径下柱状节理岩体峰值强度、屈服强度和残余强度。上述柱状节理岩体现场试验结果如图 所示。由图可知：对于同一类型的柱状节理岩体，其水平向变形模量明显大于铅直向变形模量，而对于不同类型的柱状节理岩体，其水平向变形模量和铅直向变形模量均呈现下降趋势，由此证明了白鹤滩水电站坝址区柱状节理岩体呈现较显著的力学各向异性。在此基础上，江权等（）通过对白鹤滩水电站 导流洞内柱状节理岩体进行平行和垂直柱体轴线方向的原位超声波测试和岩芯单轴压缩实验，计算得到柱状节理岩体动弹性模量各向异性系数为 ，岩芯单轴抗压强度之比为 ，进一步证实了白鹤滩水电站导流洞柱状节理玄武岩具有变形和强度各向异性特性。综上所述，针对白鹤滩水电站涉及的柱状节理岩体力学各向异性特性（孟国涛等，），研究人员首先通过现场试验方法获取了柱状节理岩体变形和强度各向异性的第一手资料，但是由于现场钻孔和制样具有一定的困难，要耗费大量的人力物力和时间，同时试验环境具有很大的不确定性，因而现场试验数据具有一定的离散性，部分试验规律也不是特别明显。因此，为了掌握柱状节理岩体力学各向异性特性规律，需要以获取的现场试验结果为基础，采用室内试验、数值试验和理论分析相结合的研究方法开展研究。物理模型试验研究鉴于现场试验具有上述的缺点与难点，一部分研究人员在现场勘察查明柱状节理岩体结构特征的基础上利用水泥或石膏等类岩石材料，根据室内物理模型试验方法制备出具有不同柱体倾角（定义为柱体轴线与水平方向的夹角）的模拟柱状节理岩体试件，再通过室内单轴或三轴压缩试验研究柱状节理岩体力学各向异性成果（刘海宁等，；肖维民等，；，；，；刘攀等，；，；杨涛等，；柯志强等，；林豆等，；，），目前柱状节理岩体模型试验研究成果中所使用的试件情况汇图 白鹤滩水电站柱状节理岩体现场试验结果（据（张宜虎等，；秦磊，）数据绘制）刚性承压板试验；柔性枕中心孔变形试验；刚性承载板变形试验点处声波测试结果；现场真三轴变形试验 （）肖维民等：柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展总如表 所示，相应的模型试件按照制备方法可归纳分为 类：第 类是先采用水泥砂浆或石膏等类岩石模型材料制备单个柱体，然后采用水泥浆等作为黏结剂将单个柱体黏结成柱状节理岩体试件，再经钻芯或切割打磨得到所需模拟柱状节理试件（图 图 ）（刘海宁等，；肖维民等，；，；刘攀等，；，；柯志强等，；林豆等，）；第 类是先借助 打印技表 柱状节理岩体力学各向异性物理模型试验研究成果汇总 文献出处模型材料配比单个柱体形状柱体间黏结方式岩体试件尺寸柱体倾角 刘海宁等（）水泥?砂?水?正六棱柱体水泥砂浆边长 和 立方体 肖维民等（）石膏?水泥?水?正六棱柱体水泥浆 圆柱体 （间隔 ）（）水泥?砂?水?正六棱柱体白水泥浆 圆柱体 （间隔 ）刘攀等（）水泥?砂?水?正六棱柱体白水泥浆边长 立方体 （间隔 ）（）水泥?砂?水?不规则柱体预置柱状节理网络 圆柱体 （间隔 ）（）河砂?石膏?水?正四棱柱体预置柱状节理网络边长 立方体 （间隔 ）杨涛等（）水泥?砂?水?正六棱柱体预置柱状节理网络边长 立方体 ，（）水泥?砂?水?正六棱柱体白水泥浆四棱柱体 （间隔 ）柯志强等（）水泥?砂?水?正六棱柱体白水泥浆 长方体 （间隔 ）林豆等（）水泥?砂?水?正六棱柱体白水泥浆 圆柱体 （）打印材料不规则柱体边长 立方体与现场实际一致图 不同模拟柱状节理岩体试件图示 立方体试件（刘海宁等，）；圆柱体（肖维民等，）；圆柱体（林豆等，）；横向节理（，）；打印节理网络（杨涛等，）；打印柱状节理岩体（，）术制备柱状节理网络模型（图 ），然后将柱状节理网络模型预置在模型盒中一次浇筑成型得到模拟柱状节理岩体试件（，；，；杨涛等，）；第 类是在现场调查柱状节理岩体结构特性的基础上构建柱状节理岩体数字模型，然后利用 打印技术采用不同的 打印材料直接打印柱状节理岩体模型（图 ）用于室内试验研究（，）。在上述 类制样方法中，前期研究成果主要以第 类和第 类为主，而随着 打印技术和 打印材料的发展，第 类方法将在柱状节理岩体力学特性研究领域具有巨大的应用潜力。利用上述 类方法制备模拟柱状节理岩体试件进行室内单轴压缩试验，得到柱状节理岩石力学各向异性规律的代表性成果汇总如图 所示。由图 可知：在单轴压缩条件下，柱状节理岩体强度和变形模量随柱体倾角的变化均呈现近似“”型曲线，即：柱状节理岩体强度和变形的最大值为柱体倾角等于 和 处，而最小值在柱体倾角为 时出现。尽管采用物理模型试验方法弥补了柱状节理岩体现场试验只能测水平向和铅直向力学特性的不足，但是现有物理模型试验方法也存在如下不足：采用第 和第 类制样方法制备柱状节理岩体试件时，试件柱体间存在的水泥浆黏结层和 打印柱状节理网络本身具有一定的强度和抵抗变形的能力，将对柱状节理岩体试件力学响应产生影响，而第 类方法由于适合岩石和节理面的 打印材料价格较贵，导致费用较高，无法大批量制备试样，制约了该方法的广泛应用。此外，目前物理模型试验方法所采用的原型主要为规则柱状节理岩体，而对真实模拟工程实际不规则柱状节理岩体还有一定的难度和局限性；同时现有模型试验方法在模拟柱状节理岩体试件制备过程中未考虑 工程地质学报 图 单轴压缩条件下柱状节理岩体力学各向异性试验结果（图中 和 为完整岩石单轴抗压强度和弹性模量）单轴抗压强度；变形模量柱状节理面的粗糙性。数值试验研究数值试验方法是随着计算机技术发展起来的一种研究方法，近年来已广泛应用于岩体工程领域。针对柱状节理岩体，在获得其结构特征的基础上开展数值试验，是目前研究柱状节理岩体力学各向异性特性的又一重要手段。如：郑文棠等（）采用有限差分软件 建立了白鹤滩水电站左岸试验硐柱状节理岩体柔性中心孔数值原位试验模型，得到了柱状节理岩体数值原位试验位移场各向异性规律；由于柱状节理岩体力学特性具有明显的尺寸效应，只有在表征单元尺度上进行研究才更有意义，因此一部分研究人员通过建立不同尺度的柱状节理岩体数值计算模型，分析其力学性质随模型尺寸的变化规律，得到了柱状节理岩体表征单元体尺度（宁宇等，；刘顺桂等，；朱道建等，；郑文棠等，；闫东旭等，；吴琼等，；倪江海等，），并在此基础上分别开展柱状节理岩体单轴压缩和三轴压缩数值试验（，；狄圣杰等，；夏自锋，；胡伟等，；，；，；，），得到了柱状节理岩体力学各向异性规律（图 ）。由图可知：在单轴和三轴压缩条件下，表征单元体尺度柱状节理岩体强度随柱体倾角的变化曲线也呈现“”型，表现出明显的各向异性，与柱状节理岩体物理模型试验结果一致。同时，研究人员根据现场观察到的柱状节理岩体典型破坏模式，利用数值试验方法对柱状节理岩图 柱状节理岩体力学各向异性数值试验结果（图中 为完整岩石单轴抗压强度）单轴压缩试验；三轴压缩试验体卸荷松弛破坏和应力型解体两类典型破坏模式的破坏机制进行了分析（郝宪杰等，；，；倪绍虎等，）。其中：（）肖维民等：柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展卸荷松弛是柱状节理岩体的主要破坏模式（图 ），具有明显的时空效应，而应力型解体主要受柱状节理岩体内部微裂隙、隐节理和应力水平控制，仅在应力水平达到一定量级时才会出现此类破坏（图 ）。在此基础上，岩石力学研究人员特别地针对柱状节理岩体在开挖卸荷条件下的力学特性开展了数值试验研究（朱道建，；，；金长宇等，；倪卫达等，），分析其卸荷损伤机理及卸荷松弛范围，为柱状节理岩体开挖提供指导。图 柱状节理岩体典型破坏模式（倪绍虎等，）卸荷松弛；应力型解体综上所述，采用数值试验方法能够建立符合实际结构特征的柱状节理岩体几何模型，这是它优于物理模型试验的地方。但是数值试验方法的缺点也较为明显，即：在柱状节理岩体数值几何模型建立之后必须先定义岩块和节理的本构模型，才能对其进行力学特性计算，因而所采用本构模型是否与实际柱状节理岩体相符是决定数值试验结果正确与否的关键因素。上述柱状节理岩体数值试验中岩块多采用 本构模型，节理采用库仑本构模型，这可能与柱状节理岩体中岩块和节理的实际力学响应存在一定的差异，从而可能导致数值试验计算结果的失真。因此，数值试验结果仅能作为现场试验和物理模型试验的参考和补充。理论分析研究针对柱状节理岩体这一典型结构性岩体，除了上述现场试验、物理模型试验和数值试验研究方法，部分岩石力学专家也从理论分析角度开展了其本构模型和强度准则研究，并取得了一定的研究成果。如：孟国涛（）将柱状节理岩体视为完整岩石和节理面组成的二元结构体，从复合材料力学角度推求了四棱柱形和六棱柱形柱状节理岩体各向异性等效本构模型，得到了规则四棱柱形和六棱柱形柱状节理岩体法向弹性模量的各向异性空间变化规律；郑文堂（）视一般意义上的柱状镶嵌块体结构为不同尺度完整岩块和多间距节理面组成的复合材料，基于 当理和 的两相复合材料弹性理论叠加原理，推导了考虑断续节理应力集中效应及偏轴下交叉弹性耦合效应的断续柱状镶嵌柱状节理岩体的偏轴正交各向异性等效柔度矩阵，并计算了柱状节理岩体在柱体偏转 时水平和竖直方向变形模量随倾角的变化情况；宁宇（）基于微张量结构理论，在 （）研究成果基础上建立了带抗拉的 各向异性屈服准则，推导了柱状节理岩体理想弹塑性模型。朱珍德等（）建立柱状节理岩体三棱柱和四棱柱概化模型，利用 介质理论和 当量叠加原理推导了柱状节理岩体各向异性 本构模型；钟世英等（）立足于微结构张量理论推导了柱状节理岩体各向异性强度准则，在此基础上殷达等（）针对模型较为复杂、参数不易确定等不足，推导了一种新的柱状节理岩体各向异性弹塑性本构积分公式；狄圣杰等（），狄圣杰（）采用复合材料力学方法，考虑柱状节理岩体中水平隐性节理以及柱轴偏转的影响，建立了柱状节理岩体横观各向同性本构关系；闫东旭（）引入非线性断裂力学理论，采用断裂能量理论、复合材料力学理论推导了柱状节理岩体各向异性本构模型，并针对柱状镶嵌块状结构和碎裂结构推导了相应的各向异性柔度矩阵系数和变形参数；肖维民等（）参考 非线性强度准则，定义节理系数 表征柱状节理对岩体强度的影响，建立了正六棱柱型柱状节理岩体非线性各向异性强度准则；（）针对正五棱柱型柱状节理岩体，推导了柱状节理岩体各向异性本构模型，并利用白鹤滩水电站柱状节理岩体现场试验结果对该各向异性本构模型进行验证；向前等（）针对规则四棱柱型柱状节理岩体，将其视为分别被两组和三组正交贯通节理切割的岩体结构，在各向异性材料弹性本构的基础上，基于应变迭加原理推导得到了其等效弹性本构模型。综上所述，针对理想规则棱柱型柱状节理岩体，众多学者专家采用不同的理论推导了其各向异性本构模型和强度理论，但是工程实践中揭露的柱状节 工程地质学报 理岩体柱列横截面多为不规则多边形镶嵌结构，涉及到更为复杂的柱状节理组合，因此现有理论是否同样适用有待进一步的深入研究。柱状节理岩体渗流各向异性特性柱状节理岩体作为一类具有复杂节理网络的特殊节理岩体，目前关于其渗流特性的研究成果还不多见，针对其渗流各向异性特性的研究成果更是鲜见报道。尽管如此，目前关于节理岩体渗流各向异性的研究成果非常丰富，如：研究人员考虑节理岩体中节理隙宽的不均匀性，采用离散元数值试验和物理模拟试验方法研究节理岩体渗流的各向异性特性，得到了节理岩体渗透张量和等效渗透系数（，；，；，；，；倪绍虎等，；，；，；刘日成等，），这为研究柱状节理岩体渗流各向异性奠定了理论基础。巢志明等（）采用模型试验方法制备了具有不同柱体倾角的水泥砂浆模拟柱状节理岩体试件，利用致密岩石惰性气体渗透率测试系统对试件在多次围压循环加卸载情况下的渗透率进行测试，通过渗透试验结果分析得出柱状节理岩体存在表征单元体积，可以采用等效连续介质模型研究柱状节理岩体的渗流特性，并分析了柱状节理岩体渗流各向异性随围压的变化规律；在进一步的研究中，巢志明等（）对柱状节理岩体在多次围压循环加卸荷条件下渗透率与岩体孔隙度的演化规律进行了试验研究，建立了卸荷阶段柱状节理岩体渗透率与围压之间的幂函数关系、孔隙度与围压之间的指数函数关系；熊子正等（）以随机产生的柱状节理网络为研究对象，采用 离散元方法初步尝试了柱状节理岩体应力 渗流耦合作用研究；孔洋等（）根据单节理岩体渗流 应力耦合分析模型推导了单节理岩体渗流 应力耦合理论公式，在此基础上基于电路原理，引入等效渗流阻概念，研究了正六边形柱状节理网络中的渗流 应力耦合特性；（）针对白鹤滩水电站坝址区柱状节理岩体，以 渗流分析表征单元体为研究对象，通过离散元方法研究了柱状节理岩体渗流各向异性规律，结果表明柱状节理岩体渗透张量存在各向异性，且柱状节理岩体渗流各向异性对其力学各向异性有重要影响；林豆等（）针对类岩石材料模拟柱状节理岩体试件，通过不同渗透压力下的柱状节理岩体应力 渗流耦合三轴试验，研究渗透压力对柱状节理岩体破坏模式、强度和渗流量的影响，试验结果表明柱状节理岩体渗流量随应力 应变曲线呈现出阶段性特征。在上述研究成果中，研究人员通过室内渗透试验和数值模拟方法对柱状节理岩体渗透特性和渗流 应力耦合特性进行了初步研究，得到了一些有益的结论。由于岩体中渗流发生的主要场所是节理网络，而隙宽是影响节理渗流的关键因素，且节理隙宽受外部应力影响十分显著，特别是工程实践活动中的开挖卸荷作用导致柱状节理岩体发生卸荷松弛，显著影响柱状节理隙宽。目前关于卸荷条件下柱状节理岩体渗流特性变化规律还未深入开展研究，应在结合现有节理岩体渗流各向异性研究成果的基础上，特别考虑卸荷对隙宽变化的影响。存在的问题及展望如上所述，针对柱状节理岩体，国内外岩石力学专家采用现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析等方法对柱状节理岩体力学和渗流各向异性进行研究，取得了非常丰富的研究成果。尽管如此，但是还存在如下问题需要在后续研究中进一步深入开展：（）室内岩石力学试验是开展柱状节理岩体水 力各向异性特性研究的重要手段，由于柱状节理岩体包含复杂的柱状节理网络，完整性差，且柱体直径较大，要现场采集满足室内岩石力学试验条件的试件非常困难，而现有物理模型试验根据相似模型试验原理制备类岩石材料模拟柱状节理岩体试件的方法虽然能够制备小尺寸（如直径 高度 ）试件，但是试件中柱状节理表面粗糙性和胶结强度的模拟与真实柱状节理有较大差距，从而导致模拟柱状节理岩体试件的力学响应和真实情况有一定差异。鉴于此，基于柱状节理冷却收缩形成机制研究一种模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法是后续物理模型试验方法值得深入研究的方向之一。（）尽管部分研究人员采用数值试验方法对柱状节理岩体开挖卸荷效应进行了分析，得到了柱状节理岩体卸荷破坏模式和破坏机制，同时也采用单孔声波测试和数字钻孔摄像等原位测试手段对柱状节理岩体卸荷松弛特性进行了研究（郝宪杰等，（）肖维民等：柱状节理岩体水 力各向异性特性研究进展 ；王红彬等，；裴书锋等，；孙钱程等，），但是要完全掌握柱状节理岩体卸荷力学特性，还有赖于系统开展柱状节理岩体室内卸荷力学试验，而目前柱状节理岩体物理模型试验研究成果侧重于其在加载情况下的力学特性，关于其在卸荷条件下力学响应的研究成果鲜见报道，这也是后续关于柱状节理岩体力学各向异性研究的重点。（）目前关于柱状节理岩体渗流特性的研究还处于起步阶段，相关研究成果不多见，针对卸荷条件下柱状节理岩体渗流特性的研究更是罕见报道。但是对于柱状节理岩体，开挖卸荷效应将使原先处于闭合状态的偶合柱状节理逐渐张开并可能产生滑移及扩展，甚至可能导致相邻柱体沿节理面发生脱开现象（图 ），引起柱状节理岩体沿卸荷方向的显著扩容，同时柱状节理作为地下水在岩体中渗流的主要通道，开挖卸荷导致的扩容变形将改变柱状节理的隙宽分布，影响通过岩体的渗流流量和作用于柱状节理岩壁的渗透压力，其中渗透压力的变化将改变柱状节理岩体的应力状态，影响柱状节理岩体的稳定性，而渗流流量的变化不仅对柱状节理面润滑作用产生影响，引起柱状节理抗剪强度弱化，同时也将对岩体工程排水防渗措施提出更高的要求，因此，卸荷条件下柱状节理岩体渗流特性是此类岩体工程必须解决的关键科学问题之一，也是后续研究的重点之一。图 柱状节理岩体开挖卸荷导致柱体松弛脱开（宁宇，）结论柱状节理岩体是一类典型的结构性岩体，具有柱状节理发育、完整性差的特点，且力学和渗流呈现显著各向异性特性。本文对现有柱状节理岩体水力各向异性研究成果进行总结和分析，主要结论如下：（）针对柱状节理岩体，通过现场试验、物理模型试验、数值试验和理论分析等方法已展开了较为深入的研究，得到了柱状节理岩体力学各向异性规律和理论模型，对指导柱状节理岩体工程起到了积极作用。（）通过室内试验和数值试验方法已开展了柱状节理岩体渗流各向异性特性的初步尝试，但是相关研究成果还不多见。（）今后研究应在模拟柱状节理岩体试件一次成型制备方法的基础上，重点关注柱状节理岩体在卸荷条件下的力学和渗流各向异性规律研究，结合物理模型试验，在考虑柱状节理卸荷扩容特性的基础上开展相关研究工作。参考文献 ，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，工程地质学报 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