本项目使用的Itasca软件  

项目简介

本项目主要预测了在芬兰ONKALO地下核废料储存库的岩体剥落试验（Posiva's Olkiluoto Spalling Experiment，以下简称“POSE试验”）周围环境下，岩体有效弹性性质的尺度效应。

Itasca项目职能

本项目由ITASCA与法国雷恩大学地质实验室（UMR 6118）合作完成。针对项目开发了一种基于离散裂隙网络（Discrete Fracture Networks，以下简称DFN）的统计表达法。模型中裂隙采用库仑-滑动模型，岩块采用弹性本构。在对理论关系先行推导的基础之上，又通过数值模拟对其进行验证，定义了DFN引起的应变、应力及位移场。再将它们用于预测100米尺度下POSE试验环境下的有效弹性性质（杨氏模量E和泊松比）。

项目结果

杨氏模量E随尺度的减小受DFN因子控制，该因子与裂隙尺寸总和的立方(𝑙3）或平方(𝑙2)有关。哪种因素占主导地位则取决于裂隙尺寸、完整岩块的模量及裂隙剪切刚度之间的比值。其成果对于预测岩体有效性质的尺度规律至关重要。

对于选定的DFN模型及力学性质，项目研究结果如下：

• 鉴于每个裂隙组存在较大可变性，有效性质具有各向同性；
• 杨氏模量E随尺度的减小极为显著（如图1所示）。其范围和强度取决于裂隙的剪切刚度（ks），即ks越小，尺度效应越大。当ks等于12MPa/mm时，尺度效应的范围约为从完整岩石杨氏模量下降了约20%，典型区域尺寸为30m。

图1：不同剪切刚度下杨氏模量E与尺度的关系。

ks=72 MPa/mm（蓝色），ks=12 MPa/mm（红色），ks可忽略不计（绿色）

图2：ONKALO地下核废料储存库及POSE试验示意图

图3：基于具有开放裂缝且P=1的恒定尺寸DFN（右）进行的UCS试验位移模拟结果（左）

原文介绍：Effective elastic properties of fractured rocks

参考文献：Le Goc, R., Davy Ph. and Darcel C., (2015). Scaling effects on elastic properties of jointed rock mass. Eurock, Salzburg, Austria.

Darcel, C., Davy Ph., Le Goc R. (2015). Onkalo POSE experiment - Effective elastic properties of fractured rocks. Posiva 2015-17. Eurajoki, Finland, Posiva Oy. WR 2015-17