一、岩石失稳破坏的理论研究(论文文献综述)
赵阳升[1](2021)在《岩体力学发展的一些回顾与若干未解之百年问题》文中指出在讨论若干岩体力学概念的基础上,较全面地回顾与分析了全世界岩体力学发展中科学与应用2个方面的重要成就及不足,其中,在岩石力学试验机与试验方法方面,介绍了围压三轴试验机、刚性试验机、真三轴试验机、流变试验机、动力试验机、高温高压试验机、多场耦合作用试验机、CT-岩石试验机、现场原位岩体试验及试验标准等;本构规律方面介绍了岩石全程应力-应变曲线、围压三轴与真三轴力学特性、时效与尺寸效应特性、动力特性、渗流特性、多场耦合特性、结构面力学特性、岩体变形破坏的声光电磁热效应等;岩体力学理论方面介绍了岩体力学介质分类、块裂介质岩体力学、强度准则、本构规律、断裂与损伤力学、多场耦合模型与裂缝分布模型;数值计算方面介绍了数值方法与软件、位移反分析与智能分析方法。清晰地论述了工程岩体力学与灾害岩体力学分类、概念及其应用领域划分,分析、梳理了大坝工程、隧道工程、采矿工程、石油与非常规资源开发工程等重大工程的岩体力学原理,以及各个历史阶段工程技术变迁与发展的工程岩体力学的重要成就,分析、梳理了滑坡、瓦斯突出、岩爆与地震等自然与工程灾害发生及发展的岩体力学原理,以及各个历史阶段的预测防治技术的灾害岩体力学重要成就。详细分析、讨论了8个岩体力学未解之百年问题,包括岩体力学介质分类理论、缺陷层次对岩体变形破坏的控制作用和各向异性岩体力学理论与分析方法 3个岩体力学理论问题,岩体尺度效应、时间效应、岩体系统失稳破坏的灾变-混沌-逾渗统一理论、完整岩石试件与岩体系统失稳破坏的时间-位置与能量三要素预测预报5个非线性岩体力学问题。
郑龙[2](2021)在《岩体破坏失稳中的材料—结构二义性研究初探》文中研究指明工程岩体灾害的根源不仅在于岩体的材料劣化与破坏,使其具有形变、位移、破坏等连续-非连续特征,而且在于其结构失稳与过度变形,使其行为表现出分岔、突变、失稳等奇异现象。但研究思路上,却多以“分而治之”为主,认为“材料破坏导致失稳”、“结构面非连续变形导致破坏或失稳”和“结构体失稳引起破坏”是分别存在的独立机制,并给予分别评价,即认为只存在主导机制而不存在竞争和协同影响机制。这样将研究对象明确区分为“纯”材料和“纯”结构,既遗漏重要机制,又会丢失很多重要信息。因此,在本研究中,我们将岩体材料性与结构性进行同时考虑,采用数值模拟手段来对岩体破坏失稳中的材料-结构二义性进行初步探究,识别岩体破坏失稳过程中材料性和结构性影响。主要工作如下:针对岩体破坏失稳中的材料-结构二义性特征,对具有不同岩石材料性质、结构面填充物性质、结构面分布(角度)和结构体高宽比岩体的破坏失稳过程进行了数值模拟。研究表明,当岩体高宽比较低时,岩体破坏受其材料性所主导,破坏形式为岩石结构体和结构面处发生材料破坏。随着高宽比的增大岩体的结构性凸显出来,岩体表现为在材料性与结构性协同影响下的破坏,破坏形式为岩体材料处的破坏与结构变形所引起的岩体侧面的拉伸破坏同时存在。当岩体高宽比增大到一定程度时,岩体破坏由其结构性所主导,岩体破坏形式为其结构变形引起的失稳破坏。从某种程度上来说,岩体破坏失稳表象的根源在于材料-结构二义性,本研究初步探究了岩石材料性质、结构面填充物性质、结构面分布(角度)和结构体高宽比四种因素作用下岩体破坏失稳的规律,研究表明各因素间呈现出明显的主导与协同影响,这为进一步认识岩体灾变本质提供了参考。
王有建[3](2021)在《高陡岩质边坡变形破坏特征及控制研究》文中研究指明含节理裂隙的高陡岩质边坡稳定性问题与一般边坡的稳定性问题不同,由于结构面和节理裂隙分布状态的不确定性,其破坏特征和稳定性具有特殊特征。由于对含节理裂隙的高陡岩质边坡稳定性问题的研究相对较少,对高陡岩质边坡稳定性的认识不够明确,导致滑坡灾害事故时常发生。因此,本文以新桥铜硫铁矿露天高陡岩质边坡为背景,采用理论分析、试验分析及数值模拟相结合的方法分析了含节理裂隙的高陡岩质边坡的稳定性。通过现场勘测得到了边坡结构面及节理面产状,对边坡节理面的走向、倾角及填充物等进行了统计分析,得到了节理裂隙长度范围为1~10m,宽度范围为1~30cm。由于力学试验的试验对象均为完整岩石,对现场其余含节理裂隙的岩体需进行进一步研究,故开展含预制裂隙类岩石试件制备和双轴剪切试验,分析节理裂隙不同角度、长度、宽度下的破坏类型以及对岩石类材料裂纹拓展模式的影响作用,得出了随节理裂隙与加载方向的倾角增加,岩石类材料的峰值强度及残余强度先减小后增加;节理裂隙的长度和宽度增加时,其峰值强度及残余强度逐渐减小,且减小幅度逐渐降低;同时节理裂隙宽度及长度对试件的峰值强度和峰后残余强度均低于倾角的影响;当节理裂隙与加载方向处于40°~50°倾角时,试件的峰值强度和峰后残余强度均取得最小值。基于试验结果研究岩石破坏模式,分析节理裂隙边坡的破坏机理,得出了当节理裂隙与加载方向倾角小于45°时,剪切破坏是边坡失稳的主要影响作用;倾角大于45°时,由于张拉破坏导致边坡失稳。根据现场勘测所得节理面与临空面的组合关系,结合实际的工程地质相关条件及试验结果,建立不含节理裂隙和含倾角为45°节理裂隙的典型工况边坡地质模型,运用FLAC 3D数值模拟软件及强度折减法,对边坡进行稳定性计算,求得安全系数。计算结果表明,不含节理裂隙边坡中局部边坡的稳定性系数为1.02,处于欠稳定状态;含节理裂隙边坡中局部边坡的稳定性系数为0.998,处于不稳定状态,需要进行进一步的控制保证其安全性。基于边坡稳定性分析计算结果,提出高陡岩质边坡局部控制技术方案,通过数值模拟技术进行稳定性分析,评价高陡岩质边坡的稳定性。图[69]表[16]参[91]
赵宇松[4](2021)在《含张开型裂隙脆性试样破裂机制试验与模拟研究》文中研究说明向深部要资源,已经成了目前及未来矿山建设的重要发展方向。但随之而来的却是岩爆类灾害的频繁发生,其中,脆性岩中的结构控制型岩爆是最危险的岩爆灾害形式之一。准确揭示三维条件下此类灾害的发生发展过程及其破坏规律对于深部地下工程建设具有重要意义。以往“内置三维充填型”裂隙试样的相关研究成果已经表明其附近次生破坏结构分布和发展特征与常规二维研究结论相差较大,但由于实验技术的局限,“内置三维张开型”裂隙不同状态下的细部研究始终无法深入展开,相关的理论分析和数值模拟结果也无法得到验证。本文正是以此为背景,开发了一套内置三维张开型裂隙试样的制备方法,并以此为基础,完成了大量相关物理试验和模拟试验,取得了如下研究内成果:(1)内置三维张开型裂隙试样制备技术研发。基于体积损失思想开发了一种新型内置三维张开型裂隙制备方法,成功在石膏类岩石试样中得到真实的空腔结构(经CT扫描技术验证)。(2)展开了大量张开型单裂隙试样压缩破坏试验。分别以预制张开型裂隙的倾角和走向长度为自变量,深入研究了不同单裂隙产状条件下脆性岩样的物理力学性质、表面及内部次生破坏发展特征,分析和对比了表面及内部次生破坏过程的时空差异性。(3)进行了不同隐伏程度张开型平行双裂隙试样压缩破坏试验。以平行双裂隙的隐伏状态为自变量,深入研究了双裂隙在完全外露、部分外露以及全部隐伏三种状态下对应脆性岩体的物理力学性质和内外破坏特征。综合单裂隙和双裂隙试验结果,讨论了裂隙岩体表观与真实状态间的诸多差异,确定了拥有不同安全强度的各类裂隙岩体的关键破坏位置。(4)张开型裂隙围岩断裂理论分析。分别建立张开型裂隙的二维和三维尖端应力场模型,求解单轴压缩条件下裂隙尖端不同位置的应力强度因子、以及对应的次生破坏模式。此外,基于四边固支矩形板模型计算内置张开型裂隙自由面围岩的平面内应力场,得到该区域次生破坏结构的起裂位置、发展过程及最终分布形态。(5)展开了内置三维张开型裂隙试样数值模拟研究。利用PFC3D软件模拟内置单裂隙试样的单轴压缩试验,基于围岩颗粒位移矢量场的二维分析断面以及局部三维分析模型,深入研究预制裂隙不同位置围岩的次生破坏起裂机理和破裂模式,并分析预制裂隙厚度对次生破坏起裂及发展过程的影响。(6)展开了不同隐伏状态平行双裂隙试样数值模拟研究。利用PFC3D软件模拟三种隐伏状态条件下双裂隙试样的单轴压缩试验,基于围岩颗粒位移矢量场的若干二维分析断面,深入研究双裂隙不同位置围岩的位移变形特征、破坏发展过程、破坏起裂机理及破坏模式。
张冉[5](2021)在《真三轴加卸载含瓦斯煤力学特性与破坏前兆特征研究》文中指出煤矿井下开采活动会导致煤岩体应力卸载造成三向应力发生静态加卸载变化,应力的卸载会进一步导致煤岩体发生变形破坏,从而诱导煤岩瓦斯动力灾害的发生。因此研究含瓦斯煤在真三轴加卸载条件下的力学特性与破坏前兆特征对于了解煤岩瓦斯动力灾害的发生发展过程尤为重要。本文以含瓦斯煤为研究对象,利用自行设计的含瓦斯煤真三轴变形破坏试验系统,开展不同条件下的常规三轴加载以及真三轴加卸载试验,探讨不同加卸载条件下含瓦斯煤力学试验性质,分析不同加卸载条件下含瓦斯煤失稳破坏的前兆信息,得到以下主要研究成果:(1)开展含瓦斯煤常规三轴加载试验,研究在不同围压及不同瓦斯压力条件下,含瓦斯煤的变形破坏特征,分析不同加载条件对含瓦斯煤变形破坏特征的影响,确定真三轴加卸载试验的初始卸载点。(2)开展不同加卸载条件的含瓦斯煤真三轴加卸载试验,研究不同加卸载条件下含瓦斯煤的力学性质、能量演化以及声发射时序特征。真三轴加卸载条件下,在与最小主应力垂直的方向上,含瓦斯煤内的裂纹逐渐发育形成主破坏面,破坏形式为张剪复合型破坏。随着与卸载面的距离越来越小,裂纹由剪切裂纹逐步向劈裂拉伸裂纹过渡,在卸载面附近形成层裂结构,卸载面附近的破坏多是以劈裂成板、板曲折断的形式发生。真三轴加卸载条件下含瓦斯煤破坏过程中的能量变化曲线与应力应变曲线对应良好,可作为分析含瓦斯煤破坏过程的重要参考。真三轴加卸载条件下,通过分析声发射累计计数与累计能量可以发现,声发射时间序列呈现出三个变化时期,其变化过程可以反映试样的破坏过程。(3)基于岩石力学D-P强度准则、统计损伤理论以及太沙基(Terzaghi)有效应力原理,综合考虑三向应力和瓦斯压力的作用,建立含瓦斯煤真三轴应力条件本构模型。将不同加卸载条件下的应力应变理论曲线与试验曲线进行对比,两者具有较好的相似性。根据弹塑性断裂力学,考虑吸附瓦斯和游离瓦斯的共同作用,推导得到煤体裂纹强度准则,并分析径向应力与轴向应力的比值对裂纹扩展长度的影响。根据弹性力学理论,建立层裂结构体破坏失稳板结构压曲模型,计算得到层裂结构体失稳破坏的临界载荷条件。(4)计算得到真三轴加卸载条件下含瓦斯煤破坏过程的声发射多重分形特征,分析不同加卸载条件下声发射多重分形参数的变化过程,同时将多重分形参数的变化过程与试样的损伤演化过程进行对比,得到表征试样破坏的前兆特征。多重分形参数Δα、Δf的动态变化可以反映煤样所处的受力状态及其破坏程度。Δα的动态变化过程表现为先减小后急剧增大,损伤曲线的变化过程表现为先缓慢增长后快速增长,Δα的逐渐减小与损伤曲线的缓慢增长对应,Δα的急剧增大与损伤曲线的快速增长对应,同时不同应力差水平下损伤曲线突变点的变化趋势与Δα值突变点的变化趋势相同,说明Δα的变化可以反映出煤样的损伤变化过程,可将Δα的急剧增大作为表征试样破坏的前兆信息。
杨钊[6](2021)在《锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型》文中提出通过总结相关研究成果发现,在岩石工程运用锚杆支护本质上是让锚杆(索)同各类裂隙发生作用。主要体现在:(1)锚杆可以一定程度上抑制围岩微裂隙的萌生和发展。(2)在边坡治理工程中进行锚固,可以防止已有裂隙失稳扩展和抑制弯曲变形中微裂隙萌生发展。(3)拉拔力作用下锚杆锚固界面微裂隙萌生发展。然而目前针对岩石工程中锚杆与裂隙发生作用的解析研究还没有完全成熟,故通过损伤与断裂力学理论与实证展开研究,创新点和研究成果如下:(1)在前人研究基础上推导出考虑地下工程围岩开挖卸载发生损伤时的端头锚固和全长锚固锚杆锚固圆形洞室解析解。参数分析表明,当锚杆锚固端进入塑性区后,再增加锚杆长度对于支护效果没有明显提升。当锚杆长度足够时,减小锚杆间距比增长锚杆角度更有效。(2)结合损伤力学可以反映围岩剪切刚度在塑性区随围岩径向深度逐渐变化的过程,突破了前人研究时在塑性区将围岩剪切刚度假定为一常数的障碍,改进了地下工程全长锚固锚杆的受力模型。通过算例分析得出:考虑围岩损伤在相同情况下会使全长锚杆的轴力大于前人假定岩体为理想弹塑性的情况。(3)结合围岩损伤并根据锚固力大小简单地将锚杆等效成各类约束,将喷层等效为梁进行分析。通过工程案例分析得出:锚固力的大小是保持巷道稳定的关键。但塑性区围岩损伤较大时,锚喷支护即使能发挥较强支护效果,加固后的围岩强度还是小于围岩损伤程度较低时的情况。(4)通过权函数理论提出一种边缘裂隙在集中力作用下的应力强度因子表达式,运用在关键张裂缝和危岩主控结构面的锚固止裂分析中。结合工程案例,对锚固止裂效应和方法的可用性进行了分析和论证,阐明了锚固止裂效应的机制是通过锚固力让裂隙的应力强度因子减小,变相增加岩石的断裂韧度。引入损伤力学分析了锚索对于板裂结构边坡弯曲失稳的抑损止裂作用。(5)在研究界面剪切刚度劣化规律的基础上,确定了锚筋-锚固剂界面(下文称为第一界面)的随机微裂隙强度服从Weibull类分布,在此基础上提出了Weibull族类统计损伤力学剪切滑移模型,并通过试验数据进行了验证。该模型不仅适用于各类第一界面,对于锚固剂-地层界面(下文称为第二界面)也适用。
周新宇[7](2021)在《水力耦合作用下砂岩储层钻井井壁失稳破坏机理研究》文中研究表明天然气是目前世界上最具潜力、使用最广泛的清洁能源之一,中国是油气资源生产与消费大国,我国已将油气资源的开发和利用摆到国家能源发展的战略位置,致密砂岩气,已是我国天然气快速发展的重要资源之一。钻井工程是油气资源勘探与开采过程中的重要一环,随着油气工程的快速发展,钻井工程逐渐向地层深部发展,钻井井壁失稳垮塌及卡钻现象成为工程中常遇到的问题。因此,开展砂岩储层钻井井壁失稳破坏问题的研究,具有重要意义。钻井工程面临高地应力、高渗透压等复杂地质环境,已有大量研究人员开展了对井壁失稳破坏机理的研究,但仍有许多问题尚未解决,尤其是对水力耦合作用下的井壁失稳破坏机理的研究还不够深入,为了保证钻井工程的安全稳定,亟需开展对水力耦合作用下钻井孔径直径、地应力分布、钻井液重度、围岩节理裂隙等因素对钻井井壁失稳影响的研究。本文将通过室内试验和离散元数值模拟方法开展对上述问题的研究,主要研究内容如下:(1)通过室内试验获得产自四川自贡的红砂岩物理力学参数。开展了达西渗流试验,发现了红砂岩渗透率与围压大小成负指数关系;随着轴压不断增加,红砂岩渗透率在前期出现了小幅降低,待试件开始出现破坏后,红砂岩渗透率大幅提高;随渗透压增高,红砂岩渗透率提高。(2)开展了静水压力下不同孔径红砂岩厚壁圆筒试件的钻孔崩落试验,随着钻孔孔径的减小,临界静水压力大幅提高,剪切破坏所占比例逐渐增大。钻孔崩落从试样轴向中心位置开始,向两端延伸,最终演化成为纺锤状,钻孔孔周出现层状破坏,层状薄板连续剥落最终出现“V”字型破坏。(3)推导了考虑渗流作用的井眼围岩应力分布公式,并基于Mohr-Coulomb(M-C)准则及张拉破坏准则,得到钻井液安全重度窗口。(4)使用PFC2D程序,对管网流动算法进行了改进,建立了应力场、颗粒接触状态与管道开度间的定量化关系,真实地反映了应力场与渗流场的相互影响,对比达西渗流试验的模拟结果与室内试验结果,验证了改进的管网流动算法的可靠性,并进一步用于水力耦合作用下钻井井壁稳定性的分析研究。(5)建立了钻井井壁失稳离散元模型,进行了微观参数标定及模型可靠性验证,随后开展了不同工况下钻井井壁失稳破坏演化过程研究。根据模拟结果,系统地分析了井眼直径、远场地应力分布、钻井液重度、单节理裂隙等因素对钻井井壁失稳破坏形态和临界应力的影响。
杨道学[8](2021)在《基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征》文中认为我国已建与拟建的岩石工程项目数量之多,规模之大,为世界瞩目,在各类岩石工程施工建设过程中岩石的失稳破坏导致各类工程地质灾害问题愈演愈烈,成为制约岩石工程安全、进度及经济成本的重要因素之一,其中声发射(AE)无损检测技术在各类岩石工程及地质灾害监测预警中应用十分广泛。针对目前基于AE行为的岩石微破裂演化机制研究方面存在的不足,本文综合运用室内试验、理论分析及数值模拟等研究手段,对水力耦合作用下岩石变形破坏过程中微破裂演化机制及AE行为进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)在岩石AE滤波及定位方面:针对AE信号的低信噪比、随机性强、非平稳性等特点,提出了一种基于EEMD-SCBSS的AE信号滤波算法;为了消除弹性波在岩石内部传播过程中速度对AE定位精度的影响,提出了一种基于到时时差PSO的未知波速AE定位算法;并基于MATLAB计算平台开发了一套“AE震源矩张量参数反演及震源破裂机制分析软件”,实现了对岩石微破裂过程中AE信号的滤波、未知波速AE定位及AE震源微破裂机制分析。(2)在AE震源产生机制的识别方面:由于AE信号在水中传播过程中衰减速率更快,造成数个AE接收传感器同时采集到同一个AE事件变得较为困难,进而导致矩张量反演理论在研究饱和状态下红砂岩试件变形破坏过程中微破裂演化机制方面存在着一定的局限性;针对矩张量反演理论在识别饱和状态下红砂岩微破裂演化过程中AE震源产生机制存在的问题,提出了一种二维深度残差卷积神经网络识别AE震源产生机制的新方法,通过将一维AE信号转换为二维数字图像,利用深度残差卷积神经网络模型对二维数字图像中高级及抽象的AE震源特征进行提取,并成功地解决了饱和状态下红砂岩微破裂演化过程中AE震源产生机制的识别难题。(3)在不同断裂模式下岩石微破裂演化机制的研究方面:通过Mode Ⅰ与Ⅱ断裂试验测得了不同断裂模式条件下岩石微破裂过程中力学参数与AE行为特征,对不同断裂模式下的AE行为、载荷应力、断裂韧性、非断裂区域损伤量与含水率之间的关系进行了系统性地研究,构建了不同断裂模式下非断裂损伤区域损伤量与含水率之间的数学模型;从CCNBD试件在Mode Ⅰ与Ⅱ断裂过程中主要破坏模式的角度出发,对不同断裂模式下AE信号变化特征进行了分析;基于广义最大周向应力准则推导了Mode Ⅱ断裂模式下CCNBD试件的临界断裂半径、初始起裂角度与含水率之间关系;通过SEM成像结果与AE震源空间分布信息证实了本文提出的非均胶结模型可行性,并利用非均胶结模型对Mode Ⅰ断裂过程中微裂纹扩展机制及断裂过程区进行了研究,揭示了非均质砂岩在Mode Ⅰ断裂过程中微破裂演化机制。(4)在岩石微破裂时间效应的AE行为演化方面:基于统计力学与损伤力学理论建立了岩石微破裂时间效应的含阻尼因子蠕变AE模型,该蠕变模型揭示了减速蠕变及等速蠕变阶AE行为与加速蠕变阶段AE行为的内在联系;利用奇异值分解法对累计AE事件数进行分析,实现了对加速蠕变阶段的定量识别;减速蠕变和等速蠕变阶段的AE波形为突变型,而加速蠕变阶段AE信号波形为突变型和连续型共存的形式,进而从AE波形特性的角度实现了对加速蠕变阶段的定量识别;最终利用弹性波动力学理论对AE波形特征与红砂岩微破裂时间效应之间的关系进行了研究,揭示了红砂岩微破裂时间效应的声发射行为演化特征。(5)针对水对岩石微破裂演化机制的影响:通过数值模拟、AE技术、SEM成像、分形理论与ResNet50模型相结合的研究方法,揭示了不同含水率条件下红砂岩微破裂演化机制。研究结果表明:随着含水量的增加,岩石试件的破坏模式由以张拉型破裂为主导向以剪切型破裂为主导转变,表面的宏观裂纹数目也在逐渐地减少;张拉裂纹更容易聚集形成宏观裂纹,而剪切裂纹分布相对较为分散。并通过对数值模拟结果、SEM成像结果与ResNet50模型识别结果进行对比分析,证实了ResNet50模型可以对不同含水率条件下岩石微破裂过程中AE震源产生机制进行监测解译。
高琳[9](2021)在《岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析》文中进行了进一步梳理随着地下资源开采深度的增加,深部岩体动力灾害发生的频率和强度显着提高,动力灾害行为更为复杂,灾变机理至今尚不清晰,以至于工程中难以准确预测预报与精准防治。基于应力-应变关系和强度准则角度研究深部岩体动力灾害具有局限性,难以揭示深部灾害的量级、规模、剧烈程度以及灾变形式,而这些恰恰是评价分析深部动力灾害至关重要的指标。研究表明,从能量角度分析深部岩体动力灾害问题更加科学有效。本文针对岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征,从能量演化规律、岩石破坏能量特征的细观结构效应、岩石破坏烈度和能量灾变准则四个方面开展了深入研究。(1)针对五种不同类型岩石分别开展了单轴及7个围压下的全程循环加卸载试验,基于能量平衡理论,提出了岩石峰后能量计算方法,系统地获得了岩石变形破坏全过程的能量演化特性曲线;对比分析了脆塑性岩石的能量演化差异,提出了用以定量描述岩石弹性能积聚特性的表征参数,将岩石的能量演化模式细分为四类;探究了不同岩性岩石能量演化的围压效应,发现不同岩性岩石的能量积聚和耗散特性随围压增加表现出不同的变化模式。(2)基于岩石断裂过程区的剪切破坏理论模型,分析了不同岩性岩石能量演化围压效应的差异,揭示了围压对岩石能量演化特征的微观影响机制;运用X射线分析和电镜扫描等实验手段分析了矿物组分、微观结构及微观断裂模式对岩石能量演化特征的影响,研究表明,岩石组分中脆性矿物比例决定了岩石积聚应变能的能力,岩石抵抗剪切变形的能力和能量耗散的特性取决于岩石内部颗粒的粘合结构以及结晶程度;并通过破坏试样的3D激光扫描实验,探究了岩石能量演化特征与断裂面粗糙度及分形维数之间的关系,发现这两者的相互关系与岩石的微观断裂模式及相应的微观破坏形态密切相关。(3)基于损伤力学理论,提出了表征岩石单位应变弹性能和耗散能变化量的两个指标,能量释放率和能量耗散率;分析了岩石变形破坏过程中能量积聚和耗散的动态过程及其演化规律,首次提出了岩石破坏烈度指数,对岩石破坏剧烈程度进行了定量化表征,并依据试验数据建立了岩石破坏剧烈程度划分标准;随后,基于岩石破裂形式表征方法,探究了岩石破坏烈度与岩石破碎程度、声发射阶跃现象以及岩石破裂角度的关系,为岩石灾变特征分析提供了理论与实验依据。(4)开展了不同岩性岩石的单轴压缩试验,以声发射聚类分析方法建立了岩石损伤本构模型;利用该理论模型给出了岩石临界损伤能量释放率以及破坏烈度的理论表达式,明确了破坏烈度指数的物理意义,进而建立了评定岩石失稳及危险性量级的能量灾变准则;通过岩石三维损伤本构模型,将能量灾变准则推广到三维应力状态。该论文有图106幅,表27个,参考文献228篇。
裴峰[10](2020)在《纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制》文中提出随着浅部矿产资源的日益枯竭,我国逐渐进入深部开采阶段,片帮、岩爆、局部大变形等灾害较浅部在频度和强度方面显着增加,成为深部地下工程建设亟需解决的问题。深部地下工程灾害是由岩石本身力学性能、所处复杂地质环境和开挖扰动力学响应引起的。埋深的增加导致地应力升高,而高地应力导致的围岩片帮、剥落、岩爆以及大变形则是制约深竖井设计和施工的关键因素。深部地层岩石在高地应力作用下力学特性及工程响应较浅部岩石存在明显差异,导致地下工程灾害具有多发性和突发性。因此,开展高地应力作用下深竖井围岩稳定性研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目-深部金属矿建井与提升关键技术,从金属矿深竖井开挖围岩稳定性分析及控制这一科学问题出发,依托纱岭金矿在建深竖井为工程背景开展研究。基于深部地层地应力场分布特征、室内岩石力学试验、数值模拟和理论分析,系统研究了不同赋存深度岩石在动、静载荷作用下力学性能、能量演化与分配比例和失稳破坏过程及随深度变化规律,结合声发射监测技术进一步探讨了不同赋存深度岩石失稳破坏过程中声发射信号的频率、时序特征以及硬脆性岩石高地应力作用下致灾机理。最后,采用数值模拟方法模拟了纱岭金矿主井开挖应力场、变形场、能量场、塑性区和围岩损伤程度特征及其随深度变化规律,揭示了围岩失稳破坏机制,并提出相应失稳控制理论和技术措施。相关研究成果对深部建井围岩稳定性分析以及开挖支护提供了理论支撑。主要研究成果如下:(1)在纱岭金矿建井工程区地层完整性分析的基础上,针对主井、副井、回风井的3个深钻孔内进行水压致裂地应力测量,获得了纱岭金矿建井工程区560~1532 m范围内地应力场随深度变化规律。分析了最大水平主应力方向与山东渤海沿岸地区最大水平主应力方向的关系,从板块运动的角度解释了最大水平主应力方向形成的机制,明确了建井工程区深部地层岩石所处复杂地层环境和地应力场特征。(2)选取井筒穿越变辉长岩和花岗岩两种岩石为主要研究对象,通过X射线衍射试验(XRD)和双目透反射偏光显微镜观察得到了岩石基质的类型、矿物组成和微观结构。对不同赋存深度岩石开展了动、静加载作用下岩石力学试验,从力学特性、破坏形态、声发射信号和失稳破坏演化过程分析了深部地层岩石物理力学性能、脆性破坏特征及随深度的变异性。同时,对岩样破裂断口进行电镜扫描获得了破裂断口细观形貌,从细观角度分析了硬岩的脆性破坏机制。最后,基于多重判据冲击倾向性判别准则对深部岩石冲击倾向性进行评价,采用冲击危险性和冲击危险势指标表征深部地层岩石发生冲击破坏的可能性及强度。(3)岩石储能能力是片帮、岩爆等灾害能量判据的重要指标,基于岩石极限储能理论研究了深部地层岩石储能能力随深度变化规律。综合考虑给定深度和周围应力环境因素,通过特征应力以及两个阶段能量随围压的变化规律,揭示了围压对岩石渐进破坏的影响。利用循环加卸载试验分析了深部地层岩石加载过程中力学参数的演化规律,表明了循环载荷对岩石强度参数具有强化和损伤双重效应作用,进而反映岩石能量存储与耗散特征,同时提出了修正后的CWFS(粘聚力弱化摩擦强化)模型;系统分析了岩石加载失稳破坏过程中输入能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度演化过程及分配规律,进一步揭示了岩石峰前以积聚弹性应变能为主、耗散能为辅的能量演化规律,同时阐明了能量演化及分配规律的围压效应;最后,从能量耗散角度分析了岩样损伤与应力水平之间的关系,基于耗散能发展规律建立了围岩失稳破坏能量判据,揭示了深部地层围岩损伤破坏能量机制。(4)岩石等脆性材料破坏过程能量耗散主要用于裂隙结构面的产生及其相互摩擦,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对深部花岗岩开展不同冲击速度作用下动态力学试验,得到了深部地层岩石动态抗压强度、破碎形态、能量耗散与冲击速度之间的关系,并与静态加载试验结果进行对比分析。探讨了冲击过程中耗散能密度、透射能密度、入射能密度等随冲击速度的演化规律,揭示了冲击破坏后破碎岩样分形维数特征,进一步研究了深部地层围岩突发式失稳破坏的内在机制。(5)基于声发射(AE)监测技术,从特征参数(计数率、能量率、累计计数、累计能量)和波形(幅值和峰频)两方面研究了不同深度地层岩石加载失稳破坏过程AE信号与应力水平之间的关系以及随深度变异性特征,反演了不同应力水平下岩石的稳定性,提出了岩石失稳破坏的声发射前兆信息。通过循环加卸载试验研究了不同赋存深度冲击性岩石加载过程中的不可逆性,得到了不同受力及变形阶段声发射信号变化特征及规律,揭示了岩石内部损伤程度的非线性加剧过程。同时探讨了加卸载过程中声发射b值演化规律,为进一步反演岩石损伤及破坏机制提供了理论依据。(6)综合考虑岩体声波波速随深度的变化、岩芯质量完整性、地下水、地应力分布特征和室内岩石力学试验的基础上,采用Hoek-Brown强度准则合理获得不同深度地层岩体力学参数。利用FLAC3D数值模拟软件分析了纱岭金矿主井穿越复杂地层应力场、变形场、塑性区特征及随深度变化规律,总结了围岩力学响应的时空演化规律和特征。采用破坏接近度指标分析了围岩损伤范围与破碎程度随深度变化关系,同时确定了最小支护深度和安全支护深度的范围。通过深竖井开挖后围岩能量积聚特征,确定了围岩能量积聚范围,合理预测了井筒围岩片帮、岩爆发生位置及强度,同时提出了相应卸压及支护措施。综合影响围岩稳定的多种因素对纱岭金矿主井地层进行了危险区划分,开展了围岩稳定性分析并提出深竖井施工围岩支护设计方案。
二、岩石失稳破坏的理论研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、岩石失稳破坏的理论研究(论文提纲范文)
(2)岩体破坏失稳中的材料—结构二义性研究初探(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 岩体破坏失稳的材料性影响研究现状 |
1.2.2 岩体破坏失稳的结构性影响研究现状 |
1.3 存在的问题 |
1.4 本文研究内容 |
2 岩体破坏与失稳分析的统一数值方案 |
2.1 细观统计损伤本构模型 |
2.1.1 基本思想 |
2.1.2 力学参数的概率分布 |
2.1.3 代表性体积元(RVE)的本构关系及损伤演化 |
2.2 有限变形基本理论 |
2.2.1 变形与运动学 |
2.2.2 变分描述 |
2.2.3 有限元近似 |
2.3 RFIA系统工作流程 |
3 岩体破坏失稳的材料性影响 |
3.1 岩石材料性质对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.1.1 岩石材料性质改变与结构面填充物性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.1.2 岩石材料性质改变与结构面分布(角度)变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.1.3 岩石材料性质改变与结构体高宽比变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.2 结构面填充物性质对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.2.1 结构面填充物性质改变与岩石材料性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.2.2 结构面填充物性质改变与结构面分布(角度)变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.2.3 结构面填充物性质改变与结构体高宽比变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
3.3 本章小结 |
4 岩体破坏失稳的结构性影响 |
4.1 结构面特征对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.1.1 结构面分布(角度)改变与岩石材料性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.1.2 结构面分布(角度)改变与结构面填充物性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.1.3 结构面分布(角度)改变与结构体高宽比变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.2 结构体特征对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.2.1 结构体高宽比改变与岩石材料性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.2.2 结构体高宽比改变与结构面填充物性质变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.2.3 结构体高宽比改变与结构面分布(角度)变化对岩体破坏失稳规律的影响 |
4.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(3)高陡岩质边坡变形破坏特征及控制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 高陡岩质边坡变形破坏机理研究现状 |
1.2.2 高陡岩质边坡稳定性分析方法研究现状 |
1.3 存在不足 |
1.4 研究内容及技术路线 |
1.4.1 研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
2 边坡岩体力学特性研究 |
2.1 概述 |
2.2 现场地质勘察 |
2.3 边坡岩石物理力学试验 |
2.3.1 点载荷试验 |
2.3.2 单轴抗压强度试验 |
2.4 本章小结 |
3 含预制裂隙类岩石试件破坏特征研究 |
3.1 概述 |
3.2 含裂隙岩体裂隙演化理论分析 |
3.2.1 裂纹扩展类型 |
3.2.2 裂隙扩展基本理论 |
3.2.3 裂纹应力场和位移场 |
3.2.4 压剪应力状态下岩体裂隙破坏特征分析 |
3.3 类岩石试件制备 |
3.3.1 材料和配比 |
3.3.2 试验设备及加载条件 |
3.3.3 物理力学参数试验 |
3.4 试验结果分析 |
3.4.1 完整岩样力学特性分析 |
3.4.2 预制裂隙对类岩石试件峰值强度影响分析 |
3.4.3 裂隙对残余强度影响 |
3.4.4 裂隙贯通模式分析 |
3.4.5 基于裂纹扩展试验的边坡破坏过程分析 |
3.5 本章小结 |
4 高陡岩质边坡变形破坏及稳定性分析 |
4.1 概述 |
4.2 边坡变形破坏模式分析 |
4.3 边坡稳定性计算与评价 |
4.3.1 基于赤平投影法的边坡稳定性分析 |
4.3.2 基于极限平衡法的边坡稳定性分析 |
4.4 基于强度折减法的边坡稳定性数值模拟计算 |
4.4.1 强度折减法简介 |
4.4.2 数值模型的建立 |
4.4.3 不含裂隙的边坡稳定性分析 |
4.4.4 含多组单裂隙的边坡数值模拟分析 |
4.5 本章小结 |
5 边坡控制方案研究 |
5.1 边坡控制方案措施 |
5.1.1 土钉支护 |
5.1.2 锚杆框架梁支护 |
5.1.3 锚拉抗滑桩支护 |
5.1.4 放缓坡面角 |
5.2 预应力锚杆设计 |
5.2.1 预应力锚杆支护设计内容及原则 |
5.2.2 预应力锚杆支护设计依据 |
5.3 边坡控制方案研究 |
5.3.1 4m~*4m锚杆支护计算结果分析 |
5.3.2 3m~*3m锚杆支护计算结果分析 |
5.3.3 2m~*2.5m锚杆支护计算结果分析 |
5.3.4 数值模拟计算结果对比分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论 |
6.1 主要结论 |
6.2 研究不足 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及主要科研成果 |
(4)含张开型裂隙脆性试样破裂机制试验与模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 本文章节组成 |
2 文献综述与研究内容 |
2.1 预制裂隙类型 |
2.2 二维裂隙岩体研究进展 |
2.3 三维裂隙岩体研究进展 |
2.4 二维和三维裂隙岩体破坏特征对比 |
2.5 目前研究存在的问题 |
2.6 本文研究内容与技术路线 |
2.6.1 研究内容 |
2.6.2 技术路线 |
3 试样制备方法与试验设计 |
3.1 张开型裂隙试样制备方法 |
3.1.1 类岩石材料选取 |
3.1.2 体积损失法原理 |
3.1.3 效果验证 |
3.1.4 预制裂隙制备方法 |
3.2 室内试验设计 |
3.2.1 力学试验 |
3.2.2 表面破坏监测 |
3.2.3 内部破坏监测 |
3.3 本章小结 |
4 单裂隙脆性试样破坏试验 |
4.1 单裂隙试样设计 |
4.2 不同裂隙倾角内置单裂隙试验 |
4.2.1 试验结果 |
4.2.2 裂隙试样力学性质 |
4.2.3 表面变形与破坏特征 |
4.2.4 内部次生破坏及AE特征 |
4.2.5 次生破坏类型 |
4.3 不同裂隙走向长度单裂隙试验 |
4.3.1 预制裂隙走向长度10mm |
4.3.2 预制裂隙走向长度30mm |
4.3.3 预制裂隙走向长度40mm |
4.3.4 预制裂隙走向长度50mm |
4.3.5 裂隙走向长度的影响 |
4.4 本章小结 |
5 不同隐伏程度平行双裂隙脆性试样破坏试验 |
5.1 双裂隙试样设计 |
5.2 破坏试验结果 |
5.2.1 组合-1:两个贯穿型预制裂隙 |
5.2.2 组合-2:贯穿型与内置型裂隙同时存在 |
5.2.3 组合—3:两个内置型预制裂隙 |
5.3 裂隙隐伏状态对试样物理力学参数的影响 |
5.4 裂隙隐伏状态对试样内外破坏结构分布的影响 |
5.5 特殊破坏特征对应的潜在工程风险 |
5.5.1 组合-2型试样破坏特征 |
5.5.2 组合-3型试样破坏特征 |
5.6 裂隙岩体的表观与真实状态对比 |
5.6.1 裂隙岩体的表观与真实状态 |
5.6.2 表面完好的试样 |
5.6.3 预制裂隙外露的试样 |
5.6.4 不同产状裂隙试样物理力学性质 |
5.6.5 不同产状裂隙试样破坏特征 |
5.6.6 裂隙岩体的合理安全强度和关键破坏位置 |
5.7 本章小结 |
6 张开型裂隙围岩脆性断裂理论分析 |
6.1 二维裂隙尖端应力场 |
6.2 三维裂隙尖端应力场 |
6.3 内置三维裂隙顶板围岩应力场分析 |
6.3.1 四边固支板模型 |
6.3.2 板内应力场 |
6.3.3 矩形中心最大等效拉应力 |
6.4 内置三维裂隙顶板岩体破坏特征分析 |
6.4.1 内部次生破坏受约束的原因 |
6.4.2 内置裂隙顶板应力特征及次生破坏特征 |
6.4.3 改进的顶板破坏分布形式 |
6.5 本章小结 |
7 单裂隙岩体PFC3D数值模拟 |
7.1 数值模型构建 |
7.2 内置单裂隙试样模拟结果 |
7.2.1 岩体强度及次生破坏起裂应力 |
7.2.2 次生破坏发展过程 |
7.2.3 表面位移及破坏特征 |
7.3 单裂隙试样次生破坏特征和机理分析 |
7.3.1 次生破裂类型与相关分析方法 |
7.3.2 断面#1计算结果 |
7.3.3 断面#2计算结果 |
7.3.4 断面#3计算结果 |
7.3.5 常规二维断面分析小结 |
7.4 包含第三维度颗粒信息的破裂机理分析 |
7.4.1 DF_Ⅲ型区域次生拉裂纹机理分析 |
7.4.2 预制裂隙顶板围岩次生拉裂纹机理分析 |
7.4.3 预制裂隙倾向边界面破坏特征与模式分析 |
7.4.4 预制裂隙走向边界面破坏特征与模式分析 |
7.5 内置张开型单裂隙工况试验-理论-模拟结果对比 |
7.6 本章小结 |
8 双裂隙岩体PFC3D数值模拟 |
8.1 双裂隙试样模拟结果 |
8.1.1 岩体强度及次生破坏起裂应力 |
8.1.2 次生破坏发展过程 |
8.1.3 表面位移及破坏特征 |
8.2 组合-1型裂隙试样破坏机理分析 |
8.3 组合-2型裂隙试样破坏机理分析 |
8.3.1 内置裂隙走向中心位置(断面#S1) |
8.3.2 内置裂隙走向25%位置(断面#S2) |
8.3.3 内置裂隙走向边界位置(断面#S3) |
8.3.4 内置裂隙走向外侧的单裂隙岩体(断面#S4) |
8.3.5 考虑y轴信息的组合-2型裂隙围岩破坏机理分析 |
8.4 组合-3型裂隙试样破坏机理分析 |
8.4.1 内置裂隙走向中心和25%位置(断面#A1和A2) |
8.4.2 内置裂隙走向12.5%位置(断面#A3) |
8.4.3 内置裂隙走向边界位置(断面#A4) |
8.4.4 内置裂隙走向外侧实心岩体(断面#A5) |
8.4.5 考虑y轴信息的组合-3型裂隙围岩破坏机理分析 |
8.5 双裂隙工况时内置裂隙厚度方向围岩破坏模式 |
8.5.1 内置三维裂隙倾向边界面破坏模式 |
8.5.2 内置三维裂隙走向边界面破坏模式 |
8.6 本章小结 |
9 结论 |
9.1 主要结论 |
9.2 创新点 |
9.3 研究展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)真三轴加卸载含瓦斯煤力学特性与破坏前兆特征研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究的背景、意义和目的 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 煤岩体三轴加卸载力学特性研究现状 |
1.2.2 煤岩体真三轴力学特性研究现状 |
1.2.3 煤岩体破裂过程声发射研究现状 |
1.2.4 声发射非线性特征研究现状 |
1.3 研究内容与技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 技术路线 |
1.4 本章小结 |
第2章 试验系统及试验方案 |
2.1 试验系统 |
2.1.1 轴向加卸载系统 |
2.1.2 围压加卸载系统 |
2.1.3 密封腔体 |
2.1.4 声发射监测系统 |
2.1.5 瓦斯渗流系统 |
2.2 试样制备及试验步骤 |
2.2.1 试样制备 |
2.2.2 试验步骤 |
2.3 试验方案 |
2.3.1 常规三轴加载试验方案 |
2.3.2 真三轴加卸载试验方案 |
2.4 本章小结 |
第3章 常规三轴加载条件含瓦斯煤力学特性研究 |
3.1 常规三轴加载含瓦斯煤变形破坏特征 |
3.1.1 含瓦斯煤强度变化特征 |
3.1.2 含瓦斯煤应力应变特征 |
3.1.3 含瓦斯煤破坏形态特征 |
3.2 常规三轴加载含瓦斯煤声发射时序特征 |
3.2.1 围压对声发射特征的影响 |
3.2.2 瓦斯压力对声发射特征的影响 |
3.3 本章小结 |
第4章 真三轴加卸载条件含瓦斯煤力学特性研究 |
4.1 加卸载条件下含瓦斯煤变形破坏特征 |
4.1.1 含瓦斯煤应力应变特征 |
4.1.2 含瓦斯煤破坏形态特征 |
4.2 加卸载条件下含瓦斯煤破坏能量演化特征 |
4.2.1 含瓦斯煤破坏过程能量分析原理 |
4.2.2 加卸载条件下含瓦斯煤破坏能量演化过程 |
4.2.3 加卸载条件对能量特征的影响 |
4.3 加卸载条件下含瓦斯煤声发射时序特征 |
4.3.1 初始围压对声发射特征的影响 |
4.3.2 卸载速率对声发射特征的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 真三轴加卸载条件含瓦斯煤破坏机制研究 |
5.1 含瓦斯煤真三轴应力条件本构模型 |
5.1.1 本构模型的建立 |
5.1.2 本构模型的验证 |
5.2 含瓦斯煤破坏形式分析 |
5.2.1 煤体裂纹扩展条件分析 |
5.2.2 含瓦斯煤破坏过程分析 |
5.3 含瓦斯煤破坏模型构建及求解 |
5.3.1 含瓦斯煤破坏模型构建 |
5.3.2 含瓦斯煤破坏临界荷载求解 |
5.4 本章小结 |
第6章 真三轴加卸载条件下含瓦斯煤破坏前兆特征 |
6.1 多重分形理论介绍及其计算方法 |
6.2 加卸载条件下含瓦斯煤声发射多重分形特征 |
6.2.1 含瓦斯煤声发射多重分形谱 |
6.2.2 含瓦斯煤声发射多重分形动态变化特征 |
6.3 损伤演化与多重分形特征的关系 |
6.3.1 不同加卸载条件损伤演化分析 |
6.3.2 损伤演化与多重分形参数间的关系 |
6.4 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 主要创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作 |
致谢 |
(6)锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究意义 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 全长锚固锚杆加固工程解析解研究 |
1.3.2 全长锚固锚杆的理论解析力学模型 |
1.3.3 全长锚固锚杆的数值模拟研究 |
1.3.4 端锚加固工程解析解研究 |
1.3.5 锚杆的抑损止裂效应及锚固界面损伤的剪切滑移模型 |
1.4 目前研究存在的问题 |
1.5 本文研究内容与研究方法及技术路线 |
1.5.1 本文研究内容与研究方法 |
1.5.2 技术路线 |
1.6 主要创新点 |
2 地下工程中全长锚固锚杆的抑损止裂效应分析 |
2.1 概述 |
2.2 全长锚杆锚固地下工程抑损止裂解析解 |
2.2.1 锚杆加固后的围岩等效物理力学参数 |
2.2.2 锚固前后损伤变量的定义及演化方程 |
2.2.3 锚杆调动围岩自承载能力系数 |
2.2.4 锚杆调动围岩自承载能力系数的计算 |
2.3 算例分析 |
2.3.1 对比分析 |
2.3.2 围岩参数分析 |
2.4 本章小结 |
3 围岩损伤对全长锚固锚杆受力的影响 |
3.1 概述 |
3.2 围岩损伤影响下的巷道全长锚杆受力分析 |
3.2.1 损伤变量的定义及演化方程 |
3.2.2 考虑围岩损伤的圆形巷道解析解 |
3.2.3 全长锚固锚杆受力分析 |
3.3 算例分析 |
3.3.1 脆性损伤下算例分析 |
3.3.2 连续损伤下的算例分析 |
3.4 本章小结 |
4 地下工程中端头锚固锚杆的抑损止裂效应分析 |
4.1 概述 |
4.2 端锚加固地下工程的等效方法 |
4.3 端锚加固地下工程的损伤演化方程 |
4.4 端锚锚固地下工程解析解 |
4.4.1 端锚锚固端处在弹性区 |
4.4.2 端锚锚固端处在塑性区 |
4.5 工程案例分析 |
4.6 本章小结 |
5 锚喷支护在围岩损伤影响下的加固效应 |
5.1 概述 |
5.2 四种锚喷模型 |
5.2.1 高锚固力情况下的锚喷力学模型 |
5.2.2 低锚固力情况下的锚喷力学模型 |
5.2.3 锚固力不稳定情况下的锚喷力学模型 |
5.2.4 高锚固力情况下一根锚杆脱出的锚喷力学模型 |
5.3 工程案例分析 |
5.3.1 四种模型的对比分析 |
5.3.2 工程案例一 |
5.3.3 工程案例二 |
5.4 本章小结 |
6 锚索(杆)在边坡治理工程的止裂效应分析 |
6.1 概述 |
6.2 裂纹的应力场分析 |
6.2.1 张开(Ⅰ)型裂纹的锚固前后应力场分析 |
6.2.2 滑移(Ⅱ)型裂纹的锚固前后应力场分析 |
6.2.3 锚索锚固力随时间损失的模型 |
6.2.4 Ⅰ型裂纹的锚固应力分析 |
6.2.5 Ⅱ型裂纹的锚固应力分析 |
6.3 顺层岩质边坡后缘张裂缝的锚固止裂分析 |
6.3.1 锚固力作用下的临界深度分析 |
6.3.2 工程实例分析 |
6.4 其余不利情况下的岩质边坡后缘张裂缝锚固止裂分析 |
6.4.1 周边修筑建筑工程的影响 |
6.4.2 周边地下工程爆破的影响 |
6.4.3 预应力锚索预应力随时间损失的影响 |
6.5 经典案例-湖北秭归链子崖T11 张裂缝锚固止裂分析 |
6.6 岩质边坡危岩锚固的止裂分析 |
6.6.1 锚索锚固下的危岩稳定性断裂力学分析方法 |
6.6.2 工程案例分析 |
6.7 细长岩层层状边坡的锚固止裂分析 |
6.7.1 细长层状边坡的力学模型研究概述 |
6.7.2 锚固软岩细长直立层状边坡的止裂模型 |
6.7.3 直立层状边坡锚固止裂算例 |
6.7.4 锚固细长顺层岩质边坡的止裂模型 |
6.7.5 顺层边坡溃屈弯曲工程案例 |
6.8 本章小结 |
7 考虑锚固界面损伤的剪切滑移模型 |
7.1 概述 |
7.2 FRP锚杆第一界面损伤剪切滑移模型 |
7.2.1 FRP锚杆第一界剪切滑移模型概述 |
7.2.2 FRP筋锚杆拉拔过程中剪切刚度变化规律 |
7.2.3 FRP筋锚杆的损伤剪切滑移模型 |
7.2.4 模型应用-基于荷载传递法的锚杆传力分析 |
7.2.5 试验与算例分析 |
7.3 锚杆第一界面完全解耦的三参数WEIBULL统计损伤剪切滑移模型 |
7.3.1 第一界面完全解耦的剪切滑移模型概述 |
7.3.2 第一界面完全解耦的统计损伤剪切滑移模型 |
7.3.3 案例验证与分析 |
7.3.4 参数分析 |
7.4 高温影响下的第一界面修正WEIBULL统计损伤剪切滑移模型 |
7.4.1 高温影响下的第一界面剪切滑移模型概述 |
7.4.2 改进的修正Weibull热损伤锚固第一界面剪切滑移模型 |
7.4.3 模型验证与算例分析 |
7.5 锚杆锚固第二界面统计损伤力学模型 |
7.5.1 概述 |
7.5.2 工程案例验证分析 |
7.6 模型应用-锚筋低应力脆断裂分析 |
7.7 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(7)水力耦合作用下砂岩储层钻井井壁失稳破坏机理研究(论文提纲范文)
变量注释表 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 主要研究内容、技术路线和创新点 |
第二章 红砂岩物理力学参数测试及钻孔破坏试验 |
2.1 引言 |
2.2 红砂岩物理力学性质测试 |
2.3 红砂岩达西渗流试验测试 |
2.4 红砂岩室内钻孔崩落试验 |
2.5 本章小结 |
第三章 钻井井壁稳定性力学分析 |
3.1 引言 |
3.2 钻井井周应力分布 |
3.3 钻井井壁破坏准则 |
3.4 钻井液重度安全窗口选择 |
3.5 本章小结 |
第四章 离散元水力耦合原理及参数标定 |
4.1 引言 |
4.2 颗粒离散元法PFC基本原理 |
4.3 水力耦合作用下井壁失稳数值模拟原理及方法 |
4.4 PFC微观参数标定 |
4.5 本章小结 |
第五章 钻井井壁失稳离散元数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 井壁失稳破坏数值模型建立 |
5.3 模型可靠性验证 |
5.4 井壁失稳数值模拟结果分析 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要研究成果及结论 |
6.2 不足与展望 |
参考文献 |
致谢 |
在读期间的科研成果 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(8)基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 深度学习在岩石力学与工程中的应用 |
1.2.2 岩石微破裂过程中声发射行为 |
1.2.3 岩石微破裂演化机制 |
1.3 存在的主要问题 |
1.4 研究方案 |
1.4.1 主要研究内容 |
1.4.2 技术路线 |
第二章 岩石微破裂过程中声发射定位算法 |
2.1 概述 |
2.2 基于EEMD-SBCSS的声发射信号滤波算法 |
2.2.1 小波阈值滤波基本原理 |
2.2.2 EEMD-SCBSS滤波基本原理 |
2.2.3 滤波算法性能评价标准 |
2.2.4 数值仿真分析 |
2.2.5 实测数据分析 |
2.3 声发射信号初至到时及初至振幅自动拾取 |
2.3.1 STA/LTA算法 |
2.3.2 AR-AIC算法 |
2.4 基于到时时差PSO的未知波速声发射定位算法 |
2.4.1 基于到时时差的已知波速声发射定位算法 |
2.4.2 基于PSO的未知波速声发射定位算法 |
2.4.3 基于到时时差PSO的未知波速声发射定位算法基本原理 |
2.4.4 PSO算法参数选取及验证 |
2.5 本章小结 |
第三章 岩石微破裂声发射震源识别 |
3.1 概述 |
3.2 试验材料与方法 |
3.2.1 岩石试件制作 |
3.2.2 孔隙率及相关物理参数测量 |
3.2.3 试验方案 |
3.3 基于矩张量理论的声发射震源识别 |
3.3.1 矩张量理论分析岩石微破裂过程声发射震源的基本原理 |
3.3.2 绝对矩张量反演基本原理 |
3.3.3 基于矩张量反演理论判别岩石破裂类型的分类方法 |
3.3.4 试验结果分析 |
3.4 基于Res Net模型的声发射震源识别 |
3.4.1 二维ResNet模型的基本原理 |
3.4.2 ResNet模型基本框架 |
3.4.3 数据来源 |
3.4.4 数据预处理 |
3.4.5 ResNet模型的软硬件设备及相关参数设置 |
3.4.6 试验结果分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 ModeⅠ与Ⅱ断裂过程中微破裂演化机制及声发射行为 |
4.1 概述 |
4.2 岩石断裂力学基础理论 |
4.3 试件材料及试验方案 |
4.3.1 人字形切槽巴西圆盘试件制备 |
4.3.2 不同含水率条件下CCNBD试件的基本物理参数 |
4.3.3 试验设备及方案 |
4.4 不同含水率条件下Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中微破裂演化特征 |
4.4.1 Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中力学特性 |
4.4.2 Mode Ⅰ和 Ⅱ断裂过程中非断裂区域的损伤演化特征 |
4.4.3 Mode Ⅰ断裂过程中微破裂演化机制的数值模拟分析 |
4.4.4 Mode Ⅰ与 Ⅱ断裂过程中断裂韧度演化特征 |
4.4.5 基于广义最大周向应力准则的CCNBD试件断裂韧性分析 |
4.5 不同含水率条件下Mode Ⅰ和 Ⅱ断裂过程中声发射行为演化特征 |
4.5.1 声发射信号频域信息的演化特征 |
4.5.2 声发射信号的RA-AF值分布特征 |
4.6 本章小结 |
第五章 岩石微破裂时间效应的声发射行为 |
5.1 概述 |
5.2 红砂岩微破裂时间效应的声发射试验 |
5.2.1 .试件制备与设备 |
5.2.2 试验方案 |
5.3 红砂岩微破裂时间效应的含阻尼因子蠕变声发射模型 |
5.4 含阻尼因子岩石蠕变声发射模型的参数反演 |
5.4.1 模拟退火混合粒子群算法 |
5.4.2 反演计算及效果分析 |
5.5 基于声发射行为定量识别红砂岩加速蠕变阶段 |
5.5.1 基于奇异值分解原理定量识别红砂岩试件的加速蠕变阶段 |
5.5.2 基于声发射信号波形定量识别红砂岩试件的加速蠕变阶段 |
5.6 微破裂演化机制与声发射行为之间关系的探讨 |
5.6.1 阻尼因子的物理意义探讨 |
5.6.2 含阻尼因子蠕变声发射模型与微破裂演化机制之间关系探讨 |
5.6.3 声发射时域波形特征与微破裂演化机制之间关系探讨 |
5.7 本章小结 |
第六章 不同含水率条件下岩石的微观-宏观裂纹演化特征 |
6.1 概述 |
6.2 水岩劣化作用的基本原理 |
6.3 不同含水率条件下岩石微破裂声发射试验 |
6.3.1 试验设备 |
6.3.2 不同含水条件下红砂岩试件的制备 |
6.3.3 试验方案 |
6.4 不同含水率条件下红砂岩微破裂过程中力学性质的演化特征 |
6.5 不同含水率条件下红砂岩微破裂过程中声发射行为演化特征 |
6.5.1 声发射能量演化特征 |
6.5.2 声发射时频参数特征分析 |
6.6 含水率对红砂岩破坏模式演化特征的影响 |
6.6.1 高斯混合模型基本原理 |
6.6.2 基于声发射行为与数值模拟的红砂岩破坏模式研究 |
6.7 含水率对红砂岩微破裂过程中微观-宏观裂纹演化特征的影响 |
6.7.1 含水率对红砂岩微破裂演化机制的影响 |
6.7.2 含水率对宏观裂纹演化特征的影响 |
6.7.3 含水率对宏观裂纹分形维数的影响 |
6.8 基于ResNet50模型的红砂岩微破裂演化机制研究 |
6.8.1 干燥状态下红砂岩微破裂演化机制 |
6.8.2 饱和状态下红砂岩微破裂演化机制 |
6.9 水对岩石微破裂演化机制影响的探讨 |
6.9.1 水对红砂岩力学性质影响的探讨 |
6.9.2 水对微观-宏观裂纹演化机制影响的探讨 |
6.10 本章小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 主要研究结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简介 |
致谢 |
(9)岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
变量注释表 |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 研究现状 |
1.3 研究内容与创新点 |
1.4 研究方案与技术路线 |
2 基于能量理论的岩石变形破坏特征分析 |
2.1 引言 |
2.2 岩石变形破坏过程中的能量形式 |
2.3 能量损伤理论 |
2.4 岩石破裂形式和程度表征 |
2.5 岩石能量演化的微观机制 |
2.6 小结 |
3 岩石变形破坏过程中的能量演化规律 |
3.1 引言 |
3.2 应变能密度计算方法 |
3.3 单轴加载下不同岩性岩石的能量演化 |
3.4 不同围压下不同岩性岩石的能量演化 |
3.5 本章小结 |
4 岩石破坏能量特征的细观结构效应 |
4.1 引言 |
4.2 围压对岩石能量演化的影响机制分析 |
4.3 岩石能量特征与岩石组分的关联 |
4.4 岩石能量特征与断口微观形貌的关联 |
4.5 岩石能量特征与断裂面粗糙度的关联 |
4.6 小结 |
5 基于能量演化规律的岩石破坏烈度研究 |
5.1 引言 |
5.2 能量释放率和能量耗散率定义 |
5.3 单轴加载下不同岩性岩石的破坏烈度分析 |
5.4 不同围压下不同岩性岩石的破坏烈度分析 |
5.5 本章小结 |
6 岩石失稳破裂的能量灾变准则研究 |
6.1 引言 |
6.2 不同岩性岩石的损伤演化分析 |
6.3 岩石失稳破裂的能量灾变准则 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(10)纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述与研究内容 |
2.1 “深部”的科学界定 |
2.2 竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
2.3 岩爆机理及控制措施研究 |
2.3.1 岩爆机理研究现状 |
2.3.2 岩石冲击倾向性研究 |
2.3.3 岩爆防治措施研究 |
2.4 岩体能量理论研究 |
2.4.1 岩体储能特征研究 |
2.4.2 岩体能量耗散特征研究 |
2.4.3 深部岩体能量释放特征 |
2.5 声发射在围岩稳定性评价中的应用 |
2.5.1 声发射不可逆特征研究 |
2.5.2 声发射b值研究 |
2.5.3 岩石破裂前兆频谱特征分析 |
2.6 主要研究内容和技术路线 |
3 纱岭金矿主井地层完整性评价及地应力分布特征 |
3.1 纱岭金矿主井穿越地层完整性评价 |
3.2 地应力测量结果分析 |
3.2.1 地应力测量目的及意义 |
3.2.2 水压致裂地应力测量系统及测试过程 |
3.2.3 地应力测量结果分析 |
3.2.4 最大水平主应力方向分布特征 |
3.3 本章小结 |
4 纱岭金矿深部地层岩石力学性能与冲击危险性分析 |
4.1 岩样采集与制备 |
4.2 深部地层岩石细观结构特征 |
4.2.1 岩石矿物成分及结构形貌 |
4.2.2 深部地层岩石孔隙结构特征 |
4.3 单轴压缩作用下深部地层岩石力学性能试验研究 |
4.3.1 试验方案及力学特征 |
4.3.2 单轴压缩作用下声发射能量特征 |
4.3.3 深部岩石单轴压缩作用下裂纹扩展特征 |
4.3.4 深部地层岩石脆性强度特征 |
4.4 深部地层岩石三轴压缩作用下力学性能试验研究 |
4.4.1 试验方案及力学特征分析 |
4.4.2 三轴压缩作用下声发射时、频参数变异性 |
4.4.3 AE时间序列分形特征 |
4.5 深部地层岩石抗拉强度及加载速率效应试验研究 |
4.5.1 试样制备及试验方法 |
4.5.2 深部岩石抗拉强度加载速率效应 |
4.6 深部地层岩石动态冲击作用下力学特征 |
4.6.1 试验设备简介 |
4.6.2 动态力学特征 |
4.6.3 动态冲击下岩样破坏形态 |
4.7 循环加卸载作用下深部地层岩石力学性能及AE特征研究 |
4.7.1 循环加卸载试验方案 |
4.7.2 循环加载对岩体力学性能影响研究 |
4.7.3 不同围压下岩样扩容特征 |
4.7.4 深部地层岩石失稳破坏过程与AE信号相关性研究 |
4.8 不同深度地层岩石冲击危险性 |
4.8.1 冲击倾向性综合评价 |
4.8.2 不同埋深岩石冲击危险性 |
4.9 本章小结 |
5 深部地层岩石能量演化机制及失稳判据研究 |
5.1 单轴压缩作用下岩石储能能力随深度变化规律 |
5.2 三轴压缩作用下深部地层岩石储能特征 |
5.3 深部地层岩石能量演化机制 |
5.3.1 能量计算方法 |
5.3.2 能量演化及分配规律 |
5.3.3 不同应力水平作用下岩石冲击危险性 |
5.3.4 工程扰动能量响应特征 |
5.3.5 基于耗散能岩石损伤及失稳判据 |
5.4 深部地层岩石失稳破坏能量演化与AE信号相关性 |
5.4.1 岩石不可逆特征研究 |
5.4.2 声发射b值演化特征 |
5.4.3 循环加卸载累计振铃计数与应变关系研究 |
5.5 冲击载荷下深部花岗岩能量耗散特征 |
5.6 开挖扰动岩体能量路径探讨 |
5.7 本章小结 |
6 深竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
6.1 深竖井围岩稳定性评价指标 |
6.2 纱岭金矿主井深部地层开挖围岩稳定性 |
6.2.1 Hoek-Brown准则确定岩体参数 |
6.2.2 主井开挖位移场随深度变化特征 |
6.2.3 主井开挖应力场和塑性区随深度变化规律 |
6.3 不均匀地层对深部井筒稳定性影响 |
6.4 基于破坏接近度的围岩稳定性分析 |
6.5 不同深度地层能量场分布特征 |
6.6 主井深部地层危险区域综合分析及预测 |
6.7 主井深部地层围岩稳定性控制措施 |
6.8 本章小结 |
7 结论及创新点 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
四、岩石失稳破坏的理论研究(论文参考文献)
- [1]岩体力学发展的一些回顾与若干未解之百年问题[J]. 赵阳升. 岩石力学与工程学报, 2021(07)
- [2]岩体破坏失稳中的材料—结构二义性研究初探[D]. 郑龙. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]高陡岩质边坡变形破坏特征及控制研究[D]. 王有建. 安徽理工大学, 2021
- [4]含张开型裂隙脆性试样破裂机制试验与模拟研究[D]. 赵宇松. 北京科技大学, 2021(08)
- [5]真三轴加卸载含瓦斯煤力学特性与破坏前兆特征研究[D]. 张冉. 青岛理工大学, 2021(02)
- [6]锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型[D]. 杨钊. 北京交通大学, 2021(02)
- [7]水力耦合作用下砂岩储层钻井井壁失稳破坏机理研究[D]. 周新宇. 山东大学, 2021
- [8]基于深度学习的岩石微破裂演化声发射行为特征[D]. 杨道学. 江西理工大学, 2021(01)
- [9]岩石变形破坏过程中的能量演化机制与灾变特征分析[D]. 高琳. 中国矿业大学, 2021(02)
- [10]纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制[D]. 裴峰. 北京科技大学, 2020