高應力硬巖卸荷變形破裂機理與模型

以深埋工程硬巖為研究對象，通過不同高應力狀態(tài)/路徑變化以及不同卸載強度和不同卸載速率下巖石的真三軸卸荷試驗以及典型深部工程圍巖開挖變形破裂演化過程中變形、彈性波、鉆孔攝像、聲發(fā)射與微震等的綜合實時監(jiān)測，揭示其變形破壞機理及其強度特性；引入系統(tǒng)辨識和全局優(yōu)化的智能分析思想，研究考慮三向高應力狀態(tài)變化、卸載速率效應和圍巖時空弱化特征的模型結構自組織與參數自適應耦合識別方法，建立新型巖石強度準則和力學模型；提出與深部開挖圍巖損傷演化相適應的巖體力學參數多元信息智能反演方法，研究深部開挖卸荷圍巖力學參數的時空演化規(guī)律；從而建立能夠反映開挖卸荷效應和圍巖時空劣化特征的深部圍巖穩(wěn)定性分析方法，為資源深部開采以及深部巖石工程建設提供必要的基礎理論和分析工具。 2100433B

《高地應力硬巖誘導卸荷與多截齒協同破巖機理》共分為7章：第1章緒論主要介紹巖石掘進技術的研究進展；第2章主要對高地應力巖石破碎特性分析；第3章詳細分析巖石的誘導卸荷規(guī)律；第4章開展截齒的協同破巖規(guī)律研究：第5章和第6章分別依據第3章和第4章的研究內容，獲得評價截割的表征方法，并利用截割能量消耗表征結果設計混雜控制系統(tǒng)，最終實現高效截割；在第6章的基礎上，得出第7章的研究結果。

1 緒論

1．1 研究背景及意義

1．2 研究現狀及不足

1．3 研究內容及方法

1．4 主要創(chuàng)新點

2 高地應力巖石破碎特性分析

2．1 巖石破碎理論基礎研究

2．1．1 巖石力學概述

2．1．2 鉆頭破巖形式及鉆頭的選擇

2．2 高地應力巖石的特性研究

2．2．1 巖石的強度特性

2．2．2 巖石的流變特性

2．2．3 巖石的脆性一延性轉化特性

2．2．4 巖石的破壞特性

2．3 鉆孔與截齒的破碎影響因素研究

2．4 本章小結

3 巖石的誘導卸荷規(guī)律研究

3．1 巖石數值模擬的模型研究

3．2 不同鉆孔參數對巖石卸荷效應的影響

3．2．1 單孔模擬結果分析

3．2．2 多孔模擬結果及分析

3．3 不同地質條件對巖石卸荷效應的影響

3．3．1 不同地應力對單孔鉆孔參數的影響

3．3．2 不同地應力對多孔鉆孔參數的影響

3．4 誘導卸荷模型的研究

3．4．1 卸荷場分析

3．4．2 卸荷巖體力學參數反演分析

3．4．3 巖體卸荷等效模型

3．5 本章小結

4 截齒的協同破巖規(guī)律研究

4．1 不同截割參數對巖石破碎的影響

4．1．1 截割模型及截割方案確定

4．1．2 單齒不同工況下截割過程有限元分析

4．2 多截齒不同順序截割對巖石破碎的影響

4．2．1 同時截割

4．2．2 分步截割

4．3 本章小結

5 截割能效的表征研究

5．1 巖石沖擊性能評價模型研究

5．1．1 沖擊鉆頭一巖石物理模型的建立

5．1．2 有限元模型的網格劃分

5．1．3 鉆頭破巖仿真模型的參數設置

5．1．4 仿真結果分析

5．2 截齒截割性能評價模型研究

5．2．1 單截齒截割性能對比

5．2．2 多截齒截割性能對比

5．3 本章小結

6 誘導卸荷與連續(xù)截割的混雜系統(tǒng)建模研究

6．1 混雜系統(tǒng)理論綜述

6．1．1 混雜系統(tǒng)的定義

6．1．2 混雜系統(tǒng)的特點

6．1．3 混雜系統(tǒng)的分類

6．1．4 混雜系統(tǒng)的應用

6．2 鉆孔截割協同破巖系統(tǒng)結構及工作原理

6．2．1 鉆孔系統(tǒng)的結構及工作原理

6．2．2 截割系統(tǒng)的結構及工作原理

6．2．3 鉆孔截割協同破巖系統(tǒng)及其混雜特性分析

6．3 鉆孔與截齒協同破巖混雜系統(tǒng)建模

6．3．1 混雜系統(tǒng)建模方法

6．3．2 建模實現

6．4 非線性求解研究

6．4．1 標準粒子群優(yōu)化算法

6．4．2 改進粒子群優(yōu)化算法MPSO的非線性方程組求解

6．5 本章小結

7 結論

參考文獻2100433B

在能量、時間與頻率、以及質量范疇內，把高地應力下硬巖爆破破裂行為的基礎問題，抽象為爆炸加載與高地應力共同作用，致使硬巖產生破裂響應的動靜組合能量守恒系統(tǒng)。主要研究：高地應力作用對硬巖中爆炸應力波傳播產生影響的規(guī)律；不同應力狀態(tài)下硬巖選擇性吸收應力波能量的頻譜分量，與地應力作用對爆生裂隙的發(fā)育與擴展等破裂行為產生傾向性影響之間，存在的內在聯系；高地應力卸荷對破裂行為產生影響的機理；進行不同地應力作用下，2-D與3-D物理模型對比破裂實驗，從方法學的角度揭示應力波與地應力作用，對硬巖破裂(碎)結果產生影響的機制；最后，根據硬巖消耗的能量與其損傷、破裂或破碎程度之間，存在的對應關系，基于斷裂力學理論和能量守恒原理，探索高地應力下硬巖爆破破裂行為機理。本研究對于提高硬巖地下工程建設質量，控制工程建設與運營風險，滿足國民經濟持續(xù)發(fā)展對礦產資源、水電及交通地下工程的需求，具有理論和現實意義。