淺部地表資源逐漸耗盡,深部資源開(kāi)采勢(shì)在必行。對(duì)于深部地下工程而言,其高壓與高溫環(huán)境的共同作用將對(duì)深部巖體力學(xué)行為產(chǎn)生顯著影響。為探究深部地下巖體在高溫高壓條件下力學(xué)行為演化規(guī)律,本研究以室內(nèi)巖石三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依托,討論溫度和圍壓兩個(gè)主要外部條件因素對(duì)巖體峰值強(qiáng)度、峰值應(yīng)變以及彈性模量三個(gè)典型力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。采集大量不同溫度、不同圍壓條件下的巖石三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建參數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫(kù),并進(jìn)行溫度和圍壓對(duì)巖體力學(xué)行為的規(guī)律分析,認(rèn)為溫度以及圍壓對(duì)巖體力學(xué)行為的影響呈現(xiàn)出高度的非線性特征,難以采用單一數(shù)學(xué)函數(shù)進(jìn)行定量化表征。故采用BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建考慮溫壓耦合作用的巖體力學(xué)性質(zhì)智能預(yù)測(cè)模型,利用所構(gòu)建力學(xué)參數(shù)樣本庫(kù)進(jìn)行模型訓(xùn)練以獲得精確預(yù)測(cè)模型,進(jìn)而對(duì)處于高溫高圍壓環(huán)境下的深部巖體力學(xué)特性進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè),獲得不同溫度以及圍壓條件下巖體力學(xué)行為演化規(guī)律特征,可為深部地下工程提供理論依據(jù)。本文主要研究工作如下:（1）闡明巖體溫度及圍壓隨深度的變化規(guī)律,結(jié)合深部地下工程“三高一擾動(dòng)”環(huán)境,探究深部巖體賦存溫度和圍壓范圍。定義參數(shù)“巖體結(jié)構(gòu)”排除溫度、圍壓以外... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：97 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

南非姆波尼格礦井(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文2而言，深部巖體則過(guò)于復(fù)雜，其力學(xué)行為較淺部巖體大相徑庭，也就導(dǎo)致了地下深部工程災(zāi)害的多樣性。由于深部地下工程成災(zāi)機(jī)理的復(fù)雜程度，人們無(wú)法確切預(yù)測(cè)工程災(zāi)害并進(jìn)行防治，較淺部工程而言，深部工程面臨的主要理論問(wèn)題可概括為圖1.2所示十個(gè)方面[3]：圖1.2深部工程主要理論問(wèn)題示意圖[3]深部巖體力學(xué)行為較淺部巖體大相徑庭，而深部的工程實(shí)踐已遠(yuǎn)超過(guò)理論基礎(chǔ)，也就導(dǎo)致了地下深部工程災(zāi)害的多樣性，具體表現(xiàn)包括：巖爆頻次增多且程度加�。煌凰鹿嗜遮厙�(yán)峻，不僅巨大的經(jīng)濟(jì)損失接踵而至，還會(huì)對(duì)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響；深部巖體自重應(yīng)力及構(gòu)造應(yīng)力的增大導(dǎo)致圍巖變形加劇，巷道失穩(wěn)進(jìn)而引起頂板大面積破壞。現(xiàn)今世界不竭向地球深部發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際發(fā)展需求，由于深部地下工程成災(zāi)機(jī)理的復(fù)雜程度，無(wú)法確切預(yù)測(cè)工程災(zāi)害并進(jìn)行防治，故深部巖體力學(xué)行為理論發(fā)展的研究迫在眉睫。將深部巖體所處環(huán)境擬作高溫高圍壓狀態(tài)下的巖石三軸壓縮試驗(yàn)，縱觀前人關(guān)于巖石三軸壓縮試驗(yàn)，多為溫度或圍壓?jiǎn)我蛔兞康脑囼?yàn)，少有考慮溫壓耦合的試驗(yàn)，且在考慮溫壓耦合的實(shí)驗(yàn)中，溫度或是圍壓大小不足以達(dá)到深部巖體賦存環(huán)境。這是由于一般的試驗(yàn)達(dá)不到模擬深部巖體賦存環(huán)境的要求。本文將構(gòu)建模型，針對(duì)處于高溫高圍壓環(huán)境下的深部巖體力學(xué)特性(強(qiáng)度特性和變形特性)進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)，獲得不同溫度以及圍壓條件下巖體力學(xué)行為演化規(guī)律特征，可為深部地下工程的設(shè)計(jì)、安全施工提供理論基礎(chǔ)，這對(duì)于有關(guān)開(kāi)采資源的巖體工程有非常重大的影響。

溫壓耦合作用下深部巖石力學(xué)行為的智能預(yù)測(cè)研究31.2深部巖體力學(xué)行為研究現(xiàn)狀1.2.1深部巖體賦存環(huán)境相較于淺部巖體，深部巖體的物理力學(xué)性質(zhì)有很大的差異，如深部巖體具有塊系結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)不均勻、不連續(xù)；變形不協(xié)調(diào)、不連續(xù)；有很大的初始應(yīng)力，儲(chǔ)存有能量。深部巖體賦存環(huán)境[3-5]可總結(jié)為“三高一擾動(dòng)”，即高地溫、高地應(yīng)力、高巖溶水壓及高擾動(dòng)。(1)高地溫?fù)?jù)量測(cè)，地下深度越深，地溫變得越高。一般而言，每往下1km，地溫增加30℃至50℃；有的特殊局部地區(qū)，每往下1km，地溫甚至增加200℃；當(dāng)巖體所處溫度變化1℃時(shí)，其地應(yīng)力會(huì)改變0.4-0.5MPa；與較淺部巖體不同，深部巖體的力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)與地溫關(guān)聯(lián)的行為特征。(2)高地應(yīng)力地應(yīng)力由自重應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力疊加構(gòu)成，其中自重應(yīng)力由巖體自重產(chǎn)生，構(gòu)造應(yīng)力為長(zhǎng)期存在于地殼促進(jìn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生及發(fā)展的一種力。當(dāng)巖體所處深度逾千米甚至數(shù)千米時(shí)，巖體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的原巖應(yīng)力常如南非某處深地，當(dāng)深度達(dá)到3500-5000m時(shí)，其地應(yīng)力大小高達(dá)95-135MPa[4]。由于具有很大的地應(yīng)力，深部巖體內(nèi)部往往儲(chǔ)存著很大的變形能量，當(dāng)開(kāi)挖擾動(dòng)時(shí)變形能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，導(dǎo)致深部巖體工程難以進(jìn)行。(3)高巖溶水壓隨著深度的增大，增加的不僅有溫度和地應(yīng)力，還有巖溶水壓，當(dāng)開(kāi)采深度超過(guò)一千米時(shí)，巖體受到的巖溶水壓將達(dá)到7MPa[4]。巖溶水壓的增大，將會(huì)導(dǎo)致巖體受到的有效應(yīng)力增加，還會(huì)促進(jìn)巖體裂隙變大，進(jìn)而引發(fā)礦井突水工程災(zāi)害。(4)高擾動(dòng)高擾動(dòng)主要是指在深部地下開(kāi)采過(guò)程中對(duì)深部巖體造成的高強(qiáng)度卸荷載效應(yīng)。擾動(dòng)示意圖如圖1.3所示，其中IEZ表示彈性區(qū)域，IDZ表示塑性軟化區(qū)域，PDZ表示塑性殘余區(qū)域，UDZ表示塑性破壞區(qū)域，EFZ表示斷裂貫通區(qū)域。圖1.3深部地下擾動(dòng)圈示意圖[5]

【參考文獻(xiàn)】：
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