本文選題：邊坡穩(wěn)定性 + 宏細觀特性�。� 參考：《北京科技大學》2018年博士論文

【摘要】：隨著露天礦山開采深度的增加,邊坡加高加陡,開挖擾動引起工程巖體強度不斷劣化,應(yīng)力環(huán)境更加復(fù)雜。深入研究巖質(zhì)邊坡的力學特性及開挖穩(wěn)定性,具有重要的科學及工程意義。本文依托國家科學自然基金重點項目“深凹露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性研究(51034001)”,針對水廠鐵礦露天境界外擴工程,以北采場II區(qū)巖質(zhì)高陡邊坡為研究對象,從連續(xù)-非連續(xù)、宏觀-細觀的角度,分析邊坡巖體的宏細觀力學特征和開挖擾動條件下的邊坡穩(wěn)定性,主要結(jié)論和成果如下:(1)調(diào)研現(xiàn)場地質(zhì)概況,掌握工程地質(zhì)特征,開展現(xiàn)場地應(yīng)力測量、室內(nèi)巖石力學試驗、結(jié)構(gòu)面統(tǒng)計調(diào)查,獲取了地應(yīng)力場分布特征、巖體物理力學參數(shù)及節(jié)理裂隙的空間分布規(guī)律。(2)基于顆粒流理論,探討PFC中細觀參數(shù)與巖石宏觀力學特性之間的響應(yīng)規(guī)律,通過單因素分析、正交試驗極差分析,獲得了宏細觀參數(shù)之間的關(guān)系,及各細觀參數(shù)的影響度排序;利用Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建了從宏觀力學參數(shù)到細觀參數(shù)的預(yù)測模型,提出細觀參數(shù)的標定方法,并以混合花崗巖為研究對象,標定了平直節(jié)理接觸模型的細觀參數(shù);研究顆粒流模型中顆粒尺寸對巖石宏觀力學特性的影響,得到了內(nèi)尺度比的取值范圍,為顆粒半徑的選取提供依據(jù)。(3)開展混合花崗巖的室內(nèi)單、三軸加載試驗、圍壓卸載試驗,從應(yīng)力-應(yīng)變角度分析巖石破壞的宏觀特征:基于PFC數(shù)值試驗平臺,進行了不同圍壓下的加、卸載數(shù)值試驗,從能量演化、微裂紋擴展及破壞模式角度分析試件破壞時的細觀特征,由此分析對比加、卸載條件下宏、細觀力學特性的差異;以微裂紋數(shù)目為細觀損傷變量,得到細觀損傷變量與宏觀變形模量和泊松比變化的關(guān)系式,在此基礎(chǔ)上建立屈服階段的本構(gòu)方程。(4)基于邊坡開挖過程中應(yīng)力分布的變化情況,揭示了在開挖擾動影響下工程巖體參數(shù)劣化的力學機制,指出其在工程穩(wěn)定性分析中的意義與價值:通過試驗分析不同圍壓卸載條件下變形模量的變化規(guī)律,得到工程巖體劣化系數(shù)A與水平應(yīng)力降低比例的定量關(guān)系式,二次開發(fā)FLAC3D內(nèi)置應(yīng)變軟化模型,構(gòu)建工程巖體開挖擾動劣化模型,并用于水廠邊坡開挖過程的穩(wěn)定性分析:依據(jù)開挖擾動對巖體質(zhì)量的影響,修正RMR評價方法,建立邊坡巖體模糊綜合評判模型,采用Visual C#語言,開發(fā)了基于Windows平臺的邊坡巖體質(zhì)量智能評價系統(tǒng)。(5)基于等效巖體技術(shù),結(jié)合現(xiàn)場結(jié)構(gòu)面的調(diào)查結(jié)果,在PFC中實現(xiàn)了節(jié)理巖體的表征,并確定了本文工況條件下表征單元體的尺寸,結(jié)合Hoek-Brown準則計算的巖體力學參數(shù),對節(jié)理巖體的細觀參數(shù)進行修正;建立水廠鐵礦邊坡模型,通過模擬開挖,探究邊坡滑坡失穩(wěn)的細觀演化過程,基于張拉-剪切復(fù)合破壞準則,利用顆粒流細觀強度折減法對邊坡的穩(wěn)定性進行分析:提出了水廠邊坡穩(wěn)定性控制的動態(tài)反饋體系,分析不同開挖順序下邊坡巖體的力學響應(yīng)特征,結(jié)合現(xiàn)場和數(shù)值分析結(jié)果,提出災(zāi)害防治建議。
[Abstract]:With the increase of mining depth in the open pit, the slope is high and steep. The excavation disturbance causes the strength of the rock mass to be deteriorated and the stress environment is more complex. It is of important scientific and engineering significance to study the mechanical properties of the rock slope and the stability of the excavation. Study on the stability of steep slope (51034001) ", in view of the external expansion project of the open-pit boundary of the water plant, the high and steep slope of the II area in the North stope is studied. The macro meso mechanical characteristics of the rock slope and the stability of the slope under the condition of excavation are analyzed from the point of view of continuous discontinuity and macro meso. The main conclusions and results are as follows: (1) investigation and research The field geological survey, the engineering geological characteristics, the in-situ stress measurement, the laboratory rock mechanics test and the statistical investigation of the structure surface have been obtained. The distribution characteristics of the ground stress field, the physical and mechanical parameters of the rock mass and the spatial distribution of the joint fissure are obtained. (2) based on the theory of particle flow, the meso parameters in PFC and the macroscopic mechanical properties of rock are discussed. According to the response law, the relationship between macro and mesoscopic parameters is obtained through single factor analysis and orthogonal test extreme analysis, and the influence degree of various mesoscopic parameters is ordered. The prediction model of the macroscopic parameters to the fine parameters is constructed by using the Matlab neural network, and the calibration method of the mesoscopic parameters is put forward, and the mixed granite is the research object and the standard is used. The influence of particle size on the macroscopic mechanical properties of rock in the particle flow model is studied. The range of the internal scale ratio is obtained, which provides the basis for the selection of the particle radius. (3) the indoor single, three axis loading tests, confining pressure unloading tests, and the analysis of rock from the stress strain angle of the mixed granite are carried out. The macroscopic characteristics of rock failure: Based on the PFC numerical test platform, the numerical tests of loading and unloading under different confining pressure were carried out. The microscopic characteristics of the specimen were analyzed from the energy evolution, the micro crack expansion and the failure mode angle, and the difference between the macro and the meso mechanical properties under the loading and unloading conditions was analyzed and compared. The number of micro cracks was the meso damage change. On the basis of the variation of stress distribution in the process of slope excavation, the mechanical mechanism of the deterioration of the parameters of the engineering rock mass under the influence of excavation disturbance is revealed, and it is pointed out that it is in the stability analysis of engineering. (4) based on the variation of stress distribution in the process of slope excavation Significance and value: through the test and analysis of the variation of the deformation modulus under different confining pressure, the quantitative relation between the degradation coefficient A of the engineering rock mass and the reduction of the horizontal stress is obtained. The two development of FLAC3D built-in strain softening model is developed, and the disturbance deterioration model of the engineering rock mass excavation is constructed, and the stability of the slope excavation process in the water plant is used. Analysis: according to the influence of the excavation disturbance on the mass of rock mass, the RMR evaluation method is corrected, the fuzzy comprehensive evaluation model of slope rock mass is established, and the Visual C# language is used to develop the intelligent evaluation system of rock mass quality based on the Windows platform. (5) based on the equivalent rock mass technology and the investigation results of the site structure surface, the joint rock is realized in PFC. The size of the body is determined under the condition of the working condition, and the parameters of rock mass mechanics calculated by the Hoek-Brown criterion are used to modify the mesoscopic parameters of the jointed rock mass. The slope model of the water mill iron mine is set up to explore the meso evolution process of the slope instability by simulating the excavation, and based on the tensile shear composite failure criterion, The stability of slope is analyzed by the method of granular flow meso strength reduction. The dynamic feedback system of slope stability control is put forward, the mechanical response characteristics of rock mass under different excavation sequence are analyzed, and the disaster prevention and control suggestions are put forward in combination with the results of field and numerical analysis.

【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD854.6

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本文編號：1774399