本文關(guān)鍵詞：基于矩張量理論的脆性巖石破裂機理研究　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著"一帶一路"國家戰(zhàn)略的提出,作為優(yōu)先領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必將加速推進。巖土工程是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實踐中發(fā)展起來的一種新的技術(shù)體制,而脆性巖石(體)破裂是誘致重大巖土災(zāi)害的主要因素。因而,開展脆性巖石破裂機理研究對隧道、邊坡、軌道交通和深部硐室等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的穩(wěn)定性監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)測預(yù)報都存在十分重要的意義。首先,本文利用加拿大薩德伯里地區(qū)Nickel Rim South銅鎳礦床中的巖石進行實驗室試驗,并得到巖石在尚未破壞階段的軸向應(yīng)力和波速等實驗室測試數(shù)據(jù),結(jié)合一系列巖石物理力學(xué)參數(shù)模型,分析巖石力學(xué)參數(shù)、地震物理參數(shù)和巖石孔隙度之間的相關(guān)性;然后,以矩張量理論方法為基礎(chǔ),結(jié)合顆粒流理論(PFC)研究了完整巖石在單軸壓縮和三軸壓縮試驗條件下的破裂機理,以及節(jié)理巖石在不同的節(jié)理數(shù)量、位置和方位等條件下的破裂機理;進而,利用河北礬山磷礦實測的微震數(shù)據(jù)分析地下礦山的巖體破裂機理。本文取得以下研究成果:(1)利用位于加拿大薩德伯里地區(qū)Nickel Rim South銅鎳礦床中NR170143鉆孔巖芯的16號、34號、85號、95號和108號巖石試樣實驗室測試數(shù)據(jù),創(chuàng)建了一系列參數(shù)模型來分析巖石力學(xué)參數(shù)、地震物理參數(shù)和巖石孔隙度之間的關(guān)系。同時,擬合出軸向應(yīng)力與巖石孔隙度之間關(guān)系的經(jīng)驗公式,該經(jīng)驗公式可作為"加載壓力是否已達到巖石最大抗壓強度"的判斷標準。這為后續(xù)章節(jié)的巖石破裂機理研變提供鋪墊。(2)利用矩張量反演方法、T-k參數(shù)表示法和破裂方位圖法,針對顆粒流程序(Particle Flow Code)模擬的完整巖石試樣,分析了完整巖石在單軸壓縮和三軸壓縮試驗條件下的破裂機理及其演變規(guī)律,計算了巖石破裂過程中所產(chǎn)生的聲發(fā)射事件空間位置、矩震級、矩張量、破裂類型、破裂方位、T-k參數(shù)值、P-T參數(shù)值等細觀參數(shù)。這些參數(shù)的研究有利于掌握同一類型巖石破裂機理的演變規(guī)律,為預(yù)測完整巖石破壞趨勢提供重要參考。(3)為揭示節(jié)理方位、節(jié)理數(shù)量及節(jié)理位置對節(jié)理巖石破裂機理的影響,利用PFC軟件模擬計算節(jié)理巖石裂紋孕育、發(fā)展和貫通過程中產(chǎn)生的大量聲發(fā)射數(shù)據(jù)�；诰貜埩坷碚摗-k參數(shù)表示法和破裂方位圖法,研究了單節(jié)理巖石和多節(jié)理巖石在各破裂階段中聲發(fā)射事件的空間位置、破裂方位、破裂類型、應(yīng)力狀態(tài)、矩震級等破裂機理及其演變規(guī)律,為預(yù)測節(jié)理巖石破壞趨勢提供重要參考。(4)基于矩張量分析方法,利用地下礦山巖體中的微震事件計算出其震源機制解,得到純剪切破裂成分所占比重及其破裂方位角,并判別各微震事件的巖石破裂類型等詳細信息,然后利用微震監(jiān)測三維效果圖,擬合出一組破裂方位角隨空間位置變化的巖石破裂面;進而,定量地分析地下礦山巖體破裂過程以及監(jiān)測區(qū)域巷道與微震事件的空間位置關(guān)系,標定出巖體破裂危險區(qū)域范圍,為地下礦山巖體的穩(wěn)定性分析和破裂災(zāi)害預(yù)測預(yù)報提供了一種有效的研究方法。本文取得了以下創(chuàng)新性成果:(1)建立了一套基于參數(shù)模型分析巖石力學(xué)參數(shù)、地震物理參數(shù)和巖石孔隙度之間相關(guān)性的研究方法;并得到用于反映軸向應(yīng)力與巖石孔隙度之間關(guān)系的經(jīng)驗公式:φ=a*e-b*P-c。(2)創(chuàng)建了一種基于矩張量理論的完整巖石和節(jié)理巖石破裂機理及其演化規(guī)律的研究方法。(3)提出了一種用于判別破裂類型、破裂方位等巖體破裂機理及其演化規(guī)律的地下礦山穩(wěn)定性分析方法。本文所用研究方法和相關(guān)結(jié)論可以作為一種新研究手段為隧道、邊坡、軌道交通和深部硐室等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的穩(wěn)定性監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)測預(yù)報提供重要參考。
[Abstract]:In this paper , a series of parameter models are used to analyze the relationship between rock mechanics parameters , seismic physical parameters and rock porosity . ( 3 ) In order to reveal the influence of joint orientation , rational number and joint position on the fracture mechanism of jointed rock , this paper studies the mechanism of rock fracture and its evolution law by using the method of moment tensor analysis , T - k parameter representation and fracture method .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：1381550