本文關(guān)鍵詞：基于矩張量理論的脆性巖石破裂機(jī)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(jìn)。巖土工程是在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)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(jī)理研究對(duì)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(cè)和災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),并得到巖石在尚未破壞階段的軸向應(yīng)力和波速等實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(yàn)條件下的破裂機(jī)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(jī)理;進(jìn)而,利用河北礬山磷礦實(shí)測(cè)的微震數(shù)據(jù)分析地下礦山的巖體破裂機(jī)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(hào)、34號(hào)、85號(hào)、95號(hào)和108號(hào)巖石試樣實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(shí),擬合出軸向應(yīng)力與巖石孔隙度之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式,該經(jīng)驗(yàn)公式可作為"加載壓力是否已達(dá)到巖石最大抗壓強(qiáng)度"的判斷標(biāo)準(zhǔn)。這為后續(xù)章節(jié)的巖石破裂機(jī)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(duì)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(yàn)條件下的破裂機(jī)理及其演變規(guī)律,計(jì)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(jí)、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(xì)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(jī)理的演變規(guī)律,為預(yù)測(cè)完整巖石破壞趨勢(shì)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(duì)節(jié)理巖石破裂機(jī)理的影響,利用PFC軟件模擬計(jì)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�、T-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(jí)等破裂機(jī)理及其演變規(guī)律,為預(yù)測(cè)節(jié)理巖石破壞趨勢(shì)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(jì)算出其震源機(jī)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(xì)信息,然后利用微震監(jiān)測(cè)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(jìn)而,定量地分析地下礦山巖體破裂過程以及監(jiān)測(cè)區(qū)域巷道與微震事件的空間位置關(guān)系,標(biāo)定出巖體破裂危險(xiǎn)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(cè)預(yù)報(bào)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(yàn)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(jī)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(jī)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(cè)和災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1381550