高應(yīng)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(yīng)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(yīng)力狀態(tài)變化、卸載速率效應(yīng)和圍巖時空弱化特征的模型結(jié)構(gòu)自組織與參數(shù)自適應(yīng)耦合識別方法，建立新型巖石強度準則和力學(xué)模型；提出與深部開挖圍巖損傷演化相適應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)多元信息智能反演方法，研究深部開挖卸荷圍巖力學(xué)參數(shù)的時空演化規(guī)律；從而建立能夠反映開挖卸荷效應(yīng)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(shè)提供必要的基礎(chǔ)理論和分析工具。 2100433B

《高地應(yīng)力硬巖誘導(dǎo)卸荷與多截齒協(xié)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(shù)的研究進展；第2章主要對高地應(yīng)力巖石破碎特性分析；第3章詳細分析巖石的誘導(dǎo)卸荷規(guī)律；第4章開展截齒的協(xié)同破巖規(guī)律研究：第5章和第6章分別依據(jù)第3章和第4章的研究內(nèi)容，獲得評價截割的表征方法，并利用截割能量消耗表征結(jié)果設(shè)計混雜控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)高效截割；在第6章的基礎(chǔ)上，得出第7章的研究結(jié)果。

1 緒論

1．1 研究背景及意義

1．2 研究現(xiàn)狀及不足

1．3 研究內(nèi)容及方法

1．4 主要創(chuàng)新點

2 高地應(yīng)力巖石破碎特性分析

2．1 巖石破碎理論基礎(chǔ)研究

2．1．1 巖石力學(xué)概述

2．1．2 鉆頭破巖形式及鉆頭的選擇

2．2 高地應(yīng)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(zhuǎn)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(jié)

3 巖石的誘導(dǎo)卸荷規(guī)律研究

3．1 巖石數(shù)值模擬的模型研究

3．2 不同鉆孔參數(shù)對巖石卸荷效應(yīng)的影響

3．2．1 單孔模擬結(jié)果分析

3．2．2 多孔模擬結(jié)果及分析

3．3 不同地質(zhì)條件對巖石卸荷效應(yīng)的影響

3．3．1 不同地應(yīng)力對單孔鉆孔參數(shù)的影響

3．3．2 不同地應(yīng)力對多孔鉆孔參數(shù)的影響

3．4 誘導(dǎo)卸荷模型的研究

3．4．1 卸荷場分析

3．4．2 卸荷巖體力學(xué)參數(shù)反演分析

3．4．3 巖體卸荷等效模型

3．5 本章小結(jié)

4 截齒的協(xié)同破巖規(guī)律研究

4．1 不同截割參數(shù)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(jié)

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(wǎng)格劃分

5．1．3 鉆頭破巖仿真模型的參數(shù)設(shè)置

5．1．4 仿真結(jié)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(jié)

6 誘導(dǎo)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(yīng)用

6．2 鉆孔截割協(xié)同破巖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

6．2．1 鉆孔系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

6．2．2 截割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

6．2．3 鉆孔截割協(xié)同破巖系統(tǒng)及其混雜特性分析

6．3 鉆孔與截齒協(xié)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(xiàn)

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(jié)

7 結(jié)論

參考文獻2100433B

在能量、時間與頻率、以及質(zhì)量范疇內(nèi)，把高地應(yīng)力下硬巖爆破破裂行為的基礎(chǔ)問題，抽象為爆炸加載與高地應(yīng)力共同作用，致使硬巖產(chǎn)生破裂響應(yīng)的動靜組合能量守恒系統(tǒng)。主要研究：高地應(yīng)力作用對硬巖中爆炸應(yīng)力波傳播產(chǎn)生影響的規(guī)律；不同應(yīng)力狀態(tài)下硬巖選擇性吸收應(yīng)力波能量的頻譜分量，與地應(yīng)力作用對爆生裂隙的發(fā)育與擴展等破裂行為產(chǎn)生傾向性影響之間，存在的內(nèi)在聯(lián)系；高地應(yīng)力卸荷對破裂行為產(chǎn)生影響的機理；進行不同地應(yīng)力作用下，2-D與3-D物理模型對比破裂實驗，從方法學(xué)的角度揭示應(yīng)力波與地應(yīng)力作用，對硬巖破裂(碎)結(jié)果產(chǎn)生影響的機制；最后，根據(jù)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(yīng)關(guān)系，基于斷裂力學(xué)理論和能量守恒原理，探索高地應(yīng)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(shè)質(zhì)量，控制工程建設(shè)與運營風(fēng)險，滿足國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展對礦產(chǎn)資源、水電及交通地下工程的需求，具有理論和現(xiàn)實意義。