巖石力學(xué)研究最新進(jìn)展報(bào)告-wenkub
2023-07-08 18:33:07 本頁(yè)面
【正文】 力學(xué)行為以及能量耗散也表現(xiàn)出分形特征。2 分形巖石力學(xué)從古至今，巖石已成為人們熟知的工程材料，它是由礦物晶粒、膠結(jié)物質(zhì)和大量各種不同階次、不規(guī)則分布的裂隙、薄弱夾層等缺陷構(gòu)成，是一種成分和結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的孔隙體?；诖?，近年來(lái)，多種數(shù)值方法、細(xì)觀力學(xué)、斷裂與損傷力學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、分形理論、塊體理論等在巖石力學(xué)中的應(yīng)用以及各種人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化算法、非確定性數(shù)學(xué)等域巖石力學(xué)的交叉學(xué)科的興起，為我們提供了全新和有效的思維方式和研究方法，更能激發(fā)研究者的創(chuàng)新精神，這也為突破巖石力學(xué)的確定性研究方法提供了強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)[1]。另一方面，對(duì)巖體的破壞機(jī)體還不能準(zhǔn)確的解釋。巖石力學(xué)可以作為固體力學(xué)的一個(gè)新分支，用以研究巖石材料的力學(xué)性能和巖石工程的特殊設(shè)計(jì)方法。巖石力學(xué)研究新進(jìn)展報(bào)告 姓名： XXX學(xué)號(hào)：XXXXXXXX 專業(yè)： 巖土工程 巖石力學(xué)研究新進(jìn)展報(bào)告1 引言時(shí)光如白駒過(guò)隙，一學(xué)期的《XXXXX》課程在不知不覺(jué)間結(jié)課了。巖石力學(xué)經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，在土木工程、水利工程、采礦工程、石油工程、國(guó)防工程等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，巖石力學(xué)涉及的領(lǐng)域會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。巖石力學(xué)所涉及的力學(xué)問(wèn)題是多場(chǎng)（應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、甚至還存在電磁場(chǎng)等)、多相（固、液、氣）影響下的地質(zhì)構(gòu)造和工程構(gòu)造相互作用的耦合問(wèn)題。本報(bào)告主要對(duì)分形巖石力學(xué)、塊體巖石力學(xué)、斷裂與損傷巖石力學(xué)和巖石細(xì)觀力學(xué)四部分的研究新進(jìn)展做簡(jiǎn)要報(bào)告。巖石力學(xué)經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，人們嘗試用各種數(shù)學(xué)力學(xué)方法研究和描述巖石復(fù)雜的自然結(jié)構(gòu)性狀和物理力學(xué)性質(zhì)，提出了多種巖石力學(xué)分析和計(jì)算方法，為解決實(shí)際工程中的巖石力學(xué)問(wèn)題創(chuàng)造了條件。這些研究與發(fā)現(xiàn)為運(yùn)用分形與巖石力學(xué)相結(jié)合的方法定量描述巖石復(fù)雜的自然性狀和物理力學(xué)性質(zhì)提供了廣闊前景，還為工程實(shí)踐提供了強(qiáng)有力的工具。未來(lái)巖石力學(xué)分形研究的主要方向之一是要下大力氣研究分形－巖石力學(xué)及其應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)力學(xué)理論，即：需要研究和建立分形空間中適用于定量描述和分析分形巖石體的幾何構(gòu)形、應(yīng)力、變形、物理平衡條件、本構(gòu)關(guān)系、強(qiáng)度準(zhǔn)則、初邊值問(wèn)題、數(shù)值計(jì)算等一整套的基礎(chǔ)理論與方法。2012年，黃達(dá)、譚清、黃潤(rùn)秋在《石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表了《高圍壓卸荷條件下大理巖破碎塊度分形特征及其與能量相關(guān)性研究》一文[2]。相對(duì)常規(guī)三軸壓縮巖樣，高圍壓下卸荷巖樣雖然峰值點(diǎn)附近耗散和儲(chǔ)存應(yīng)變相對(duì)少得多，但其峰值前、后應(yīng)變能轉(zhuǎn)化速率相對(duì)大得多，特別是峰后的彈性應(yīng)變能釋放速率和環(huán)向膨脹消耗應(yīng)變能速率。得出如下結(jié)論：大理巖的沖擊破碎塊度分布具有分形特征，采用破碎分形維數(shù)對(duì)巖石破碎過(guò)程進(jìn)行定量描述，可以合理地反映大理巖沖擊破碎的程度；大理巖的平均破碎塊度與沖擊加載速率有著較強(qiáng)的相關(guān)性，隨著加載速率的提高迅速減??；由于巖石的破壞是由于內(nèi)部裂紋的發(fā)育、擴(kuò)展、貫通所致，吸收的能量越多，裂紋擴(kuò)展的越充分，碎塊產(chǎn)生的越多，破碎程度就越高，導(dǎo)致分形維數(shù)的值也就越大，因此，大理石破碎的分形維數(shù)隨著比能量吸收值的增加近似線性增加，這就從能量吸收的角度可以較好地解釋破碎分維的變化規(guī)律。在本文中，計(jì)算機(jī)模擬的三維沉積巖的結(jié)構(gòu)以無(wú)限制雙分散彈道沉積模型（RBBDM） 形式產(chǎn)生，用以研究其孔隙的微觀結(jié)構(gòu)的特征。以這種方式產(chǎn)生真正的三維巖石樣品，做為模擬結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行類比研究。在這兩種情況下的擴(kuò)散被認(rèn)為是不恰當(dāng)?shù)姆从沉顺练e巖具有分形幾何特征。關(guān)鍵塊體是最危險(xiǎn)的塊體，確定了關(guān)鍵塊體后可進(jìn)行相應(yīng)的錨固計(jì)算。對(duì)經(jīng)典塊體理論的基本原理及其建立以來(lái)一些學(xué)者對(duì)它的研究和典型發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和概括,從有限性、可動(dòng)性、主動(dòng)穩(wěn)定性和被動(dòng)穩(wěn)定性四個(gè)角度對(duì)塊體進(jìn)行整體分析,巖體結(jié)構(gòu)面是控制塊體穩(wěn)定性的關(guān)鍵,結(jié)構(gòu)面的模擬和塊體系統(tǒng)模型的構(gòu)建是塊體穩(wěn)定性分析的核心,塊體穩(wěn)定既受內(nèi)在因素如結(jié)構(gòu)面特征的控制,又受外界條件如各種荷載的影響,并且隨時(shí)間而動(dòng)態(tài)變化。郝杰、侍克斌、陳功民等在2014年發(fā)表了《有限長(zhǎng)跡線塊體理論及其在圍巖塊體滑落概率分析中的應(yīng)用》[5]。以等長(zhǎng)三棱錐為例，他們的研究結(jié)果如下：當(dāng)跡棱比大于 100 時(shí)，絕對(duì)關(guān)鍵塊體概率接近 ，可認(rèn)為此時(shí)結(jié)構(gòu)面跡線貫通巖體； 時(shí)，相對(duì)關(guān)鍵塊體概率達(dá)到 ；當(dāng)跡棱比大于 時(shí)，非關(guān)鍵塊體概率接近 0。在塊體理論求解安全系數(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合跡線有限長(zhǎng)提出基于絕對(duì)關(guān)鍵塊體滑落概率的修正安全系數(shù)，并應(yīng)用于布倫口—公格爾水電站地下洞室某標(biāo)段的圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)中，該方法有益于圍巖穩(wěn)定性客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。最后，采用條件概率的分析方法，計(jì)算了單面滑動(dòng)塊體的總失效概率。在本論文中，為了確定巖石的壓力，作者們嘗試了一種基于塊體理論且包含巖石地質(zhì)信息和力學(xué)特性的算法。設(shè)計(jì)圍巖壓力可以很好地確定地下洞室的加固。把Goel（1994）的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式（1994）做為比較研究。4 斷裂與損傷巖石力學(xué)巖石斷裂力學(xué)是巖石力學(xué)的新的分支學(xué)科，是研究巖石斷裂韌性和斷裂力學(xué)在巖體中應(yīng)用的
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