基于矩张量理论的脆性岩石破裂机理研究
本文关键词：基于矩张量理论的脆性岩石破裂机理研究 出处：《北京科技大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：随着"一带一路"国家战略的提出,作为优先领域的基础设施建设必将加速推进。岩土工程是在基础设施建设实践中发展起来的一种新的技术体制,而脆性岩石(体)破裂是诱致重大岩土灾害的主要因素。因而,开展脆性岩石破裂机理研究对隧道、边坡、轨道交通和深部硐室等基础设施建设工程的稳定性监测和灾害预测预报都存在十分重要的意义。首先,本文利用加拿大萨德伯里地区Nickel Rim South铜镍矿床中的岩石进行实验室试验,并得到岩石在尚未破坏阶段的轴向应力和波速等实验室测试数据,结合一系列岩石物理力学参数模型,分析岩石力学参数、地震物理参数和岩石孔隙度之间的相关性;然后,以矩张量理论方法为基础,结合颗粒流理论(PFC)研究了完整岩石在单轴压缩和三轴压缩试验条件下的破裂机理,以及节理岩石在不同的节理数量、位置和方位等条件下的破裂机理;进而,利用河北矾山磷矿实测的微震数据分析地下矿山的岩体破裂机理。本文取得以下研究成果:(1)利用位于加拿大萨德伯里地区Nickel Rim South铜镍矿床中NR170143钻孔岩芯的16号、34号、85号、95号和108号岩石试样实验室测试数据,创建了一系列参数模型来分析岩石力学参数、地震物理参数和岩石孔隙度之间的关系。同时,拟合出轴向应力与岩石孔隙度之间关系的经验公式,该经验公式可作为"加载压力是否已达到岩石最大抗压强度"的判断标准。这为后续章节的岩石破裂机理研变提供铺垫。(2)利用矩张量反演方法、T-k参数表示法和破裂方位图法,针对颗粒流程序(Particle Flow Code)模拟的完整岩石试样,分析了完整岩石在单轴压缩和三轴压缩试验条件下的破裂机理及其演变规律,计算了岩石破裂过程中所产生的声发射事件空间位置、矩震级、矩张量、破裂类型、破裂方位、T-k参数值、P-T参数值等细观参数。这些参数的研究有利于掌握同一类型岩石破裂机理的演变规律,为预测完整岩石破坏趋势提供重要参考。(3)为揭示节理方位、节理数量及节理位置对节理岩石破裂机理的影响,利用PFC软件模拟计算节理岩石裂纹孕育、发展和贯通过程中产生的大量声发射数据。基于矩张量理论、T-k参数表示法和破裂方位图法,研究了单节理岩石和多节理岩石在各破裂阶段中声发射事件的空间位置、破裂方位、破裂类型、应力状态、矩震级等破裂机理及其演变规律,为预测节理岩石破坏趋势提供重要参考。(4)基于矩张量分析方法,利用地下矿山岩体中的微震事件计算出其震源机制解,得到纯剪切破裂成分所占比重及其破裂方位角,并判别各微震事件的岩石破裂类型等详细信息,然后利用微震监测三维效果图,拟合出一组破裂方位角随空间位置变化的岩石破裂面;进而,定量地分析地下矿山岩体破裂过程以及监测区域巷道与微震事件的空间位置关系,标定出岩体破裂危险区域范围,为地下矿山岩体的稳定性分析和破裂灾害预测预报提供了一种有效的研究方法。本文取得了以下创新性成果:(1)建立了一套基于参数模型分析岩石力学参数、地震物理参数和岩石孔隙度之间相关性的研究方法;并得到用于反映轴向应力与岩石孔隙度之间关系的经验公式:φ=a*e-b*P-c。(2)创建了一种基于矩张量理论的完整岩石和节理岩石破裂机理及其演化规律的研究方法。(3)提出了一种用于判别破裂类型、破裂方位等岩体破裂机理及其演化规律的地下矿山稳定性分析方法。本文所用研究方法和相关结论可以作为一种新研究手段为隧道、边坡、轨道交通和深部硐室等基础设施建设工程的稳定性监测和灾害预测预报提供重要参考。
[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 .
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU45
【参考文献】
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，本文编号：1381550
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