含裂隙岩石運動學行為的細觀研究

《含裂隙岩石運動學行為的細觀研究》是依託上海大學，由徐金明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：含裂隙岩石運動學行為的細觀研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐金明
• 依託單位：上海大學

中文摘要

岩體地區地質災害的發生和發展，取決於岩石中不同細觀組分的運動學行為、尤其是顆粒和裂隙的類型、形態、分布和相互作用。常規分析方法具有效率低、時間長、成本高、誤差大、重複性差、易受環境影響等缺點。申請者擬以含裂隙細粒長石石英砂岩和泥晶石灰岩為例，根據室內試驗獲得力學性質指標、靜態圖像和動態圖像，使用分數階微分和數學形態學方法確定細觀組分的形態和分布，使用貝葉斯判別方法確定顆粒的礦物成分類型，使用特徵最大相關匹配方法研究岩石中的位移場和速度場，把數字圖像處理結果作為顆粒流數值模擬的主要輸入參數，將現代數字圖像處理技術和顆粒流方法結合起來確定各種組分在不同荷載作用下的細觀特徵參數，根據基本地質特徵和數字圖像資料來預測岩石力學性質。本項目成果為探討含裂隙岩石的運動學行為提供了一條全新研究思路，對具體工程設計具有重要的實用價值，為研究岩體本構關係和岩體地區地質災害細觀特徵奠定了堅實基礎。

結題摘要

岩體地區地質災害的發生和發展，取決於岩石中不同細觀組分的運動學行為、尤其是岩石中不同細觀組分的類型、形態、分布和相互作用特點。常規分析方法具有效率低、時間長、成本高、誤差大、重複性差、易受環境影響等缺點。本項目以石灰岩和花崗岩為例，根據常規室內試驗獲得的岩石力學性質指標、靜態圖像和視頻圖像，使用分數階微分計算技術、邊緣檢測方法、數學形態學分析確定岩石中不同細觀組分的形態和分布，使用貝葉斯判別方法、主成分分析和支持向量機方法研究了顆粒礦物成分類型的識別方法和判別函式的建立方法，得到了載入過程中不同時刻不同細觀組分的機率熵、信息熵、焓變、定向性、區域特徵參數、形狀特徵參數、紋理特徵參數等細觀數字特徵參數，分析了這些參數與岩石變形破壞過程的關係，研究了不同細觀組分的受力次序、移動特徵與細觀數字特徵參數，提出了裂隙起動的細觀數字參數標準，使用粒子測速技術、最大相關匹配技術和局部最小二乘法得到了不同載入時刻岩石試樣中的位移場、應變場、速度場、加速度場，研究了這些場變數與裂隙萌生擴展過程的關係，探討了岩石中既有裂紋端點的變化過程、新生裂隙的萌生擴展過程、數字圖像參數的變化過程及其與岩石變形破壞過程的關係，使用基於非連續介質的顆粒流方法提出了岩石細觀結構模型的建立方法，獲得了顆粒密度、顆粒接觸力、顆粒接觸模量、顆粒配位數、連線類型、連線強度、連線剛度比、孔隙率、裂隙數目、摩擦係數、應力、位移、應變率、顆粒力鏈分布等細觀物理力學參數，研究了這些細觀物理力學參數在外荷作用下的變化過程，使用擴展有限元法分析了不同外荷條件下岩樣中位移和應力的變化特徵及其與細觀組分類型、岩石細觀裂隙變化過程的關係，編制了根據常規試驗資料和試驗視頻資料計算任意時刻岩石圖像特徵參數和試件變形場的應用程式，開發了確定岩石細觀結構模型與計算岩石細觀物理力學參數的應用程式，提出了由岩石基本地質特徵和試驗視頻圖像資料預測岩石力學性質的全新方法。項目成果對具體工程設計具有重要的實用價值，為研究岩石本構關係和岩體地區地質災害細觀特徵奠定了較為堅實的理論基礎。