岩石脆性破壞臨界信息識別方法研究

《岩石脆性破壞臨界信息識別方法研究》是依託中國礦業大學，由孫強擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩石脆性破壞臨界信息識別方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孫強
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

岩石脆性破壞失穩會帶來地震、崩塌、岩爆、滑坡、煤礦突水以及地表塌陷地質災害與工程問題等，造成慘重的損失。當前研究中，限於地質體固有屬性和力學性質的複雜性，使得岩石脆性破壞導致的災害的預測是非常困難。本項目先採用試驗對不同含水量的花崗岩和灰岩進行不同載入速率和圍壓的單軸/三軸載入試驗，並進行應變、應力、聲發射、視電阻率、波速等物理量的同步測試；針對同組試樣控制不同載入應力水平，進行壓汞試驗和掃描電鏡分析岩石微裂隙發育規律，探索含水量、載入速率和圍壓效應對岩石脆性破壞過程和膨脹點位置的影響及聲發射、視電阻率等物理信息的變化規律；同時利用二維與三維重整化群理論研究岩石脆性破壞過程中臨界破壞機率及膨脹點與脆性破壞前兆信息的關聯性，並開發相應的數值計算程式，尋找岩石脆性破壞臨界識別因子，提出岩石脆性破壞的前兆信息識別方法。

結題摘要

岩體脆性破壞是導致眾多工程事故和地質災害發生的重要原因。當前研究，關於岩石累進性動態破壞過程是仍有待突破的重要問題。本報告基於應變、應力、聲發射、視電阻率、波速等多物理場測試，提出了反映不同應力水平下的岩石累進性破壞機制，闡明了脆性破壞過程中荷載、變形與多物理場參數等的關聯信息，岩石脆性變形破壞過程中多物理場的時空特徵變化，提出岩石脆性破壞臨界信息的識別方法。 岩石脆性破壞過程可視為逾滲相變過程，假定岩體細觀微元體強度服從Weibull分布，基於系統在逾滲閾值處有尺度不變的性質，建立了岩石破壞二維和三維重正化群模型，並計算了系統相應的逾滲閾值，研究了岩體脆性破壞在逾滲閾值附近的臨界特性：當破裂機率遠離臨界機率 時，各破裂集團短程關聯，此時系統破裂是局部的；在臨界點附近，岩石系統中各破裂單元之間的關聯長度驟然增加，致使各破裂單元之間出現協同作用，巨觀表現為原有隨機、無序分布的破裂逐漸向未來破裂面集中。 岩石脆性破壞導致的各種現象可以分為兩類：①與物理力學參數和結構特徵改變有關，表現為岩石本身變得破碎，承載力降低，變形速率增大，模量變小，滲透率增大，波速參數與電阻率值突變；②與能量釋放及物理場參數變化有關，體現在聲發射信號激增，電磁輻射強度增加，紅外輻射加大。試驗和理論分析表明：岩石破裂前臨界特徵點所對應的應力和岩石峰值應力比值約在70%~80%之間。本文通過分析得出，岩石脆性破壞的各種信息與岩石微破裂發展存在特定的關聯性，利用綜合信息源可以很好的進行脆性破壞臨界點的識別。