非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵研究

《非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵研究》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：非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵研究
• 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

岩石破壞通常是一種漸進性過程、主要取決於岩石的細觀結構特徵。本項目研究以花崗岩和石灰岩為例，充分考慮岩石組成的非均質和破壞過程的漸進性，將時域變化和空域變化、非均質成分分布變化、岩石起裂點、裂隙寬度變化、裂隙系統演變放在統一框架內研究，使用掃描電鏡試驗、X射線衍射試驗和X射線衍射電子能譜試驗確定礦物顆粒的微觀結構，使用微觀結構特徵與分子動力學模擬方法確定岩石細觀物理力學性質參數，使用試驗視頻中顆粒真實分布與團顆粒構建方法來建立顆粒流模擬中的幾何模型，使用特徵最大相關方法來確定試樣中礦物顆粒的移動過程，使用試驗視頻和顆粒流模擬結果分析礦物顆粒形態和接觸關係、裂隙系統和變形場的演變過程，探討岩石破壞過程的荷載傳遞機理與宏細觀定量關係，系統研究非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵。項目研究成果在分析岩石中不同成分的吸附和遷移、定量分析岩石破壞過程等方面都具有重要的理論參考價值與工程套用前景。

結題摘要

非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵研究，是分析不同岩石變形破壞機理的重要基礎。本項目以非均質岩石（主要是花崗岩）為例，使用微觀試驗探討了岩石中不同組分的分布特徵，使用公開資料庫獲得礦物的初始晶體結構、初始晶胞參數、單晶胞模型和超晶胞模型，由幾何最佳化方法得到了礦物晶胞的穩定構象，使用分子力學模擬得到了穩定構象的微觀物理力學性質參數，分析了溫度和壓強對微觀物理力學性質參數的影響；將不同成分變化與變形破壞過程放在同一框架內研究，使用試驗視頻和灰度分界閾值分割法確定了不同成分的分布、分析了試樣表面的紋理特徵，使用常規形狀參數與傅立葉變換指數描述了不同成分的形狀特徵及其隨時間的變化過程，探討了不同成分區域形狀變化與裂隙擴展過程的關係，採用盒維數法計算簡單分形維數、採用廣義分形和多重分形譜分別表征廣義和多重分形維數、研究了不同細觀組分分形維數的變化情況；使用多目標跟蹤技術檢測出任意時刻單個裂隙的位置，根據裂隙限位框出現時刻確定裂隙的起裂時刻，通過編制多目標跟蹤函式對試樣中的裂隙對象進行跟蹤，分析了不同裂隙的變化過程、進而探討了裂隙擴展過程與不同位置組分數字特徵的關係；使用粒子圖像測速技術得到不同時刻、不同細觀組分的位移、應變和速度，研究了細觀組分的運動方向、破壞順序及其與岩石變形破壞過程的關係；將礦物識別傳統方法與圖像灰度閾值分割技術相結合、使用二維顆粒流代碼生成了細觀顆粒的初始分布，用可變形顆粒、不可變形顆粒、平行連線來表征岩石中的不同組分，建立了基於組分實際分布的顆粒流模型，進行了基於正交設計的數值模擬試驗與宏細觀參數之間的敏感性分析、提出了宏細觀參數關係的確定方法；系統研究了非均質岩石漸進性破壞過程的細觀特徵。項目研究成果對定量分析岩石破壞過程具有重要的參考價值。