深部损伤岩体弹性模量的确定方法

摘要

近年来，国内许多矿山已经由浅部开采转入深部地下开采，随着开采深度的增加，高地应力问题对工程的影响越发明显，特别是矿山采场在进行爆破落矿时的力学行为对岩体的扰动作用更加突出。深部高地应力环境下矿山开挖过程中围岩表现出特殊的非线性力学行为使得传统的岩体（石）力学理论与分析方法面临着新的挑战。深部地下洞室在开挖过程中，洞室表层围岩会出现大量微破裂，在二次应力场调整过程中，这些微破裂逐步扩展贯通导致围岩的完整性逐步降低。由于表层围岩出现片帮、板裂以及塌落等现象，现场难以通过钻孔取样对表层损伤区岩块的弹性模量进行测试，从而无法确定损伤岩体的弹性模量。
　　本研究主要内容包括：⑴基于损伤力学原理和岩石力学理论，采用岩石的损伤变量来研究损伤岩体的弹性模量，结合现场钻孔声波测试技术及泊松比、岩体密度与岩体波速等经验公式，确定损伤变量。⑵以抚顺红透山铜矿-707中段27采场为工程研究背景，在结合现有金属矿深部地下开采工程研究的基础上，采用声波测试、钻空摄像等多种手段对现场进行监测，结合数值模拟计算的方法及经验公式，对损伤岩体的弹性模量进行初步判断，确定其大致范围。⑶采用遗传算法和神经网络以及利用均匀设计理论和遗传神经网络相结合的反分析方法，结合损伤本构模型RDM对岩体的弹性模量进行精确反演，进而获得损伤岩体弹性模量的分布规律，划定采场围岩损伤区，得到围岩损伤等级划分量化指标，并得出围岩损伤随时间分布演化规律。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 弹性模量确定方法的研究现状

1．2．2 深井高应力开挖体围岩损伤研究现状

1．2．3 围岩损伤检测手段的研究现状

1．2．4 进行深部开采时现有理论存在的问题

1．3 研究的主要内容和思想路线

1．3．1 研究的主要内容和方法

1．3．2 技术路线

第2章 损伤岩体弹性模量的初步判定

2．1 岩石的损伤变量

2．1．1 超声波速定义损伤变量

2．1．2 质量密度变化定义损伤变量

2．1．3 波阻抗定义损伤变量

2．1．4 弹性模量变化定义损伤变量

2．2 损伤变量D的确定

2．3 损伤岩体残余弹性模量

第3章 损伤岩体弹性模量精细化反演

3．1 岩体劣化本构模型

3．1．1 岩体参数劣化机理

3．1．2 模型参数说明

3．1．3 数值计算实现

3．1．4 RDM模型特性

3．2 岩土力学反分析智能反演的研究现状

3．3 基于遗传算法和数值计算的位移反分析方法

3．3．1 反演模型及操作步骤

3．3．2 基于遗传算法的位移反分析方法的不足之处

3．4 免疫进化规划反分析法

3．5 基于模拟退火算法的反分析

3．6 基于粒子群算法的反分析研究

3．6．1 基于粒子群算法概述

3．6．2 基于粒子群算法研究现状

3．7 基于蚁群算法的反分析研究

3．8 位移反分析的进化支持向量机法

3．8．1 进化支持向量机法的基本思想

3．8．2 支持向量机对岩体力学参数及岩体位移的实现方法

3．9 基于人工神经网络的位移反分析法

3．10 基于遗传算法和神经网络的位移反分析方法

3．11 多参数的均匀设计回归方法

3．12 小结

第4章 工程分析

4．1 红透山27采场岩体损伤现状

4．2 损伤岩体残余弹性模量初步确定

4．2．1 现场位移监测结果

4．2．2 现场声波测试

4．2．3 现场钻孔摄像

4．2．4 现场声发射测试结果

4．3 基于位移反分析法的参数反演

第5章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目及获得成果