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| 岩石破坏机理及节理裂隙分布尺度效应的非线性动力学分析与应用 |
| 刘传孝 |
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ANALYSIS AND APPLICATION OF ROCK DAMAGE MECHANISM
AND SCALE EFFECT ON JOINTS DISTRIBUTION
WITH NONLINEAR DYNAMICS |
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摘要 通过MTS系统、扫描电镜和光学电子显微镜等岩石力学实验研究，抽象出砂岩全应力–应变实验曲线的3种典型形态，从断裂损伤角度探讨了岩石节理裂隙微观、细观和宏观破坏的机理联系。提出了圆与正方形相耦合的分形维数计算方法和相空间重构时滞判定的功率谱分析法，将该方法应用于岩石节理裂隙分布尺度效应研究和混沌动力学评价TDS准则的建立；同时，补充了非线性动力学研究的基础理论与方法。运用分形理论分析砂岩跨越尺度界限的微、细、宏观节理裂隙分布特征，得到了砂岩节理裂隙分布的无标度区域，为解决岩石断裂机理的尺度效应问题提供了可行途径。在无标度区域建立了定量描述岩体结构的节理裂隙分布(条数)预测模型，并将该预测模型应用于岩石破坏机理的离散单元法研究。通过岩石力学实验建立了混沌动力学评价岩石节理裂隙系统破坏的TDS准则数学模型，在一定程度上克服了Wolf方法判定混沌动力学指标鲁棒性较差的局限。提出岩石全应力–应变曲线的二分法原则，应用混沌动力学评价TDS准则定性研究了砂岩全应力–应变曲线的分段特征，运用Kolmogorov熵理论实现了岩石节理裂隙贯通与否的定量判别，并尝试应用于岩石强度准则的研究。基于断裂力学理论及能量余法建立坚硬顶板及三维顺层滑坡系统的运动方程，运用混沌动力学评价TDS准则分析运动方程的稳定性，得到了资源开采活动对坚硬顶板系统稳定性的扰动规律和三维顺层滑坡体阻尼敏感的系统效应。混沌动力学理论与3DEC反演建模相结合，研究坚硬顶板运动的阶段特征，由此可以控制坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化，并实现对其运动状态的短时预测。将混沌动力学评价TDS准则应用于现场顺层滑坡的稳定性评价，得到阶段Kolmogorov熵值的升高是滑坡体稳定性状态突变时机及临界状态预测的关键，证明了从能量角度分析与预测滑坡系统运动状态这一方法是可行的。
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| 关键词 ：
岩石力学,
破坏机理,
节理裂隙,
尺度效应,
非线性动力学,
分形,
混沌
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收稿日期: 2005-09-12
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| [1] |
刘 亮1，2，卢文波1，2，陈 明1，2，严 鹏1，2，王高辉1，2. 钻爆开挖条件下岩体临界破碎状态的损伤阈值统计研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1133-1140. |
| [2] |
刘伟韬1，申建军2. 含单裂纹真实岩石试件断裂模式的力学试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1182-11. |
| [3] |
苏国韶1，2，石焱炯1，2，冯夏庭3，蒋剑青1，2，江 权3. 岩爆过程的声音信号特征研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1190-1201. |
| [4] |
周扬一1，冯夏庭1，徐鼎平1，李帅军1，陈东方2. 含不同胶结充填物的碳酸盐岩层面剪切力学特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1161-1172. |
| [5] |
李翠华1，2，郑 宏1，3，姜清辉4，周创兵4. 三维接触问题的互补模型及其光滑化算法[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1102-1110. |
| [6] |
葛云峰1，唐辉明1，王亮清1，熊承仁2，张 申1，汪丁建1. 剪切荷载下贯通结构面应变能演化机制研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(6): 1111-1121. |
| [7] |
刘国锋1，冯夏庭1，江 权1，段淑倩1，姚志宾2，裴书锋1，段兴平3，周孟夏3. 白鹤滩大型地下厂房开挖围岩片帮破坏特征、规律及机制研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 865-878. |
| [8] |
贾海梁1，项 伟1，谭 龙1，张伟丽1，曾 雯2，曹 慎1，程超杰1. 砂岩冻融损伤机制的理论分析和试验验证[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 879-895. |
| [9] |
刘国威1，李庆斌1，左 正1，2. 相场断裂模型分步算法在ABAQUS中的实现[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 1019-1030. |
| [10] |
陈 昕1，李建春2，任奋华1，蔡美峰1. JMC对应力波透射系数和节理比刚度影响的实验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 957-963. |
| [11] |
周元辅1，2，邓建辉1，2. 基于纵波波速的块状岩体GSI系统[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 948-956. |
| [12] |
雷光伟1，杨春和1，2，王贵宾2，魏 翔1，陈世万1，冀国栋1，霍 亮1. 北山预选区新场地段岩体节理几何特征及评价[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 896-905. |
| [13] |
刘少虹1，2，冯美华1，2，潘俊锋1，2，王书文1，2. 卸压爆破下强冲击危险巷道围岩振动规律试验分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 906-918. |
| [14] |
张传庆，周 辉，朱 勇，杨凡杰. 基于潜在挤压比的地下工程软岩挤压程度评价方法研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 939-947. |
| [15] |
赵洪宝1，2，王中伟1，张 欢1，李 伟1. 冲击荷载对煤岩内部微结构演化及表面新生裂隙分布规律的影响[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(5): 971-979. |
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