岩土力学参数空间变异性的集合卡尔曼滤波估值

岩土参数具有结构性和随机性的空间变异特征,该特征导致岩土参数具有不确定性。以地质统计学作为岩土参数空间变异性分析的理论基础,将分布于研究区的岩土参数视为区域化变量,变异函数既描述了岩土参数整体的空间结构性变化,又描述了其局部的随机性变化,用变异函数理论模型作为描述岩土参数空间变异规律的数学模型。引入集合卡尔曼滤波（EnKF）分析方法,利用时空分布的观测数据,对岩土参数空间变异性进行估值。数值算例表明,EnKF能够有效地融合观测数据,较好地提供岩土参数空间变异性的估值。     

基态修正模型的时空数据组织和快照查询方法研究

基态修正模型是目前应用较广的一种时空数据模型。本文分析了基态修正模型中的时空数据特点,采用shapefile文件作为基态数据文件,自主设计差文件格式来存储和组织变化数据。在此基础上设计了快照查询的算法、流程和查询结果的显示方法。为了给用户提供更直观、更充分的时空信息,本文提出了一种双屏幕多视图的时空数据显示模式。采用VC．NET从底层开发了一个时态地理信息系统平台,并以中南大学主校区的时空数据为实验数据对上述算法和模式进行了检验。实验表明,本文所设计的算法可行,快照显示模式能够提供更直观、更丰富、对比性强的信息内容,是时空信息显示的一种可行模式。     

隧道新型恒阻让压装置的工作机制研究

恒阻让压支护是挤压大变形隧道的大变形控制中较为理想的支护形式,现有技术在高承载力、大变形量及荷载稳定3个方面尚难统一。针对这一难题,受启发于金属拉拔工艺,结合钢拱架支护受力特点,自主研发了拉压转换恒阻让压装置,论述了其工作原理,分析了其力学响应规律与特征,并通过室内试验和数值模拟,对其设计参数的影响规律进行了分析,确定了拉压转换恒阻让压装置性能衡量指标。分析表明：（1）拉压转换恒阻让压装置可在压力条件下恒阻变形,将其安装于钢拱架分段接头处,与钢拱架嵌合为一体,即可保证钢拱架的稳定性,提高钢拱架的大变形适应能力,也可为围岩提供恒定的支护力;（2）基于锥角、摩擦系数、让压杆截面收缩率和直径4个设计参数,该装置可实现让压恒阻力和让压量可控,且其荷载稳定性好,可为软岩隧道大变形及支护稳定控制提供重要技术支撑。     

砂砾岩液态CO2破裂机制试验研究

砂砾岩储层一般较为致密,且非均匀性强,常规压裂方法压裂效果不理想。液态CO2（L-CO2）压裂是近年来提出的一种压裂增产手段,压裂效果上具有明显的优势。采用井底岩芯开展不同围压下清水和L-CO2压裂试验,并结合?CT扫描和核磁共振试验,比较两种压裂方式在破裂压力、破裂特征和裂缝分布的差异,深入分析砂砾岩L-CO2压裂的破裂机制。发现相同围压下L-CO2可大幅度降低破裂压力,且增大围压,L-CO2和清水压裂的破裂压力相差越大;?CT扫描显示,L-CO2压裂形成的是不规则的多分支裂缝,与主裂缝共同构成复杂裂缝网络,L-CO2压裂的裂缝体积是远大于清水压裂。核磁共振（NMR）结果发现,L-CO2压裂中破裂以贯通砾石颗粒界面微裂纹的方式为主,剪切激活机制占主导作用,而清水压裂以形成张拉的单一裂缝方式为主。L-CO2压裂获得更好的裂缝网络主要与砂砾岩中砾石颗粒造成的非均匀性有关,并影响着裂缝网络的复杂性。相关的研究成果可为砂砾岩储层改造和增产增效工艺优化提供指导。     

基于能量增减法的深埋绿片岩隧洞稳定性评价方法

基于对现场地质条件和开挖响应的直观认识和对岩石室内试验所得物理力学特性的深刻揭示,建立了深埋条件下软弱围岩大变形挤压程度分级方法及相对应的安全系数计算方法。该方法考虑到隧洞原岩集聚的能量过大是造成开挖后围岩失稳的根本原因,将隧洞原岩能量和围岩的总变形与弹性变形之比相结合,分析了隧洞的围岩稳定性状况,并在此基础上通过增减隧洞原岩能量得到了其安全系数。通过实际工程应用及与传统经验评价方法的对比,验证了该方法的合理性与适用性。该方法考虑了围岩的地质情况、断面形状、尺寸、开挖方式等多种因素,弥补了传统经验评价方法无法适应复杂多变的现场工程施工情况的不足,更加贴近实际。可为大变形隧洞的安全预测、开挖方案、支护设计等提供重要参考依据。     

大理岩单轴压缩时滞性破坏的试验研究

在深埋地下岩石工程开挖过程中,岩爆是多发的工程灾害,且大多表现出明显的时滞性,即大部分岩爆并不是随开挖而即时发生,而是会滞后开挖一段时间。针对深埋地下岩石工程围岩发生时滞性岩爆的实际应力特征,开展了锦屏二级水电站大理岩单轴压缩时滞性破坏试验研究。试验结果表明：在应力峰值前的长时间单轴压缩作用下,硬脆性大理岩的破坏表现出明显的时滞性;大理岩岩样在时滞性压缩破坏过程中会产生大量的竖向裂纹,破坏时会产生大量的片状破裂碎屑;岩样发生时滞性破坏时的环向应变不仅大于自身的轴向应变,而且也大于其常规单轴压缩破坏时的环向应变;当环向应变接近或超过轴向应变时,大理岩发生剧烈脆性破坏的可能性将明显提高。研究结论对于深入认识岩爆的时滞性机制以及建立时滞性岩爆的预测方法具有重要的意义和启示。     

岩盐弹塑性损伤耦合模型研究

岩盐力学模型是进行能源岩盐储存工程稳定性分析的基础,而损伤和塑性机制并存且相互耦合是岩盐力学行为的基本特点。采用云应岩盐,进行了多组围压条件下的三轴压缩试验,分析了不同围压下岩盐的变形特征。在试验分析的基础上,提出了一种能够描述岩盐特性的弹塑性损伤耦合的模型,该模型描述了岩盐损伤的演化和塑性变形的耦合关系,并引入了一种非关联的塑性流动法则来描述岩盐从塑性体积压缩到膨胀的转化。采用该模型对在三轴压缩下的岩盐应力-应变关系进行了模拟分析,并与试验数据进行了对比,结果表明该模型能够较好地描述岩盐的主要力学和变形特性。     

离子吸附型稀土找矿及研究新进展

21世纪以来由于稀土资源的战略地位不断提升,全球对稀土的供需变化和价格波动极为关注,并加大了稀土的勘查和开发程度。离子吸附型稀土(iRee)资源因轻重稀土元素配分齐全,且不需要通过矿物分解的方式来分离不同的稀土元素,成为近十多年全球稀土找矿和研究的热点。iRee矿产是我国的优势资源,已有40多年的开采历史,为全球稀土产业尤其是重稀土产业做出了巨大的贡献。近年来,项目组在江西、广西和云南等省区发现了一批矿产地,矿床的分布范围已从我国南方的丘陵地带扩大到高海拔(云南)和高纬度(安徽和浙江)地区,从亚热带气候扩大到热带气候,如越南、缅甸、泰国、马达加斯加及智利等国家。我们的研究继续丰富了iRee成矿“八多两高一深”的认识,即：多类型、多岩性、多期次、多层位、多模式、多标志、多因继承、多相复合,高海拔、高纬度及大深度,新矿床的发现也不断为此认识提供实例。同时,本文对亚热带和热带地区的花岗岩风化壳、华南不同岩性(花岗岩、火山岩和浅变质火山 沉积岩)以及不同稀土配分类型(LREE和HREE型)的iRee矿床进行了对比研究。目前,国内的iRee矿床无论从规模和品位,还是母岩的多样性和稀土配分的全面性都优于国外的。然而,我国长期仍无法摆脱矿山及周边环境污染和优势资源过度消耗的现状。今后,寻找经济价值大的iRee矿床是找矿的重要方向。     

水平层状复合岩体变形破坏特征的围压效应研究

为研究不同围压下深部复合地层岩体变形和破坏特征,结合地质赋存条件制作了类层状复合岩石试样,通过开展不同围压下的三轴压缩试验,研究了围压对水平层状复合岩体变形破坏特征的影响。试验结果表明：随着围压的不断增加,峰后偏应力-应变曲线的降低速率逐渐变缓,应变软化程度逐渐减弱;随着围压的增大,水平层状复合岩石的破坏形态呈现出明显差异,整体上破坏形态逐渐由脆性破坏向延性破坏过渡;在一定围压状态下,围压对软岩膨胀变形的约束效果相对硬岩较弱,导致水平层状复合岩石试样的软、硬分层之间的膨胀变形不协调,在层间黏结力作用下,软、硬分层之间发生相对错动现象。该研究成果对于施工单位预防深部复合地层隧道掘进机（TBM）工程灾害具有一定的指导意义。     

隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究

隐晶质玄武岩是白鹤滩水电站超大规模地下厂房洞室群中广泛揭露出的主要围岩类别之一,且普遍赋存隐微裂隙,开挖过程中展现出特殊的力学响应特征。综合采用CT扫描、高速摄像、声发射、扫描电镜等手段,分析了隐晶质玄武岩的变形破坏特征、裂纹扩展及声发射演化规律等,并探讨了其细观破坏机制。结果表明:完整试样应力-应变曲线光滑,加载至峰值强度时瞬间爆裂,声发射信号异常集中,碎裂破坏;含隐微裂隙试样应力-应变曲线呈锯齿状,出现多次表面剥落,整个过程声发射信号非常活跃,以劈裂破坏为主;含宏观裂隙试样应力-应变曲线呈双峰或多峰状,峰前原生裂隙局部滑移,第1次峰值时宏观破裂面形成,声发射信号集中于峰值应力跌落瞬间,以剪切破坏为主。隐晶质玄武岩细观破坏机制主要为矿物颗粒沿晶断裂和穿晶断裂。研究成果为准确认识并科学掌握白鹤滩地下厂房洞室群围岩的力学响应及其破裂演化特征奠定了坚实基础,也可为硬脆岩体高应力破坏的认识和灾害控制提供参考和借鉴。