矿山岩体分形重构与能量灾变理论-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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矿山岩体分形重构与能量灾变理论

项目名称：矿山岩体分形重构与能量灾变理论
项目类别：国家杰出青年科学基金
批准号：51125017
申请代码：E0409
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：鞠杨
负责人职称：教授
依托单位：中国矿业大学（北京）
批准年度：2011

中文摘要：

矿山岩体含有大量孔隙、节理和破碎带等非连续结构,这不仅决定了其特有的非连续变形破坏行为,也决定了它与其它材料在研究方法上的重大差异。申请人将分形与能量理论相结合,定量分析了岩体非连续结构特征与分形性质,提出了岩体结构分形重构模型与重构方法。系统地分析了动载作用下岩体结构演化及其对岩体应力分布、损伤与灾变破坏的影响。揭示了岩体变形破坏的能量机制及其与非连续结构之间的联系。提出了基于能量原理的矿山岩体损伤模型、强度理论与整体灾变准则。主持973课题2项。获国家自然科学二等奖1项(排名第3)、教育部自然科学一等奖2项(排名第1,第2)、二等奖2项(排名第2,第4)。近五年发表论文41篇,SCI收录10篇,EI收录26篇,CSCD收录28篇;SCI他引28次,CSCD他引113次。是教育部新世纪优秀人才、霍英东青年教师奖和中国煤炭青年科技奖获得者。任组委会主席承办国际会议1次,做大会特邀报告2次。

中文主题词：非连续岩体；分形重构；动力灾变；能量机制；可视化方法

英文摘要：

Discontinuous rocks；Fractal reconstruction；Dynamic failure and disaster；Energy mechanisms；Visualization method

英文主题词： Discontinuous rocks；Fractal reconstruction；Dynamic failure and disaster；Energy mechanisms；Visualization method

结论摘要：

深部资源开采、CO2地质封存、地下油气储库建设等重要工程问题与开采过程中岩体孔隙、裂隙等非连续结构的演化密切相关。然而，岩体介质深埋于地下，开挖扰动引发的岩体非连续结构的演化、变形破坏、气液渗流等物理力学过程或机制“看不见、摸不着”，是一个“黑箱”，现场探测的难度大、成本高、可靠性差。如何科学准确地描述采动应力作用下深部岩体非连续结构演化及其对岩体物理力学行为的影响是学术界与工程界普遍关注的重大基础性科学难题。本项目提出了岩体非连续结构的分形重构方法，构建了岩体复杂结构的三维可视化模型；研制了应力可视化材料, 采用3D打印技术构建了岩体结构的可视化物理模型；发展了三维应力冻结技术与应力提取方法。运用上述方法直观定量分析了采动应力作用下非连续岩体内部的应力场、裂隙场、渗流场的分布与演化模式、应力波传播特征、能量释放与耗散规律以及非连续结构的影响；揭示了原岩应力场与采动应力作用下岩体变形、应力场分布以及能量积聚与释放的时空规律；提出了岩体粗糙裂隙与三维裂隙网络的分形表征方法，揭示了采动应力下岩体裂隙的空间展布规律与扩展的能量机制；提出了基于分形重构模型与LBM方法的岩体非稳态微观渗流分析方法；构建了采动条件下深部岩体动力灾变的能量准则与分析理论。项目成果为直观定量地揭示岩体变形破坏的内部“黑箱”过程与机理、真实可视地显示了采动应力作用下深部岩体的应力场、裂隙场、渗流场、能量分布与演化模式及灾变机理提供了新方法、新途径，为创新非连续岩体动力灾变分析方法、实现深部岩体动力灾害的超前预测预报提供了新思路。项目出版专著1部，发表论文38篇，其中SCI13篇、EI17篇；授权发明专利8项、实用新型专利5项，申请发明专利13项；获软件著作权6项。获教育部自然科学一等奖1项、科技进步二等奖1项；担任国内外学术大会或分会主席5次，做大会特邀报告13次，分会特邀报告1次、专题报告3次。项目负责人入选长江学者特聘教授、国家百千万人才工程计划、江苏省双创高层次人才计划、获国务院政府特殊津贴，授予国家有突出贡献中青年专家称号。骨干入选中组部青年拔尖人才、北京市优秀青年人才、教育部新世纪优秀人才、获“霍英东”高校青年教师奖。项目形成了具有国际影响的“深部矿山岩体非连续结构重构与动力灾变能量分析”的研究团队，团队2014年获批为江苏省创新团队，并成为国家自然科学基金创新群体的组成部分。

成果综合统计