CAJ | 학술논문

首先,对地应力场的基本分布规律以及工程地应力的测量方法和技术进行了全面的归纳与总结,在系统博士学位分析前人研究成果的基础上,提出了一种新的地应力测量方法--钻孔局部壁面应力全解除法;然后,通过理论研究、数值模拟分析和相关的试验研究,初步证实了本文提出的地应力测量新方法、新原理的正确性和可行性;最后,研究了岩体初始地应力场的有限元数值模拟分析方法.具体研究工作主要有以下几个方面:(1)总结了工程岩体地应力的测量方法和技术,回顾和分析了目前在大陆科学钻探计划中深部地壳应力量测方法的研究现状,简要评述了传统地应力测量方法在深部岩体应力测量中应用的可行性,指出了研究深部岩体初始地应力测量新方法、新原理以及研制全新的地应力测井仪器的必要性.(2)基于线弹性岩石力学理论提出了一种测定深部岩体地应力的新方法--钻孔局部壁面应力全解除法.该方法理论基础可靠,在应力测量过程中不需要套钻,在确定地应力张量时也不需要做任何假定,从而克服了现有的钻孔应力测量方法之不足.从理论上讲,该方法将不受测量深度的限制,具有普遍适应性,它将为地应力测量,尤其是深部地应力测量提供新的方法和途径.(3)把岩石视为均质、线弹性、各向同性的连续介质,对应力解除法地应力测量中影响测量结果的相关因素进行了讨论,研究了测量误差的分析方法以及误差的参数敏感性等问题.(4)采用有限元方法对钻孔局部壁面应力全解除法进行了数值模拟分析,研究了应力解除过程中所要解除卸载的岩芯直径与解除深度之间的定量变化关系.分析了钻孔局部壁面应力切割环形槽对竖直钻孔的局部影响区域,研究了应变花在钻孔侧壁上的布置排列方式.(5)基于钻孔局部壁面应力全解除法地应力测量新原理,提出了研制全新的地应力测井设备的系统设计思想.通过室内试验,对侧壁取芯方法及钻进参数的选用进行了较为全面的研究,论证了在现有技术条件下研制全新的地应力测井设备的可行性,完成了井下动力头的初步设计工作.(6)以国内某大型水利水电工程实测空间地应力资料为基础,采用有限元方法对岩体初始地应力场进行了数值模拟研究.对无界元及其在初始地应力场分析中的应用进行了讨论,无界元作为有限元分析中的特殊单元,在引入初始地应力场有限元分析模型之后,其计算结果明显优于常规的有限元分析结果,从而为初始地应力场分析提供了一种新途径.(7)鉴于等参元逆变换在实际应用中的重要性,最后研究了基于等参元解析性质的等参逆变换算法的计算机实现方法.结合MATLAB符号工具箱的计算功能和Visual C++编程效率高的特点,编制了一套计算程序,给出了比较简便的计算机实现方法,从而避开了直接求解高次方程给程序编制带来的麻烦,便于在实际工程中推广应用. 首先,對地應力場的基本分佈規律以及工程地應力的測量方法和技術進行瞭全麵的歸納與總結,在繫統博士學位分析前人研究成果的基礎上,提齣瞭一種新的地應力測量方法--鑽孔跼部壁麵應力全解除法;然後,通過理論研究、數值模擬分析和相關的試驗研究,初步證實瞭本文提齣的地應力測量新方法、新原理的正確性和可行性;最後,研究瞭巖體初始地應力場的有限元數值模擬分析方法.具體研究工作主要有以下幾箇方麵:(1)總結瞭工程巖體地應力的測量方法和技術,迴顧和分析瞭目前在大陸科學鑽探計劃中深部地殼應力量測方法的研究現狀,簡要評述瞭傳統地應力測量方法在深部巖體應力測量中應用的可行性,指齣瞭研究深部巖體初始地應力測量新方法、新原理以及研製全新的地應力測井儀器的必要性.(2)基于線彈性巖石力學理論提齣瞭一種測定深部巖體地應力的新方法--鑽孔跼部壁麵應力全解除法.該方法理論基礎可靠,在應力測量過程中不需要套鑽,在確定地應力張量時也不需要做任何假定,從而剋服瞭現有的鑽孔應力測量方法之不足.從理論上講,該方法將不受測量深度的限製,具有普遍適應性,它將為地應力測量,尤其是深部地應力測量提供新的方法和途徑.(3)把巖石視為均質、線彈性、各嚮同性的連續介質,對應力解除法地應力測量中影響測量結果的相關因素進行瞭討論,研究瞭測量誤差的分析方法以及誤差的參數敏感性等問題.(4)採用有限元方法對鑽孔跼部壁麵應力全解除法進行瞭數值模擬分析,研究瞭應力解除過程中所要解除卸載的巖芯直徑與解除深度之間的定量變化關繫.分析瞭鑽孔跼部壁麵應力切割環形槽對豎直鑽孔的跼部影響區域,研究瞭應變花在鑽孔側壁上的佈置排列方式.(5)基于鑽孔跼部壁麵應力全解除法地應力測量新原理,提齣瞭研製全新的地應力測井設備的繫統設計思想.通過室內試驗,對側壁取芯方法及鑽進參數的選用進行瞭較為全麵的研究,論證瞭在現有技術條件下研製全新的地應力測井設備的可行性,完成瞭井下動力頭的初步設計工作.(6)以國內某大型水利水電工程實測空間地應力資料為基礎,採用有限元方法對巖體初始地應力場進行瞭數值模擬研究.對無界元及其在初始地應力場分析中的應用進行瞭討論,無界元作為有限元分析中的特殊單元,在引入初始地應力場有限元分析模型之後,其計算結果明顯優于常規的有限元分析結果,從而為初始地應力場分析提供瞭一種新途徑.(7)鑒于等參元逆變換在實際應用中的重要性,最後研究瞭基于等參元解析性質的等參逆變換算法的計算機實現方法.結閤MATLAB符號工具箱的計算功能和Visual C++編程效率高的特點,編製瞭一套計算程序,給齣瞭比較簡便的計算機實現方法,從而避開瞭直接求解高次方程給程序編製帶來的痳煩,便于在實際工程中推廣應用.
수선,대지응력장적기본분포규률이급공정지응력적측량방법화기술진행료전면적귀납여총결,재계통박사학위분석전인연구성과적기출상,제출료일충신적지응력측량방법--찬공국부벽면응력전해제법;연후,통과이론연구、수치모의분석화상관적시험연구,초보증실료본문제출적지응력측량신방법、신원리적정학성화가행성;최후,연구료암체초시지응력장적유한원수치모의분석방법.구체연구공작주요유이하궤개방면:(1)총결료공정암체지응력적측량방법화기술,회고화분석료목전재대륙과학찬탐계화중심부지각응역량측방법적연구현상,간요평술료전통지응력측량방법재심부암체응력측량중응용적가행성,지출료연구심부암체초시지응력측량신방법、신원리이급연제전신적지응력측정의기적필요성.(2)기우선탄성암석역학이론제출료일충측정심부암체지응력적신방법--찬공국부벽면응력전해제법.해방법이론기출가고,재응력측량과정중불수요투찬,재학정지응력장량시야불수요주임하가정,종이극복료현유적찬공응력측량방법지불족.종이론상강,해방법장불수측량심도적한제,구유보편괄응성,타장위지응력측량,우기시심부지응력측량제공신적방법화도경.(3)파암석시위균질、선탄성、각향동성적련속개질,대응력해제법지응력측량중영향측량결과적상관인소진행료토론,연구료측량오차적분석방법이급오차적삼수민감성등문제.(4)채용유한원방법대찬공국부벽면응력전해제법진행료수치모의분석,연구료응력해제과정중소요해제사재적암심직경여해제심도지간적정량변화관계.분석료찬공국부벽면응력절할배형조대수직찬공적국부영향구역,연구료응변화재찬공측벽상적포치배렬방식.(5)기우찬공국부벽면응력전해제법지응력측량신원리,제출료연제전신적지응력측정설비적계통설계사상.통과실내시험,대측벽취심방법급찬진삼수적선용진행료교위전면적연구,론증료재현유기술조건하연제전신적지응력측정설비적가행성,완성료정하동력두적초보설계공작.(6)이국내모대형수이수전공정실측공간지응력자료위기출,채용유한원방법대암체초시지응력장진행료수치모의연구.대무계원급기재초시지응력장분석중적응용진행료토론,무계원작위유한원분석중적특수단원,재인입초시지응력장유한원분석모형지후,기계산결과명현우우상규적유한원분석결과,종이위초시지응력장분석제공료일충신도경.(7)감우등삼원역변환재실제응용중적중요성,최후연구료기우등삼원해석성질적등삼역변환산법적계산궤실현방법.결합MATLAB부호공구상적계산공능화Visual C++편정효솔고적특점,편제료일투계산정서,급출료비교간편적계산궤실현방법,종이피개료직접구해고차방정급정서편제대래적마번,편우재실제공정중추엄응용.