岩石力学基础教程 教学课件 作者 侯公羽 第10章 岩石力学新方法与新理论.ppt

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1、第10章岩石力学新理论与新方法10.1智能岩石力学10.1.1智能岩石力学的由来为了突破“数据有限”和“变形破坏机理理解不清”的瓶颈，研究者在智能科学和系统科学理论的基础上，提出了智能岩石力学。10.1.2智能岩石力学及其特征（1）智能岩石力学及其研究方法智能岩石力学是应用人工智能的思想，研究智能化的力学分析与计算模型，研制具有感知、推理学习、联想、决策等思维活动的计算机综合集成智能系统，解决人类专家才能处理的岩体力学问题。智能岩石力学是将人工智能、专家系统、神经网络、模糊数学、非线性科学和系统科学的思想与岩体力学进行交叉和综合而发展起来的一种新的学科分支

2、，因此，它是一个多学科交叉的综合体系。智能岩石力学的研究方法采用自学习、非线性动态处理、演化识别、分布式表达等非一对一的映射研究方法以及多方法的综合集成研究模式，是建立节理岩体真实特征的新型分析理论和方法，是涉及人工智能、非线性科学、系统科学、力学、地学与工程科学的交叉综合研究方法。（2）智能岩石力学与传统岩石力学的区别与联系智能岩石力学与传统岩石力学之间既有广泛的联系，又有较深刻的区别(见表10.1)。表10.1智能岩石力学与经典岩石力学的比较10.1.3智能岩石力学的主要研究思路和内容智能岩石力学研究概括起来可以包括3个方面：（1）基本理论研究；（2）

3、基础技术、算法和工具的研究；（3）与岩石工程相结合的研究。10.1.4智能岩石力学的研究现状这些进展包括：建立了适用于围岩分类、隧道(巷道)支护设计、边坡破坏模式识别与安全性估计、采场稳定性估计的专家系统；提出了基于范例推理(case-basedreasoning)的边坡稳定性评价方法；提出了一种新的数据挖掘方法，能从硐室围岩稳定性的实例数据中挖掘出知识，并将提到的关联规则输入到专家系统，进行不确定性推理，对地下硐室围岩的稳定性进行合理的判别。10.1.5智能岩石力学的未来发展趋势基于Internet的方法可能是未来将要发展的一种方法。这里要研究的是全球范

4、围内Internet的分布式信息获取、动态及时处理方法，基于Internet的分布式计算模型等。建立全球范围科学家进行有效合作研究的Internet模型和遥控实验系统，开发虚拟实验设备，使得异地的科研人员能像本实验室人员一样，可以实时地观察整个实验过程并得到结果。10.2细观岩石力学10.2.1基本概念细观是介于宏观和微观之间的一个尺度概念。对于研究岩石的破裂而言，可以把野外岩位中普遍发育的、直接影响岩体力学特性的、大于毫米级别的裂隙、节理、断层等划定为宏观尺度；把发育在岩石结构中；直接影响岩石力学性质的，毫米－微米级别的裂纹划定为细观尺度；把发育在岩石中

5、矿物晶体内部，一般对岩石的宏观力学性质没有直接影响的微裂纹，位错等划定为微观尺度。岩石细观力学是研究细观尺度上岩石破裂演化过程及破坏规律的科学。10.2.2细观岩石力学的研究方法10.2.2.1光学显微镜观测方法光学显微镜是观测岩石中裂纹状况的最普通的工具之一。用光学显微镜研究岩石破裂过程中的微构造变化。其优点是技术简单易行，成像直观，可以在较大范围内观察和统计裂纹的发育，特别是微构造的定量测量技术和精度。光学显微镜法还存在难以客服的技术难题。例如，试样经过切片、磨制、粘胶等加工环节，会引起原有裂纹扩大，甚至新产生一些加工裂纹，这大大降低了观测的可靠度。切

6、片的部位不一定是裂纹发育的主导部位，其观侧结果很大程度上是试样变形的平均结果，而不完全是裂纹扩展的结果。其三，对不同的试样都需要区分三种裂纹，原有裂纹、新产生的或在原有基础上己经扩展的裂纹和加工造成的裂纹，这在技术上是难点。其四，岩样经过卸载、原有裂纹会发生变化。因此，光学显微镜的观测结果是不完全的。10.2.2.2电子显微镜观测方法用于岩石细观观测研究的电子显微镜有透射电子显微镜和扫描电子显微镜（SEM）两种。实验研究证明，扫描电子显微镜在岩石细观观测时更有效。扫描电子显微镜的工作原理是：电子枪发射的电子束打到被测物体表面后。激发出各种成像物理信号，如二

7、次电子信号。由于其信号强弱与被测物体表面的物质成分及表面形貌变化有密切关系。因此由检测器及成像电路对这种信号进行检测、处理后即可得到物体表面形貌的直观放大图像。20世纪80年代来，利用具有大样品室和加载台的SEM进行岩石细观破坏过程的实时连续观测；是细观观测技术的最新发展。这种方法是：将岩石直接加工成可被SEM容纳的微试样，经过烘干镀金处理后置于SEM加载台上。在对岩样加载的同时，观测记录岩石中破坏的产生、发展。显然，这种方法从根本上改变了以往研究中岩样不单一，加载观测不连续的弊端，它比已有的研究方法跨了一大步。10.2.2.4计算机断层成像观测方法声发射

8、方法是一种间接的动态观测方法。岩石或其他固体材料在应力作用下发生变