Модель прогнозирования прочности трещиноватого доломита и анализ механических свойств на основе PFC3D

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13368 (2023) Цитировать эту статью

131 доступ

Подробности о метриках

Чтобы изучить механические свойства трещиноватого доломита, в этом исследовании были проанализированы характеристики трещин (угол падения, длина, положение, количество) с использованием коэффициента Пирсона и коэффициента MIC. Впоследствии данные, относящиеся к характеристикам трещин, предварительно обрабатываются с использованием полинома третьей степени, и реализуется стратегия трех классификаций для улучшения алгоритма логистической регрессии и создания модели прогнозирования прочности трещиноватого доломита. Кроме того, с помощью программного обеспечения численного моделирования PFC3D был определен порядок значимости влияния характеристик трещин на прочность горных пород, а эффект угла падения был объяснен с точки зрения распространения внутренних трещин внутри породы. Результаты показывают, что: (1) Когда коэффициент регуляризации λ = 10 000, алгоритм имеет самую высокую точность прогнозирования и самую сильную способность к обобщению модели. (2) Программное обеспечение для анализа численного моделирования PFC3D может точно инвертировать процесс и характеристики разрушения горной породы, а порядок влияния характеристик трещин на прочность горной породы следующий: угол падения > длина > положение.

Быстро продвигается строительство подземных инженерных проектов, таких как туннели в пластах доломита. Приобретение всестороннего понимания механических свойств доломита имеет важное значение для обеспечения безопасности этих подземных сооружений. В настоящее время исследования в области механики горных пород, основанные на принципах механики сплошной среды, достигают зрелости. Однако точное прогнозирование процесса зарождения и распространения трещин заранее остается сложной задачей. Кроме того, количественная оценка совокупных характеристик трещин представляет собой значительные трудности, приводящие к существенным расхождениям между расчетными результатами и фактическим механическим состоянием массивов горных пород, встречающихся в практических приложениях подземного строительства. Наличие внутренних трещин в массивах горных пород является одной из основных причин, способствующих снижению прочности горных пород1. Поэтому проведение детального исследования характеристик механического поведения и механизма диффузии трещин в разрушенной горной породе под нагрузкой, а также изучение корреляции между характеристиками разрушения и прочностью горной породы имеет первостепенное значение.

В настоящее время большое количество исследований трещиноватых горных пород было проведено в стране и за рубежом, в основном включая анализ прочности, модель прогнозирования прочности и механизм диффузии трещин2,3,4,5,6,7,8. В аналитическом решении, основанном на теории прочности горных пород, Xinxi et al. усовершенствовал критерий Друкера-Прагера, основанный на влиянии циклов «сухой-влажный» и наклона трещин на прочность сланцев9. Лю и др. предложил новый критерий прочности, а именно критерий минимальной скорости выделения потенциальной энергии, который может более точно описать поведение материалов при разрушении10. Цзян, М. и др. предложил новый критерий прочности на основе анализа результатов моделирования DEM. Этот критерий учитывает случайность и пространственную изменчивость трещин и может использоваться для оценки прочности и разрушения случайных трещин в глубоких породах11. В модели прогнозирования прочности трещиноватых горных пород большинство алгоритмов машинного обучения являются теоретической основой посредством поиска данных для создания модели прогнозирования. Чжунпин и др. разработал модель прогнозирования прочности на сдвиг смеси грунта и камня, используя сопоставление данных испытаний твердого тела и данных численных испытаний12. Хуимэй и др. исследовали эволюционные закономерности распространения трещин и наблюдали экспоненциальный рост скорости распространения трещин с течением времени. Впоследствии они предложили модель прогнозирования разрушения горного массива, основанную на скорости распространения трещин13. Ли и др. предложил метод анализа, основанный на модели сети трещин, который может более точно прогнозировать прочность на сдвиг трещин горных пород в различных состояниях раскрытия14. Результаты исследований угла наклона трещин являются наиболее многочисленными при изучении механизмов диффузии трещин, основанных на характеристиках трещин. Вэй и др. провели испытание на динамическое одноосное сжатие 3D-печатных образцов трещиноватых горных пород, а затем изучили влияние угла наклона трещины на динамические механические свойства и закон диссипации энергии15. Ван и др. в основном изучали характеристики и механизмы разрушения гранита с различными углами падения трещин и трещин посредством экспериментов и численного моделирования16. Чжи-яо и др. использовали программу RFPA2D для изучения закона распространения некомпланарных перекрывающихся трещин под разными углами падения17. Некоторые ученые также изучали характеристики множественных переломов. Луо и др. изучили процесс разрушения образцов трещиноватого гранита с различными углами падения, шириной и длиной при трехосном нагружении и выявили механические свойства, виды разрушения и законы передачи энергии гранита при трехосном нагружении18 Ping et al. провел испытания на ударное сжатие 45 комплектов неповрежденных образцов трещиноватого песчаника с разными углами падения и изучил динамические механические свойства и энергопотребление трещиноватого песчаника с разными углами падения под ударной нагрузкой19.