2010-973-冯夏庭深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论.doc

2010-973计划项目 项目名称： 深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论 冯夏庭 中国科学院武汉岩土力学研究所 2010年1月-2014年8月 中国科学院 1、拟解决的关键科学问题 根据国内外研究现状，本项目深部重大工程灾害的孕育演化与调控研究从多学科交叉的视角，拟解决的四个关键科学问题。 科学问题一：深部岩体结构与应力控制作用 研究为深部重大灾害的孕育演化机制、时空预测与调控研究提供必要的应力。 科学问题二：深部强卸荷作用下裂隙岩体围岩力学行为演化 考察岩体有三个基本视角：地质属性、力学行为和工程性质。深部工程的“岩体”在内涵上应包括高应力环境中裂隙岩体、强卸荷作用的围岩。对于深部岩体裂隙系统宏细观几何形态、分布、结构特征，基于分形张量理论提出多组裂隙岩体的跨尺度结构分形张量表征方法；从细观到宏观研究高应力强卸荷条件下深部裂隙岩体的宏细观变形破坏机理、能量聚集－传递－释放规律和强度特性，建立高应力强卸荷条件下多组裂隙系统的演化与宏观力学特性关系的多尺度理论模型为深部重大灾害的孕育演化机制、时空预测与调控研究提供必要的基本理论模型。 科学问题三：深部重大工程灾害时空孕育演化与成灾机理 高应力强卸荷和开挖扰动的耦合作用研究动静组合加载下岩石的力学特性和行为，揭示扰动高应力硬质围岩的变形破坏过程、内在的能量集聚传递释放及其时性滞机制岩爆应力、能量判据和，以及岩爆灾害源向岩体碎裂动力源转移的途径深部高应力开挖强卸荷条件下硬岩大变形的孕育演化和致灾的机制、高应力-岩体结构控制型大变形破坏的时效特征，建立高应力强卸荷作用下深部硬质围岩非连续大变形分析理论和数值分析方法。为深部的时空预测与良性控制提供理论基础和科学依据。 科学问题四：深部重大工程灾害孕育演化过程的时空预测与动态调控 开挖动力扰动和高应力卸荷诱发岩爆以及高应力强卸荷-结构控制型大变形孕育演化诱灾的时空预测方法；变形应力建立高应力开挖强卸荷下深部大型工程（深埋长大隧道、高边墙大跨度大型硐室群）围岩和支护结构的安全监测预警标准根据开挖过程实际揭示的围岩地质条件和力学行为等信息更新灾害快速动态预测与调控理论通过人工诱导实现岩爆储能向采矿破岩动能转化的岩爆灾害良性调控的采矿新理论；多方法深部重大工程灾害的时空预测－监测预警－动态反馈分析－调控措施优化的全过程的动态分析预测与调控理论。 2、主要研究内容 围绕解决的上述关键科学问题，重点开展以下方面的研究：(1) 深部岩体结构与应力控制作用研究 深部岩体模型及其力学效应；高准确度的大埋深地应力测试与确定方法深部岩体结构应力协同转化机制大工程区地应力场开挖卸荷下扰动规律。 () 高应力强卸荷下多组裂隙岩体的力学行为研究 深部多组裂隙岩体的跨尺度结构表征方法及演化规律； 高应力强卸荷深部多组裂隙岩体的宏细观变形破坏机理及力学特性； 深部裂隙岩体多尺度结构与宏观力学特性的关系及断续介质力学理论。 () 深部围岩分区破裂机理及其时间效应研究 深部岩体开挖地应力瞬态释放深部工程围岩复杂应力状态下强度理论与峰后性状力学模型； 分区破裂化时间； 高地应力卸荷复合波动分区破裂化形成的 (4) 深部硬岩爆破开挖诱发岩爆与碎裂诱变机理研究 高应力开挖扰动下硬岩的破坏特征； 不同开挖条件下高应力的能量释放与岩爆机理； 岩爆型碎裂与人工诱导碎裂的互换机制。(5) 深部岩体强卸荷大变形演化与致灾机理研究 ； ； ； 。(6) 深部重大工程灾害的时空预测与动态调控研究 高应力下开挖强卸荷作用诱发岩爆的时滞性与预测预报； 深部高应力-结构控制大变形过程的预测与安全监测预警标准； 深部重大工程灾害孕育演化过程的动态调控机制与方法； 深部重大工程灾害预测与动态调控的综合集成智能系统 二、预期目标 1、总体目标针对深部工程金属矿山重大灾害（高强度岩爆、持续大变形与大体积塌方）的诱发条件、孕育机制、预测预警与调控方法开展基础研究，揭示高应力强卸荷下深部围岩应力调整与性质转化和结构分区破裂演化的条件和机理，探明深部工程灾害孕育演化过程中的能量聚集、传递与释放的规律，建立深部重大工程灾害预测和动态调控理论体系较好地解决我国深埋水利水电工程、金属矿山深部开采、深埋交通隧道深埋国防工程中灾害预测预报和防治的关键科学问题，形成深部重大工程灾害防治与矿产资源高效开采相结合的深部金属矿安全开采新模式和理论体系，为实现我国安全、经济与高效的深部资源开采、能源开发、交通与国防建设提供关键理论支持。 2五年预期目标 构建适用于深部岩体结构精细描述表征方法，建立深部岩体结构与应力协同控制模型及其转化的应力判据提出钻孔局部壁面应力全解除地应力，建立我国典型重大工程区地应力场反演理论。 提出高应力强卸荷条件下多组裂隙系统的演化与宏观力学特性关系的多尺度理论