描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030648259
内容简介
《深部岩体力学与开采理论=Deep Rock Mechanics and Mining Theory》是“十三五”国家重点研发计划项目“深部岩体力学与开采理论”研究成果的总结。主要内容涉及深部岩体原位力学行为与地应力环境、深部岩体应力场与能量场、深部强扰动和强时效下的多相并存多场耦合，以及深部资源低生态损害协同高效开采理论与技术，系统研究了深部与浅部岩石力学行为本质差异，提出了应力场和能量场定量的可视化分析方法，建立了深部岩体能量调控理论与动力灾害预警体系，以及深部资源开采的多相多场耦合理论，构建了深部原位应力状态和地应力环境下的岩石力学新原理、新理论、新技术。
目 录
目录
序
第1章 深部岩体原位力学行为研究 1
1.1 深部原位应力恢复实验的理论和方法 1
1.1.1 深部原位应力恢复实验方法和恢复准则 1
1.1.2 深部常规力学行为与原位恢复力学行为对比 4
1.2 不同赋存深度岩石力学行为特征与非常规本构行为 6
1.2.1 不同赋存深度岩石常规力学行为的差异性 6
1.2.2 不同赋存深度岩石原位应力恢复力学行为的差异性 22
1.2.3 不同赋存深度常规力学行为与原位恢复力学行为对比 26
1.2.4 深部岩石的非常规本构力学行为及模型 28
1.3 不同赋存深度煤岩采动力学行为研究 34
1.3.1 不同赋存深度煤岩采动应力环境演化规律 35
1.3.2 不同赋存深度煤岩采动应力环境试验模拟方法 39
1.3.3 不同赋存深度煤岩采动力学行为 40
1.3.4 不同赋存深度煤岩采动裂隙网络空间分布特征 47
1.3.5 不同赋存深度考虑采动与未考虑采动的结果对比分析 53
参考文献 55
第2章 深部围岩长期稳定性分析与控制 57
2.1 深部围岩流变力学行为及分数阶蠕变模型 57
2.1.1 锦屏深部大理岩基础力学特性 57
2.1.2 不同围压下深部大理岩蠕变力学特性 72
2.1.3 锦屏大理岩分数阶蠕变模型研究 76
2.2 不同深度赋存环境岩体动态力学特性 81
2.2.1 不同赋存深度锦屏大理岩应力波传播规律研究 81
2.2.2 锦屏大理岩HJC动态损伤本构模型参数研究 85
2.2.3 不同深度赋存环境锦屏大理岩动态力学响应模拟 97
2.3 不同尺度震源信息解译与围岩破裂特征 108
2.3.1 室内尺度岩石破坏声发射的主频统计方法 108
2.3.2 不同条件下岩石破裂主频与机制 112
2.3.3 工程尺度震源信息解译与围岩破裂特征 120
2.3.4 深部围岩破裂机制研究 127
2.4 深部围岩长期稳定性分析与安全评价 131
2.4.1 深部围岩工程安全原位综合监测与分析 131
2.4.2 深部围岩爆破卸压地应力快速释放的强岩爆防治方法与效果评价研究 140
2.4.3 考虑不确定性的深部隧道稳定性评价与优化设计方法 151
参考文献 158
第3章 深部地应力环境与灾害动力学 162
3.1 考虑深部岩体非线性特征的地应力测量方法 162
3.1.1 传统地应力测量方法在深地工程应用中的不足 162
3.1.2 基于完全温度补偿原理的本地数字化空心包体研发 163
3.1.3 考虑深部应力特征的空心包体地应力测量试验标定技术 167
3.1.4 考虑岩体非线弹性特征的空心包体应变计地应力测量数据分析方法 168
3.2 深部矿区地应力场反演算法与重构模型 174
3.2.1 地应力场反演重构研究现状 175
3.2.2 小样本数据下的地应力场反演 175
3.2.3 考虑非线性特征的岩体地应力场重构 180
3.3 深部高地应力场与能量场的转化 184
3.3.1 深部岩体能量基础理论 185
3.3.2 深部岩体储能机制研究 186
3.3.3 高围压岩岩石破碎耗能机制研究 194
3.3.4 深部花岗岩摩擦耗能特性研究 196
3.4 深部开采动力灾害防控体系 201
3.4.1 深部岩爆灾害的研究现状 201
3.4.2 深部地应力测量研究 202
3.4.3 深部岩体扰动力的长期监测 204
3.4.4 基于能量理论的岩爆倾向性预测 210
3.4.5 能量均匀化理念初探 212
参考文献 213
第4章 深部煤岩体强扰动和强时效下多场多相渗流理论 216
4.1 深部开采强扰动、强时效的分析模型 216
4.1.1 深部开采中的强扰动特征及含义 216
4.1.2 强扰动的判别准则 219
4.1.3 深部开采中的强时效含义 228
4.1.4 强时效的判别准则 229
4.2 深部多相多场条件下采动煤岩体损伤力学研究 234
4.2.1 深部采动力学条件下煤岩体的损伤变量定义 234
4.2.2 深部煤岩体单轴压缩条件下的裂隙损伤演化特征 235
4.2.3 三轴循环加卸载条件下的煤岩体损伤演化特征 238
4.3 深部煤体的孔隙-裂隙网络演化行为研究 244
4.3.1 深部煤岩体孔裂隙结构特征 244
4.3.2 单轴压缩条件下深部煤岩体孔裂隙网络演化规律 255
4.3.3 不同测量精度下孔裂隙网络演化规律研究 260
4.3.4 三轴压缩条件下裂隙损伤演化规律的数值模拟 267
4.3.5 三轴循环加卸载渗流条件下的裂隙损伤特征及演化规律 274
4.4 深部煤岩气液两相介质耦合渗流模型研究 282
4.4.1 多物理场耦合作用下各向同性深部煤岩体渗透率模型 282
4.4.2 多场耦合下考虑损伤的各向异性深部煤岩体渗透率模型 301
4.4.3 深部扰动煤体蠕变-渗透率模型 313
4.4.4 低渗煤岩分形孔隙结构的气液两相流理论 323
4.5 深部煤岩非达西渗流模型研究 331
4.5.1 多孔介质中的高速非达西渗流分数阶导数模型 331
4.5.2 多孔介质中的低速非达西渗流分数阶导数模型 336
参考文献 343
第5章 深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化 350
5.1 岩体复杂结构的分形重构及可视化模型 351
5.1.1 深部岩体大尺寸三维孔隙结构的多线程并行分形重构算法 351
5.1.2 深部岩体复杂孔隙结构岩石三维重构优化算法 355
5.1.3 岩体复杂三维孔/裂隙网络的分形表征方法 355
5.1.4 深部岩石微观孔/裂隙结构三维重构模型 359
5.1.5 采动应力下煤岩体裂隙网络演化规律的CT实时扫描 361
5.2 应力透明化材料的物理力学性能研究 364
5.2.1 深部岩体应力可视化材料的物理力学性质 364
5.2.2 应力可视化材料的不完全冻结法和脆性研究 366
5.2.3 应力可视化材料的三维应力场提取方法 368
5.2.4 采动条件下复杂岩体全应力场及演化特征的可视化定量表征方法 369
5.3 岩体介质与岩体结构的应力场、能量场及灾变特征的可视化分析 375
5.3.1 真三轴三维应力场冻结实验系统 375
5.3.2 含颗粒非均质岩体三维应力场的可视化分析 376
5.3.3 采动条件下深部岩石复杂孔隙结构三维应力场的定量可视化 376
5.3.4 采动条件下深部岩体裂纹动态扩展尖端应力场可视化 383
5.3.5 深部煤层采动应力场演化及灾变特征的透明演化研究 386
5.4 岩体介质与岩体结构的裂隙场-渗流场的可视化分析 389
5.4.1 深部岩体孔隙结构多相流的可视化方法 389
5.4.2 岩石复杂孔隙结构内的自渗吸行为研究 390
5.4.3 深部岩石孔隙结构分叉状基本单元内自渗吸行为研究 392
5.4.4 深部岩石非均质孔隙结构中非混相的驱替过程可视化表征：多组分格子玻尔兹曼并行模拟研究和基于3D打印技术的实验验证 396
5.4.5 煤岩粗糙裂隙场渗透率的分形评估方法 396
5.4.6 采动条件下加载方式和加载阶段对煤岩裂隙场演化及瓦斯渗流特征的影响 400
5.4.7 深部岩石粗糙裂隙场流体的非达西流动行为 403
5.4.8 深部岩石单裂隙分形表面结构与界面动态流速关系模型 405
5.5 深部煤岩体损伤破坏与能量演化规律 409
5.5.1 复杂应力状态岩石损伤破坏与能量破坏准则 409
5.5.2 深部煤岩大变形本构方程及能量演化规律 413
5.5.3 高温环境下岩石能量演化规律与破碎特征 417
5.5.4 液氮低温作用下煤岩能量演化规律与破坏特征 420
参考文献 425
第6章 深部高应力诱导与能量调控理论 429
6.1 深部硬岩卸荷与动力扰动下力学与能耗特性 429
6.1.1 不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征 429
6.1.2 基于不同三轴加卸荷路径下硬岩的能量演化特征研究 431
6.1.3 深部硬岩真三轴卸荷破坏试验、理论及数值模拟研究 434
6.1.4 应力调整扰动下高应力硬岩巷道非常规破坏的室内试验模拟 441
6.2 深部近采场区域微震监测与预警系统 445
6.2.1 微震监测系统平台构建 446
6.2.2 微震震源定位新方法的研究 451
6.2.3 硬岩矿山微震震源波速场成像 457
6.2.4 微震作用下硬岩矿山灾害预警与防控 460
6.3 深部硬岩高应力与爆破耦合精细破岩理论 463
6.3.1 高应力下硬岩电爆破超动态过程综合实验平台的研制 463
6.3.2 高静应力与爆破动应力耦合破岩机理室内试验研究 466
6.3.3 深部矿岩高应变能可利用性以及爆破效果评价方法 471
6.4 深部硬岩非爆连续开采理论与技术 479
6.4.1 基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律研究 479
6.4.2 深部硬岩矿床连续开采深度判别 487
6.4.3 诱导致裂非爆连续开采的机具破岩特性实验研究 498
6.4.4 高应力硬岩非爆连续开采现场试验研究 513
参考文献 521
第7章 深部采动岩体变形监测预警与控制 524
7.1 背景 524
7.2 深部岩体变形的监测技术与演化特征 525
7.2.1 深部岩体变形的立体监测方法 525
7.2.2 金川二矿深部巷道变形时空演化 530
7.2.3 深部巷道内部变形与开裂演化 536
7.3 深部硬岩破裂机制与分析理论 541
7.3.1 深部硬岩破裂机制真三轴试验分析 541
7.3.2 破裂岩体的变形张量理论 545
7.3.3 高应力下硬岩破裂的裂纹尖端理论模型 550
7.3.4 硬岩连续-非连续变形分析物质点法 558
7.4 深部工程大变形的安全预警与优化控制技术 563
7.4.1 深部巷道大变形分级预警方法 563
7.4.2 金川二矿深部巷道大变形预警管理标准及其实例分析 565
7.4.3 金川镍矿深部巷道大变形支护控制实践 566
参考文献 568
第8章 深部煤矿安全绿色开采方法与技术研究 570
8.1 深部煤炭安全绿色开采及“高保低损模式”研究 570
8.1.1 深部开采界定 570
8.1.2 安全绿色开采定量评价 583
8.1.3 深部安全绿色开采“高保低损”模式探讨 590
8.2 深部采动煤岩体多尺度破坏机理及演化规律 595
8.2.1 深部采动煤岩体复杂裂隙网络表征与力学特性多尺度效应 595
8.2.2 开采扰动下煤岩破裂、失稳的能量机制与判别准则 601
8.2.3 煤岩失稳的率响应机制和触发条件 608
8.2.4 煤岩体失稳破坏多因素协同作用力学模型和损伤驱动机制 613
8.3 深部采动含瓦斯煤体力学-渗流响应规律与增渗关键技术 616
8.3.1 煤体孔隙结构特征参数 616
8.
序
第1章 深部岩体原位力学行为研究 1
1.1 深部原位应力恢复实验的理论和方法 1
1.1.1 深部原位应力恢复实验方法和恢复准则 1
1.1.2 深部常规力学行为与原位恢复力学行为对比 4
1.2 不同赋存深度岩石力学行为特征与非常规本构行为 6
1.2.1 不同赋存深度岩石常规力学行为的差异性 6
1.2.2 不同赋存深度岩石原位应力恢复力学行为的差异性 22
1.2.3 不同赋存深度常规力学行为与原位恢复力学行为对比 26
1.2.4 深部岩石的非常规本构力学行为及模型 28
1.3 不同赋存深度煤岩采动力学行为研究 34
1.3.1 不同赋存深度煤岩采动应力环境演化规律 35
1.3.2 不同赋存深度煤岩采动应力环境试验模拟方法 39
1.3.3 不同赋存深度煤岩采动力学行为 40
1.3.4 不同赋存深度煤岩采动裂隙网络空间分布特征 47
1.3.5 不同赋存深度考虑采动与未考虑采动的结果对比分析 53
参考文献 55
第2章 深部围岩长期稳定性分析与控制 57
2.1 深部围岩流变力学行为及分数阶蠕变模型 57
2.1.1 锦屏深部大理岩基础力学特性 57
2.1.2 不同围压下深部大理岩蠕变力学特性 72
2.1.3 锦屏大理岩分数阶蠕变模型研究 76
2.2 不同深度赋存环境岩体动态力学特性 81
2.2.1 不同赋存深度锦屏大理岩应力波传播规律研究 81
2.2.2 锦屏大理岩HJC动态损伤本构模型参数研究 85
2.2.3 不同深度赋存环境锦屏大理岩动态力学响应模拟 97
2.3 不同尺度震源信息解译与围岩破裂特征 108
2.3.1 室内尺度岩石破坏声发射的主频统计方法 108
2.3.2 不同条件下岩石破裂主频与机制 112
2.3.3 工程尺度震源信息解译与围岩破裂特征 120
2.3.4 深部围岩破裂机制研究 127
2.4 深部围岩长期稳定性分析与安全评价 131
2.4.1 深部围岩工程安全原位综合监测与分析 131
2.4.2 深部围岩爆破卸压地应力快速释放的强岩爆防治方法与效果评价研究 140
2.4.3 考虑不确定性的深部隧道稳定性评价与优化设计方法 151
参考文献 158
第3章 深部地应力环境与灾害动力学 162
3.1 考虑深部岩体非线性特征的地应力测量方法 162
3.1.1 传统地应力测量方法在深地工程应用中的不足 162
3.1.2 基于完全温度补偿原理的本地数字化空心包体研发 163
3.1.3 考虑深部应力特征的空心包体地应力测量试验标定技术 167
3.1.4 考虑岩体非线弹性特征的空心包体应变计地应力测量数据分析方法 168
3.2 深部矿区地应力场反演算法与重构模型 174
3.2.1 地应力场反演重构研究现状 175
3.2.2 小样本数据下的地应力场反演 175
3.2.3 考虑非线性特征的岩体地应力场重构 180
3.3 深部高地应力场与能量场的转化 184
3.3.1 深部岩体能量基础理论 185
3.3.2 深部岩体储能机制研究 186
3.3.3 高围压岩岩石破碎耗能机制研究 194
3.3.4 深部花岗岩摩擦耗能特性研究 196
3.4 深部开采动力灾害防控体系 201
3.4.1 深部岩爆灾害的研究现状 201
3.4.2 深部地应力测量研究 202
3.4.3 深部岩体扰动力的长期监测 204
3.4.4 基于能量理论的岩爆倾向性预测 210
3.4.5 能量均匀化理念初探 212
参考文献 213
第4章 深部煤岩体强扰动和强时效下多场多相渗流理论 216
4.1 深部开采强扰动、强时效的分析模型 216
4.1.1 深部开采中的强扰动特征及含义 216
4.1.2 强扰动的判别准则 219
4.1.3 深部开采中的强时效含义 228
4.1.4 强时效的判别准则 229
4.2 深部多相多场条件下采动煤岩体损伤力学研究 234
4.2.1 深部采动力学条件下煤岩体的损伤变量定义 234
4.2.2 深部煤岩体单轴压缩条件下的裂隙损伤演化特征 235
4.2.3 三轴循环加卸载条件下的煤岩体损伤演化特征 238
4.3 深部煤体的孔隙-裂隙网络演化行为研究 244
4.3.1 深部煤岩体孔裂隙结构特征 244
4.3.2 单轴压缩条件下深部煤岩体孔裂隙网络演化规律 255
4.3.3 不同测量精度下孔裂隙网络演化规律研究 260
4.3.4 三轴压缩条件下裂隙损伤演化规律的数值模拟 267
4.3.5 三轴循环加卸载渗流条件下的裂隙损伤特征及演化规律 274
4.4 深部煤岩气液两相介质耦合渗流模型研究 282
4.4.1 多物理场耦合作用下各向同性深部煤岩体渗透率模型 282
4.4.2 多场耦合下考虑损伤的各向异性深部煤岩体渗透率模型 301
4.4.3 深部扰动煤体蠕变-渗透率模型 313
4.4.4 低渗煤岩分形孔隙结构的气液两相流理论 323
4.5 深部煤岩非达西渗流模型研究 331
4.5.1 多孔介质中的高速非达西渗流分数阶导数模型 331
4.5.2 多孔介质中的低速非达西渗流分数阶导数模型 336
参考文献 343
第5章 深部采动应力场-能量场分析、模拟与可视化 350
5.1 岩体复杂结构的分形重构及可视化模型 351
5.1.1 深部岩体大尺寸三维孔隙结构的多线程并行分形重构算法 351
5.1.2 深部岩体复杂孔隙结构岩石三维重构优化算法 355
5.1.3 岩体复杂三维孔/裂隙网络的分形表征方法 355
5.1.4 深部岩石微观孔/裂隙结构三维重构模型 359
5.1.5 采动应力下煤岩体裂隙网络演化规律的CT实时扫描 361
5.2 应力透明化材料的物理力学性能研究 364
5.2.1 深部岩体应力可视化材料的物理力学性质 364
5.2.2 应力可视化材料的不完全冻结法和脆性研究 366
5.2.3 应力可视化材料的三维应力场提取方法 368
5.2.4 采动条件下复杂岩体全应力场及演化特征的可视化定量表征方法 369
5.3 岩体介质与岩体结构的应力场、能量场及灾变特征的可视化分析 375
5.3.1 真三轴三维应力场冻结实验系统 375
5.3.2 含颗粒非均质岩体三维应力场的可视化分析 376
5.3.3 采动条件下深部岩石复杂孔隙结构三维应力场的定量可视化 376
5.3.4 采动条件下深部岩体裂纹动态扩展尖端应力场可视化 383
5.3.5 深部煤层采动应力场演化及灾变特征的透明演化研究 386
5.4 岩体介质与岩体结构的裂隙场-渗流场的可视化分析 389
5.4.1 深部岩体孔隙结构多相流的可视化方法 389
5.4.2 岩石复杂孔隙结构内的自渗吸行为研究 390
5.4.3 深部岩石孔隙结构分叉状基本单元内自渗吸行为研究 392
5.4.4 深部岩石非均质孔隙结构中非混相的驱替过程可视化表征：多组分格子玻尔兹曼并行模拟研究和基于3D打印技术的实验验证 396
5.4.5 煤岩粗糙裂隙场渗透率的分形评估方法 396
5.4.6 采动条件下加载方式和加载阶段对煤岩裂隙场演化及瓦斯渗流特征的影响 400
5.4.7 深部岩石粗糙裂隙场流体的非达西流动行为 403
5.4.8 深部岩石单裂隙分形表面结构与界面动态流速关系模型 405
5.5 深部煤岩体损伤破坏与能量演化规律 409
5.5.1 复杂应力状态岩石损伤破坏与能量破坏准则 409
5.5.2 深部煤岩大变形本构方程及能量演化规律 413
5.5.3 高温环境下岩石能量演化规律与破碎特征 417
5.5.4 液氮低温作用下煤岩能量演化规律与破坏特征 420
参考文献 425
第6章 深部高应力诱导与能量调控理论 429
6.1 深部硬岩卸荷与动力扰动下力学与能耗特性 429
6.1.1 不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征 429
6.1.2 基于不同三轴加卸荷路径下硬岩的能量演化特征研究 431
6.1.3 深部硬岩真三轴卸荷破坏试验、理论及数值模拟研究 434
6.1.4 应力调整扰动下高应力硬岩巷道非常规破坏的室内试验模拟 441
6.2 深部近采场区域微震监测与预警系统 445
6.2.1 微震监测系统平台构建 446
6.2.2 微震震源定位新方法的研究 451
6.2.3 硬岩矿山微震震源波速场成像 457
6.2.4 微震作用下硬岩矿山灾害预警与防控 460
6.3 深部硬岩高应力与爆破耦合精细破岩理论 463
6.3.1 高应力下硬岩电爆破超动态过程综合实验平台的研制 463
6.3.2 高静应力与爆破动应力耦合破岩机理室内试验研究 466
6.3.3 深部矿岩高应变能可利用性以及爆破效果评价方法 471
6.4 深部硬岩非爆连续开采理论与技术 479
6.4.1 基于裂纹扩展模型的深部硐室围岩致裂规律研究 479
6.4.2 深部硬岩矿床连续开采深度判别 487
6.4.3 诱导致裂非爆连续开采的机具破岩特性实验研究 498
6.4.4 高应力硬岩非爆连续开采现场试验研究 513
参考文献 521
第7章 深部采动岩体变形监测预警与控制 524
7.1 背景 524
7.2 深部岩体变形的监测技术与演化特征 525
7.2.1 深部岩体变形的立体监测方法 525
7.2.2 金川二矿深部巷道变形时空演化 530
7.2.3 深部巷道内部变形与开裂演化 536
7.3 深部硬岩破裂机制与分析理论 541
7.3.1 深部硬岩破裂机制真三轴试验分析 541
7.3.2 破裂岩体的变形张量理论 545
7.3.3 高应力下硬岩破裂的裂纹尖端理论模型 550
7.3.4 硬岩连续-非连续变形分析物质点法 558
7.4 深部工程大变形的安全预警与优化控制技术 563
7.4.1 深部巷道大变形分级预警方法 563
7.4.2 金川二矿深部巷道大变形预警管理标准及其实例分析 565
7.4.3 金川镍矿深部巷道大变形支护控制实践 566
参考文献 568
第8章 深部煤矿安全绿色开采方法与技术研究 570
8.1 深部煤炭安全绿色开采及“高保低损模式”研究 570
8.1.1 深部开采界定 570
8.1.2 安全绿色开采定量评价 583
8.1.3 深部安全绿色开采“高保低损”模式探讨 590
8.2 深部采动煤岩体多尺度破坏机理及演化规律 595
8.2.1 深部采动煤岩体复杂裂隙网络表征与力学特性多尺度效应 595
8.2.2 开采扰动下煤岩破裂、失稳的能量机制与判别准则 601
8.2.3 煤岩失稳的率响应机制和触发条件 608
8.2.4 煤岩体失稳破坏多因素协同作用力学模型和损伤驱动机制 613
8.3 深部采动含瓦斯煤体力学-渗流响应规律与增渗关键技术 616
8.3.1 煤体孔隙结构特征参数 616
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