结构化岩体扰动裂隙网络的标度律、空间重构及其损伤力学模型研究

"结构化岩体扰动裂隙网络的数学定量描述和力学行为确定"问题是水利工程中亟待解决的难题，是地下洞室开挖引起岩体塌陷灾害预测与控制、岩体透水性和稳定性评价等工程问题的基础理论支持。本项目利用后现代数学和力学工具，基于尺度和标度思想，研究揭示结构化岩体扰动裂隙网络产生的地质现象和力学机理，分析裂隙网络中简单与复杂、有序与无序、结构与随机、微观与宏观以及对称与对称破缺的对立统一关系，并通过裂隙扩展指数和扩展几率来计算裂隙网络的分维值，对结构化岩体扰动裂隙网络进行数学表达；根据维数与空间的对应性，研究确定结构化岩体扰动裂隙网络的标度律，进行结构化岩体扰动裂隙网络空间的重构；研究岩体力学性能参数与岩体扰动裂隙网络演化的关系，建立结构化岩体扰动裂隙网络损伤力学模型。实现岩体裂隙网络的定量描述及其力学行为的科学确定，为结构化岩体变形及灾害的准确预测和有效控制提供理论依据，促进水利学科中岩土力学方向的进步。

"结构化的岩体扰动裂隙网络的数学定量描述和力学行为确定"问题是水利工程中亟待解决的难题，是地下洞室开挖引起岩体塌陷灾害预测与控制、岩体透水性和稳定性评价等工程问题的基础理论支持。本项目利用后现代数学和力学工具，基于尺度和标度思想，研究揭示结构化岩体扰动裂隙网络产生的地质现象和力学机理，分析裂隙网络中简单与复杂、有序与无序、结构与随机、微观与宏观以及对称与非对称对称破缺的对立统一关系，并通过裂隙扩展指数和扩展几率来计算裂隙网络的分维值，对结构化岩体扰动裂隙网络进行数学表达；根据维数与空间的对应性，研究确定结构化岩体扰动裂隙网络的标度律，进行结构化岩体扰动裂隙网络空间的重构；研究岩体力学性能参数与岩体扰动裂隙网络演化的关系，建立结构化岩体扰动裂隙网络损伤力学模型。实现岩体裂隙网络的定量描述及其力学行为的科学确定，为结构化岩体变形及灾害的准确预测和有效控制提供理论依据，促进水利学科中岩土力学方向的进步。. 以该项成果为基础，进一步研究了结构岩体裂隙网络对地表沉降的影响规律，并应用于裂隙岩体开挖引起地表沉降预测中，建立考虑裂隙几何特征的地表沉降预测公式 。应用该式对某隧道开挖引起地表沉降进行预测。结果表明，考虑裂隙演化的地表沉降预测值较不考虑裂隙演化的地表沉降值大20%，更接近实际地表沉降监测值，对地下工程设计、现场施工监测、地表沉降控制和地面建（构）筑物保护起到了一定的指导作用。