岩石蠕变非线性混沌控制及不协调蠕变关系的分形定量调节

通过岩石蠕变力学实验与岩石力学理论的相互结合，研究岩石蠕变演化过程的非线性和系统的复杂性特征，并运用混沌动力学基本理论，对岩石蠕变演化进程的分阶段状态进行定性和定量的混沌评价。建立基于混沌指标变化的岩石蠕变系统演化动力学方程，分析运动方程的稳定性，运用混沌控制理论研究岩石蠕变过程鲁棒性水平的混沌控制方法。工程岩体蠕变变形的现场工业性试验成果与混沌控制理论研究成果一并，联合确定岩石蠕变过程中鲁棒性混沌控制的指标参数。综合工程岩体蠕变变形的现场工业性试验、岩石蠕变演化过程非线性特征和系统复杂性的研究成果，进行控制岩石蠕变实验周期的应用研究，得到控制稳态蠕变实验过程和缩短进入稳态蠕变阶段的时间两条途径及其控制效果。对岩石蠕变力学实验成果进行扫描电镜和光学电子显微镜的取像实验，运用分形几何学进行岩石显微构造不协调蠕变关系的定量调节研究，填补该研究领域的空白。课题研究具有一定的理论价值和实际意义。

运用非线性动力学理论研究岩石蠕变演化过程的非线性和系统的复杂性特征，是当前岩石力学与工程领域的研究热点与难点。本项目主要研究岩石蠕变系统演化动力学方程及松弛特性，岩石应力松弛状态演化的分形与混沌特征，工程岩体现场蠕变变形的复杂性，岩石蠕变实验周期的控制条件，煤岩蠕变细观损伤机制的围压调节，以及岩石细观破坏机理的分形几何。取得如下研究成果：.1) 以基本模型为基础，综合多因素建立了岩石蠕变系统演化动力学方程，得到了粉砂岩的应力松弛特性。2) 应用Lyapunov指数及时间序列分析法，研究得到了深埋岩石应力松弛状态演化的分形与混沌特征。3) 实验室内实验与现场实测相结合，研究了工程岩体现场蠕变变形的复杂性。4) 研究了控制岩石蠕变实验周期的条件。5) 工程支护的作用原理源于围压改变对岩土工程围岩流变特性的调节，在细观尺度层次上研究了深井煤岩体蠕变破坏与围压变化之间的关系，探究了其损伤机制。6) 从岩石损伤的统计特性入手，结合Weibull分布理论及分形几何学，建立了石灰岩细观破坏机理的分形损伤模型，理论曲线与试验结果符合，对岩石细观破坏机理的研究具有参考价值。