考虑各向异性的岩石孔隙结构多尺度冷却固化重构研究

In this fund, taking the prediction of physical and mechanical behavior of rock mass under complex geological conditions as the engineering background, laboratory test and numerical simulation are combined to study the problem of "conventional simulated annealing reconstruction method fails to take into account the multi-scale and anisotropic characteristics of rock". Rock CT scanning images are obtained by rock CT scanning test. Based on the CT scanning images, the multi-scale reconstruction system evolution method and porous structure cooling-solidification method are studied, and a multi-scale cooling-solidification reconstruction system evolution method is proposed to reveal the mechanism of multi-scale cooling-solidification reconstruction of rock porous structure. Meanwhile, according to the definition of two-point probability control function, lineal path control function and fractal control function in the conventional simulated annealing reconstruction method, the definitions of them in the multi-scale cooling-solidification reconstruction system considering rock anisotropy are studied, and the new equations of those control functions are established based on the actual anisotropy property of rock, which reveals the mechanism of control functions characterizing rock porous structure considering anisotropy. Based on the above research results, a multi-scale cooling-solidification reconstruction method for rock porous structure considering anisotropy is proposed. The research results of this fund will provide new ideas for the reconstruction of rock porous structure model, and provide theoretical and technical support for improving the quality of rock porous structure reconstruction model.

本项目以复杂地质条件下岩体物理力学行为预测为工程背景，采取室内试验和数值模拟相结合的研究方法，围绕“常规模拟退火重构方法未能考虑岩石的多尺度和各向异性特性”等问题开展研究。采用岩石CT扫描试验手段获得岩石CT扫描图像，基于CT扫描图像研究岩石多尺度重构系统演化方法和孔隙结构冷却固化方法，提出多尺度冷却固化重构系统演化方法，揭示岩石孔隙结构多尺度冷却固化重构的机理。同时根据两点概率控制函数，线性路径控制函数和分形控制函数在常规模拟退火重构方法中的定义，研究其在考虑岩石各向异性多尺度冷却固化重构系统中的定义，并结合岩石实际的各向异性性质建立新的控制函数方程，揭示考虑岩石各向异性情况下控制函数表征岩石孔隙结构特征的机制。根据以上研究的成果提出考虑各向异性的岩石孔隙结构多尺度冷却固化重构方法。本项目的研究成果将为岩石孔隙结构模型重构提供新思路，为提高岩石孔隙结构重构模型的质量提供理论和技术支撑。

存在于自然界的岩石是一种复杂的地质材料，也是一种重要的工程材料。其内部存在大量不规则且不同尺度的孔隙结构，从而直接或间接的影响着岩石的物理和力学性质，如密度、强度、弹性、塑性和脆性等。认识和定量研究岩石孔隙结构特征，能够为复杂地质条件下岩体物理力学行为预测提供可靠的理论依据，对于岩土工程的灾害预警和安全评价有着十分重要的意义。本项目以复杂地质条件下岩体物理力学行为预测为工程背景，采取室内试验和数值模拟相结合的研究方法，围绕“常规模拟退火重构方法未能考虑岩石的多尺度和各向异性特性”等问题开展研究。采用岩石CT扫描试验手段获得岩石CT扫描图像，基于CT扫描图像研究岩石多尺度重构系统演化方法和孔隙结构冷却固化方法，提出多尺度冷却固化重构系统演化方法，揭示岩石孔隙结构多尺度冷却固化重构的机理。同时根据两点概率控制函数，线性路径控制函数和分形控制函数在常规模拟退火重构方法中的定义，研究其在考虑岩石各向异性多尺度冷却固化重构系统中的定义，并结合岩石实际的各向异性性质建立新的控制函数方程，揭示考虑岩石各向异性情况下控制函数表征岩石孔隙结构特征的机制。根据以上研究的成果提出考虑各向异性的岩石孔隙结构多尺度冷却固化重构方法。本项目的研究成果将为复杂地质条件下岩体的物理力学行为预测提供理论支撑。