基于大数据分析的深部岩石跨尺度破裂演化实验研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51774138
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0404.矿山开采基础理论
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

With the exploitation of resources into deep deposits, the mechanical behavior of rock mass in deep is completely different from that in shallow, which has led to frequent disasters, and difficult to predict and prevent. This topic intends to study fracture mechanism and mechanical behavior for deep rock, and to simulate deep environments by triaxial compression. Firstly, with CT, SEM, X-ray diffraction, spectral analysis etc., to gain the micro structural information of rock before loading. Extracting the fracture characteristics, the phase characteristics and the crystal structure feature information of both the fracturing sources and their evolution paths after loading. Secondly, all of the feature information is processed and fused by the matter element theory, and then building the data model of rock meso-structure and the multi index model of the fracture sources and its evolution, which will provide data and model foundation for big data analysis. Finally, through the decision tree clustering analysis, causal analysis and fault tree analysis etc. big data analysis methods to study the inherent relationship between the rock meso-structure and the fracture cross scale evolution processes of rock, and the cross-scale evolution mechanism of rock fracture. At last proposed the predict method of instability of rock mass, which will provide the theoretical foundation for deep engineering disaster prevention.
资源开采进入深部以后,岩石存在完全异于浅部的力学行为,现有的岩石力学理论难以有效解决深部工程问题,导致灾害事故频发,难以预测和防治。本课题通过深部花岗岩真三轴力学加载模拟试验,研究深部岩石破裂机理及力学行为理论。首先,借助工业CT扫描、扫描电镜、X射线衍射和光谱分析等综合手段,获取岩石加载前细观结构信息与加载后破裂源及其发展演化路径的断口特征、物相特征、晶体结构特征信息。其次,通过物元理论对各项特征信息进行加工融合,进而构建岩石细观结构数据模型和破裂源及其发展演化的多指标表征数据模型,为大数据分析提供数据和模型基础。最后,通过决策树聚类分析、因果分析和事故树分析等大数据分析方法,研究岩石跨尺度破裂演化过程与细观结构的内在关系,以及岩石跨尺度破裂演化机理,最终提出岩石破裂失稳预判方法,为深部工程灾害防治提供理论基础。

结项摘要

本项目以岩石跨尺度破裂演化为研究主线,围绕岩石原始细观结构量化表征、初始破裂源识别、跨尺度破裂演化及岩石破裂失稳预测开展系统性研究,达到了预期研究目标。研究成果如下:(1)从岩石内部的矿物成分和结构特征信息角度出发,将微元理论和物元理论相结合,利用微元法将岩石离散化,利用物元理论将岩石微元细观结构数据融合,建立了表征岩石细观结构的模型和方法,实现岩石细观结构的量化表征,为建立岩石数字化模型奠定理论基础。(2)通过CT技术可视化分析岩石破裂源产生和演化过程,结合破裂源形成与细观结构的关系,总结得出破裂源的三种类型:孔洞型、微裂纹型和矿物颗粒型;在此基础上,建立了以裂纹体积、表面积和三维分形维数为指标的岩石跨尺度破裂演化量化表征方法,为从细观角度揭示岩石跨尺度演化机理提供新的途径和方法。(3)利用构建的能够反映岩石实际矿物成分、含量和空间分布等细观结构特征的岩石数字化模型,从矿物强度、粒径和粘结强度等方面,运用多因素方差分析法,量化研究了细观结构对岩石跨尺度破裂演化的影响,揭示了岩石跨尺度演化与细观结构内在关系,从细观尺度上丰富和完善了对岩石跨尺度演化机理的认识。(4)利用克里金方法建立了岩石内部细观结构预测模型,实现了岩石细观结构的精细化表征,有助于可视化分析岩石破裂过程的细观力学行为,进一步利用大数据分析方法,构建了基于Delaunay-XGBoost的岩石内部裂纹预测模型,实现了岩石裂纹扩展的动态预测,为形成岩石破裂失稳预判模拟方法奠定基础。基于上述研究成果,在国内外重要学术期刊发表论文16篇,其中SCI收录5篇,EI收录7篇,北大中文核心期刊论文4篇;申请国家发明专利1项,授权软件著作权1项;参加国内学术会议6次,国际学术会议2次;培养研究生6名。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Experimental study of energy and frequency characteristics of acoustic emissions induced from tensile and shear cracks in tunnel rockburst process
隧道岩爆过程中拉剪裂缝声发射能量及频率特性试验研究
  • DOI:
    10.1080/19648189.2020.1827298
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    European Journal of Environmental and Civil Engineering
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Yanbo Zhang;Peng Liang;XuLong Yao;Lin Sun;BaoZhu Tian;XiangXin Liu
  • 通讯作者:
    XiangXin Liu
基于CT扫描的巷道岩爆洞壁破坏特征实验研究
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2019.0942
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁鹏;张艳博;孙林;姚旭龙;田宝柱;刘祥鑫;黄艳利;陈绍杰
  • 通讯作者:
    陈绍杰
粉砂岩破裂过程中波速场演化特征试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    河南理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王科学;张艳博;姚旭龙;梁鹏;刘祥鑫
  • 通讯作者:
    刘祥鑫
单轴压缩下饱水花岗岩破裂过程声发射频谱特征试验研究
  • DOI:
    10.16285/j.rsm.2018.0584
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳博;梁鹏;孙林;田宝柱;姚旭龙;刘祥鑫
  • 通讯作者:
    刘祥鑫
巷道岩爆过程能量演化特征实验研究
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2018.1407
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁鹏;张艳博;田宝柱;姚旭龙;孙林;刘祥鑫
  • 通讯作者:
    刘祥鑫

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其他文献

基于多参量归一化的花岗岩巷道岩爆预测试验研究
  • DOI:
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    2016
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    岩土力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳博;梁鹏;刘祥鑫;刘善军;田宝柱
  • 通讯作者:
    田宝柱
不均质性对岩石破裂过程的影响实验研究
  • DOI:
    10.13827/j.cnki.kyyk.2019.09.015
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    矿业研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张艳博;张恩源;孙林;田宝柱
  • 通讯作者:
    田宝柱
Analysis of Precursors Prior to Rock Burst in Granite Tunnel Using Acoustic Emission and Far Infrared Monitoring
利用声发射和远红外监测分析花岗岩隧道岩爆前的前驱体
  • DOI:
    10.1155/2013/214340
  • 发表时间:
    2013-12
  • 期刊:
    Mathematical Problems in Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁正召;刘祥鑫;张艳博;唐春安
  • 通讯作者:
    唐春安
水对岩石破裂失稳过程声发射频谱特征的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    矿业研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄晓红;李莎莎;张艳博;刘祥鑫
  • 通讯作者:
    刘祥鑫
含水对泥质粉砂岩Ⅰ型断裂的影响机理及试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国矿业
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    詹思博;刘祥鑫;张艳博;王晓雷
  • 通讯作者:
    王晓雷

其他文献

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张艳博的其他基金

工程岩体损伤空间复合三维成像理论与稳定性评价研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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