Modèle de prédiction de la résistance de la dolomite fracturée et analyse des propriétés mécaniques basée sur PFC3D

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13368 (2023) Citer cet article

131 Accès

Détails des métriques

Pour étudier les propriétés mécaniques de la dolomite fracturée, cette étude a analysé les caractéristiques de fracture (angle d'inclinaison, longueur, position, quantité) à l'aide du coefficient de Pearson et du coefficient MIC. Par la suite, les données relatives aux caractéristiques de fracture sont prétraitées à l'aide d'un polynôme du troisième degré, et une stratégie à trois classifications est mise en œuvre pour améliorer l'algorithme de régression logistique afin d'établir le modèle de prédiction de résistance de la dolomite fracturée. De plus, l'ordre d'importance de l'impact des caractéristiques de fracture sur la résistance de la roche a été déterminé à l'aide du logiciel de simulation numérique PFC3D, et l'effet de l'angle d'inclinaison a été expliqué du point de vue de la propagation interne de la fracture dans la roche. Les résultats montrent que : (1) Lorsque le coefficient de régularisation λ = 10 000, l'algorithme a la précision de prédiction la plus élevée et la capacité de généralisation du modèle la plus forte. (2) Le logiciel d'analyse de simulation numérique PFC3D peut inverser avec précision le processus et les caractéristiques de rupture de la roche, et l'ordre d'influence des caractéristiques de fracture sur la résistance de la roche est l'angle d'inclinaison > la longueur > la position.

La construction de projets d'ingénierie souterraine, tels que des tunnels dans des strates dolomitiques, progresse rapidement. Acquérir une compréhension globale des propriétés mécaniques de la dolomite est essentiel pour assurer la sécurité de ces constructions souterraines. Actuellement, la recherche en mécanique des roches basée sur les principes de la mécanique des milieux continus progresse vers sa maturité. Cependant, prédire avec précision le processus d’initiation et de propagation d’une fracture reste une tâche difficile. De plus, la quantification des caractéristiques combinées des fractures pose des difficultés importantes, entraînant des écarts substantiels entre les résultats calculés et l'état mécanique réel des masses rocheuses rencontrées dans les applications pratiques d'ingénierie souterraine. La présence de fractures internes au sein des massifs rocheux constitue l’une des principales causes contribuant à la dégradation de la résistance des roches1. Par conséquent, mener une étude détaillée des caractéristiques de comportement mécanique et du mécanisme de diffusion des fractures de la roche fracturée sous charge, tout en explorant la corrélation entre les caractéristiques de fracture et la résistance de la roche, revêt la plus haute importance.

À l'heure actuelle, un grand nombre d'études sur les roches fracturées ont été réalisées au pays et à l'étranger, comprenant principalement un modèle de prévision de la résistance par analyse de résistance et un mécanisme de diffusion des fractures2,3,4,5,6,7,8. Dans la solution analytique basée sur la théorie de la résistance des roches, Xinxi et al. amélioré le critère Drucker-Prager basé sur l’influence des cycles sec-humide et du pendage de fracture sur la résistance des schistes9. Liu et coll. ont proposé un nouveau critère de résistance, à savoir le critère du taux de libération d'énergie potentielle minimale, qui permet de décrire plus précisément le comportement à la rupture des matériaux10. Jiang, M et al. ont proposé un nouveau critère de résistance en analysant les résultats de la simulation DEM. Ce critère prend en compte le caractère aléatoire et la variabilité spatiale des fissures et peut être utilisé pour évaluer la résistance et le comportement à la rupture de fissures aléatoires dans les roches profondes11. Dans le modèle de prédiction de la résistance des roches fracturées, la plupart des algorithmes d'apprentissage automatique constituent la base théorique, grâce à la recherche d'expériences de données pour établir un modèle de prédiction. Zhongping et al. a établi le modèle de prédiction de la résistance au cisaillement du mélange sol-roche en utilisant l'ajustement de données d'essais solides et de données d'essais numériques12. Huimei et coll. ont étudié les modèles évolutifs de propagation des fissures et observé une croissance exponentielle de la vitesse de propagation des fissures au fil du temps. Par la suite, ils ont proposé un modèle de prédiction de rupture du massif rocheux basé sur la vitesse de propagation des fissures13. Li et coll. ont proposé une méthode d'analyse basée sur le modèle de réseau de fractures, qui permet de prédire plus précisément la résistance au cisaillement des fractures rocheuses dans différents états d'ouverture14. Les résultats de recherche sur l’angle d’inclinaison de la fracture sont les plus abondants dans l’étude des mécanismes de diffusion des fractures basés sur les caractéristiques de la fracture. Wei et coll. a réalisé un test de compression dynamique uniaxiale sur des échantillons de roche fracturée imprimés en 3D, puis a étudié l'influence de l'angle de pendage de la fracture sur les propriétés mécaniques dynamiques et la loi de dissipation d'énergie15. Wang et coll. ont principalement étudié les caractéristiques et les mécanismes de rupture du granite avec différents angles de pendage des joints et des fractures à travers des expériences et des simulations numériques16. Zhi-yao et coll. a utilisé le logiciel RFPA2D pour étudier la loi de propagation de fractures non coplanaires superposées sous différents angles d'inclinaison17. Certains chercheurs ont également étudié les caractéristiques des fractures multiples. Luo et coll. ont étudié le processus de rupture d'échantillons de granit fracturé avec différents angles d'inclinaison, largeurs et longueurs sous chargement triaxial, et ont révélé les propriétés mécaniques, les modes de rupture et les lois de transfert d'énergie du granit sous chargement triaxial18 Ping et al. effectué des tests de compression par impact sur 45 ensembles d'échantillons de grès fracturés intacts avec différents angles d'inclinaison, et étudié les propriétés mécaniques dynamiques et la consommation d'énergie du grès fracturé avec différents angles d'inclinaison sous charge d'impact19.