裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

由统计规律模拟生成的岩体裂隙网络的非稳定渗流数值分析

研究裂隙岩体中渗透水流随时间、边界条件的变化规律,从而客观反映渗透水流情况,具有重要的意义.利用MonteCarlo模拟岩体中裂隙网络分布情况,基于裂隙岩体网络非稳定渗流数学模型,编制相应的程序,并通过算例进行验证,进而对工程实例进行分析.结论表明:运用MonteCarlo方法模拟岩体中裂隙网络分布状况并进行渗流分析是一种较好的分析方法;当边界条件发生变化时,裂隙岩体中水头分布变化存在一定的滞后性,并且当边界条件变化一定时,岩体中水头分布受时间变化影响不大.     

岩体结构面的渗透性网络模拟研究

通过对裂隙岩体露头处的裂隙进行调查统计,根据备结构面的分布特征,进行计算机裂隙网络模拟.利用数值计算方法求解等效岩体渗透张量,通过对服从莱分布的裂隙网络进行多次抽样,得到该分区岩体渗透性的系列等效值,进而可以评价研究区岩体的渗透性状况,同时为合理评价工程岩体的稳定性提供科学依据.图3,参7.     

辽阳硅石矿岩质边坡岩体裂隙宽度概率统计

岩体随机不连续面三维裂隙网络模拟是近年来一项评价岩体结构特性的重要手段,但该模型中并未考虑裂隙宽度对岩体稳定性的影响.对辽阳石门硅石矿岩质边坡的裂隙进行了现场不连续面窗口调查,利用卡方检验、K-S检验相结合的方法,对所统计的裂隙宽度进行概率统计分析,从而选取最佳概率分布类型.统计分析结果表明,辽阳硅石矿岩质边坡裂隙宽度分布多呈伽马型分布函数,小于10mm宽度的裂隙占大多数,构造应力类型对裂隙宽度分布参数起主要影响,可为三维裂隙网络宽度模拟提供理论依据.     

裂隙煤岩体的流固耦合精细模型

将裂隙煤岩体视为裂隙-孔隙双重介质,以满足某种概率分布的主干裂隙网络描述煤岩体裂隙的分布;将主干裂隙间包含低序次裂隙的基质煤(岩)块视为各向同性孔隙介质,建立裂隙煤岩体的流固耦合精细模型.对不同介质分别进行渗流-应力耦合分析,在应力计算时采用等厚度节理单元进行模拟,在渗流计算时,采用节理单元的中面坐标将节理单元转换为线单元进行模拟的数值技术,解决2类介质耦合求解时存在不同介质间流体的交换问题.研究结果表明:裂隙煤岩体流固耦合的数值实验结果反映了裂隙煤岩体渗流的各向异性,孔隙渗流滞后裂隙渗流现象,体现了煤岩体贯通主干裂隙网络对渗流场分布起控制作用;数值实验结果较真实地模拟了煤岩体应力分布的复杂性,体现了孔隙单元的有效体积应力和裂隙单元的有效法向应力随渗流发展的时效演化规律.     

部分充填周期性裂隙岩体渗流理论分析与试验

为研究部分充填周期性裂隙岩体的渗流特性,建立了岩体渗流分析模型.基于无充填裂隙中流体满足Navier-Stokes方程和多孔介质中渗流满足Brinkman-extended Darcy方程,采用不同介质交界面流速相等且剪应力连续的边界条件,推求出部分充填周期性裂隙岩体中流体的流速分布,并给出了岩体等效渗透率的理论表达式.研制渗透试验装置,选用混凝土模拟岩石基质,混凝土间的缝隙模拟岩体裂隙,砂岩模拟充填物,进行部分填充裂隙岩体的等效渗透试验.试验测得的结果与理论计算值相比,二者差值很小,试验很好地验证了等效渗透率表达式的有效性.     

裂隙岩体水-岩耦合传热研究

基于热运动控制微分方程,采用有限单元法模拟水流通过简单裂隙岩体的温度场,以研究水岩耦合传热规律.在裂隙水流速不变条件下,比较裂隙宽度变化引起的稳定温度场分布差异,探究裂隙宽度对水流耦合传热的影响.裂隙单宽一定时,研究不同裂隙水流速条件下岩体温度分布变化,结果表明温度场分布对裂隙水流速较为敏感.当裂隙岩体温度高于裂隙水温时,裂隙周边区域的岩石温度随裂隙水流速增大而呈非线性递减趋势.     

煤层底板裂隙网络的生成

矿井突水案例分析表明，绝大多数突水是由构造引起的。因此，将岩体作为由裂隙切割而成的介质来分析矿井突水无疑更接近实际情况。本文依据对现场石门岩壁裂隙统计得到裂隙分布规律，应用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法模拟原理，生成裂隙网络，为进行岩体裂隙特性评价和裂隙岩体力学模型的建立奠定了基础     

单孔示踪方法测定裂隙岩体渗透性研究

论述了单孔中测定裂隙岩体渗透系数、等效水力了隙宽及静水头的方法与有关的井流理论,单孔稀释定理推广到测定岩体渗透流速、流向等参数方面,推导了钻孔揭露多裂隙组稳定流混合井流理论,分别对吸水、涌水及单裂隙（组）的情况进行了讨论,并且介绍了试验仪器与方法,将单孔示踪方法应用于群孔之中,结合裂隙岩体的走向、倾角、裂隙分布等,确定出研究区域的裂隙岩体中的渗流场分布,该茂成果已应用于对家峡左坝肩裂隙岩体流场的研     

岩体饱和非饱和渗流有限元分析及应用

针对裂隙高度发育的岩体,把裂隙岩体等效为连续介质来处理,建立了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数学模型.采用有限元方法作为数值模拟手段,编制了考虑地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流有限元计算程序.最后介绍了文中分析方法在一实际工程问题中的应用.     

剪应力作用下断续节理岩体的强度特性

利用裂纹孤立原理结合裂纹线场理论,研究剪应力作用下断续多节理线尖端的精确弹性区应力场和脆断区应力场,将精确弹性区应力场和脆断区应力场匹配,确定了脆断区长度和荷载之间的关系,继而从理论上确定了断续任意多节理岩体的强度．该方法可以解决任意多节理岩体的强度特性问题,而且得到的是精确的理论解．     

节理岩体爆破破坏过程数值模拟

 针对目前常用的有限元和离散元等数值方法难以客观反映岩体中存在的大量断续节理和在外力作用下岩体破碎及块体运动的不足,提出采用最近新出现的数值方法——数值流形方法以解决目前岩体爆破中存在的上述问题.数值流形方法采用数学网格与物理网格以形成求解流形单元,很容易反映岩体中存在的众多初始节理,本文采用断裂力学准则模拟岩石节理和裂纹扩展,采用DDA中的块体运动学理论模拟块体运动,并通过算例对比分析了完整岩体和节理岩体爆破破坏模式的差异.模拟结果表明,节理存在对岩体爆破破坏模式有着重要影响,且其影响程度与节理的几何分布和物理力学性质有着密切关系.     

基于分形方法的深部砂岩地层岩石可钻性分析

石油钻井中测量岩石可钻性的主要方法是以井下取心为对象,测量岩石的力学性能和微钻法可钻性试验,但这种方法采样费用高,试验周期长,不能在现场直接应用,这对实际应用造成了很大困难。文中用筛析法分析不同围压下砂岩岩心碎屑的分布,发现砂岩岩心破碎碎屑是分形分布。不同围压的实验中,碎屑分布的分维值不同。随着围压的增加,砂岩破碎碎屑的分维增大。解释了砂岩碎屑分维增大的原因,研究了碎屑分形分布的物理机制。并进一步分析了砂岩岩心分形维数与可钻性和围压之间关系,为使用实际钻进过程中产生的上返岩屑描述可钻性指标奠定基础,为可钻性研究提供一条新的途径。     

岩石断面分形插值稳定性的实验研究

岩石断裂表面是粗糙的 ,而断裂表面的粗糙度 ,对研究裂纹的萌发、扩展以及最后导致岩石断裂破坏过程中的本质规律起着十分重要的作用 因此 ,根据断裂表面上有限的数据点生成或拟合具有一定精度和适当粗糙度的曲线或曲面是研究断裂表面的一个重要课题 应用分形插值的方法能够得到预先给定的粗糙度 (分形维数 )的曲线 对线性分形插值在拟合岩石断面过程中的稳定性问题进行了讨论 ,所得到的结论说明当数据点 (插值结点 )存在微小误差时 ,得到的分形插值曲线也均只有相应的微小误差 从而得到了应用分形插值方法生成和预测断裂表面的可靠性保证     

基于分形网络模型的裂隙岩体渗流特性分析

基于分形网络模型提出了裂隙岩体渗透率参数估计方法。采用网格模板方法产生具有分形结构的岩体裂隙网。根据渗流网络的并联原理,建立了岩体裂隙网络等效渗透率计算方法。研究表明,岩体裂隙网络系统的等效渗透率随着裂隙分形比例因子和分级数目的增加而增加。裂隙岩体的等效渗透率能够采用分形网络方法进行解析预测。     

分形理论和岩石破碎的分形研究

介绍了分形的基本概念和4种分维数的确定方法，探讨了岩石破碎过程中的分形特征，推导了岩石爆破块度分布和分形维数的关系式，并建立了分维数与爆破参数的关系，从而为爆破参数优化进行块度预报提供了科学依据，为岩石破碎理论的研究提供了新的途径。     

系统科学在岩石破裂失稳研究中的应用（二）

运用现代系统科学理论，从突变，耗散结构，结构模式对偶性原理以及分形等方面对岩石破裂过程中的失稳进行了研究，在本文的第二部分，根据自然界结构模式的对偶性原理，研究了岩石破裂的失稳过程与地震孕育序列的一致性，并认为这种一致性究其根源是岩石试件与地壳介质在裂纹分布上存在着微观层次与宏观层次的自相似性。     

西南某水电站导流洞工程边坡块体稳定性分析

通过对裂隙性状的现场调查，确定了可能形成危岩体的各种裂隙空间组合，并对每种可能的危岩体进行了稳定性评价。     

基于分形方法的水力压裂裂缝起裂扩展机理

利用分形几何模型描述岩石断裂裂纹的曲折形态,建立了裂纹分形模型下的岩石应力强度因子表达式。在此基础上,以裸眼井为例分析了井底岩石的起裂压力,并建立了考虑裂纹分形扩展的缝内压力计算模型和裂缝宽度方程。理论分析结果表明,岩石扩展路径的曲折程度对模型的计算结果影响较大,考虑裂纹分形扩展后的模型计算数值大于直线型扩展的计算结果,且考虑裂纹分形模型与直线型模型的裂缝宽度计算值之比随着断裂面分形维数的增大而增大。     

基于相场法的岩石三点弯曲细观破坏数值模拟

岩石中裂纹的起裂、扩展和贯通等行为是研究岩石变形、强度及稳定性的关键力学问题,通过数值方法预测和分析裂纹扩展行为具有重要意义。相场法在严谨准确的理论框架内,克服了传统断裂力学理论及数值计算方法显式追踪裂纹面的挑战,能很好地模拟裂纹起裂、扩展、分叉和多裂纹相互贯通。本文通过裂纹扩展主要区域建立了能够反映岩石内部细观结构的多尺度模型,利用相场法从细观力学尺度预测和分析了岩石三点弯曲时内部裂纹的起裂、扩展和贯通的破坏过程,分析了矿物颗粒的位置分布和能量释放率等参数对裂纹扩展行为的影响规律。通过与室内岩石三点弯曲宏观和细观试验对比分析,结果表明,相场法能够很好地模拟和预测具有复杂细观结构的岩石内裂纹的萌生、扩展和贯通的破坏过程。