损伤导致节理岩体渗流模型

岩体内部含有大量节理裂隙,当岩体受到扰动后,这些节理裂隙将张开、扩展并贯通,形成渗流通道,这使得岩体渗透性发生急剧变化。为了描述这种由节理裂隙扩展导致的岩体渗流场发生的变化,将这些节理裂隙看作岩体内部损伤,假设渗透张量与损伤张量主轴重合。在渗透张量主空间内,认为岩体在一个主方向上的渗透系数决定于其他两个主方向上的损伤,建立了相应的损伤与渗透系数之间的关系。在外部荷载作用下,损伤将发生演化,从而导致渗透系数也发生演化。为了描述这种渗透系数演化过程,采用已有的损伤演化方程,通过渗透系数与损伤之间的定量关系,来刻画岩体扰动过程中渗透系数的变化规律。通过与已有数据对比分析及数值模拟验证,所发展的损伤导致的岩体渗流模型是合理的,能有效地反映节理裂隙发育对岩体渗透性的影响。     

水库蓄水裂隙岸坡断裂损伤分析

基于能量原理,用初始损伤张量和裂纹扩展附加损伤张量描述裂隙岸坡水-岩作用下的损伤演化过程,得到裂隙岩体在考虑渗透压作用下的本构关系与损伤演化方程,探讨渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,建立裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型.在此基础上,以水库蓄水期库区裂隙岸坡为例,进行渗流—损伤—断裂耦合分析.研究结果表明:随着蓄水深度的提高,断层及岸坡损伤范围扩大,相对损伤增加,x方向的渗透系数k随着水深增大而不断增大,所得结果可为岸坡的治理提供依据.     

岩质边坡渗流场中等效连续介质模型的应用

在运用等效连续介质模型分析了裂隙岩体诊流场时，综合考虑并比较了单孔压水试验和节理裂隙统计取得的渗透系数，获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量．将这种确定渗透张量的方法应用于某铁矿边坡工程渗流场分析中，取得了较好的结果．     

基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式研究

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。     

基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。     

确定岩体渗透参数的结构面控制反演法

从裂隙渗流的基本运动方程出发,反求岩体的渗透参数是工程控制论中一类典型的偏微分方程分布参数控制反问题,对于这类反问题常用数值法求解．考虑到结构面控水特点,依据岩体渗透系数张量与结构面产状的基本关系式,提出了一种结构面控制反演法．该方法不仅可以反算出岩体的渗透系数张量,而且可以反求出岩体控水结构面的当量渗透系数、渗透系数张量的主值和主方向,同时应用该方法计算的解具有较好的唯一性．以溪洛渡水电站工程为例介绍了这种数值反演方法在确定岩体渗透参数中的应用．     

裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合分析模型

从流体扩散能量叠加原理出发,建立了裂隙岩体介质的渗流张量解析表达式。综合应用断裂力学与损伤理论,探讨了复杂应力状态下裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的起裂准则,建立了裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,提出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系以及裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合模型。     

裂隙岩体渗流场与损伤场耦合模型研究

基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用，探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程，给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系，从而建立了多裂隙岩体渗流场与损伤场耦合分析模型，在此基础上，对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析，结果表明，左边坡相对于右边坡有更大的损伤演化区，应适当考虑左边坡的锚固和防渗措施。     

岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合模型及应用

基于岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合效应是引起岩体工程高压突水、水力劈裂等地质灾害的重要原因,研究高水压下岩体裂隙的劈裂损伤机理和各向异性渗流特性,建立岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合理论模型。将损伤应力场和渗流场作为2个子系统,采用间接耦方法构建岩体裂隙渗流-劈裂-损伤耦合数值模型。将模型应用于山西省长治市潞安王庄矿3号煤4309工作面高压注水软化顶煤工程,对高压注水下煤岩体的渗流-劈裂-损伤耦合响应规律进行研究。研究结果表明:所建模型反映了渗透压对岩体柔度张量的贡献和翼形裂纹扩展对裂隙岩体渗透张量演化的贡献;在高渗透压条件下,煤岩的应力场会发生很大变化,甚至可能改变煤岩应力拉压状态;高渗透压改变了煤岩裂纹结构,导致煤岩破裂是高压注水软化顶煤的基本原因;潞安王庄矿3号煤4309工作面的合理注水压力为7 MPa左右,这在现场注水现场试验中得到证实。     

基于等效连续介质的坝区裂隙岩体渗控效应分析

将裂隙样本法和现场测试法结合,先用裂隙样本法初步确定裂隙岩体的渗透张量,获得渗透主值和主方向,再采用现场测试法来修正裂隙岩体的渗透张量。用上述方法对西南某水电站坝区裂隙岩体的渗透张量进行计算,通过对坝区右岸地下水位的数值计算值与钻孔实际水位的比较,验证该方法的可靠性。最后对坝区进行三维有限元渗流分析,验证坝区防渗排水措施的合理性。     

基于实测结构面网络的岩体渗流特性分析

以甘肃北山核废料处置预选场址中的某均质区为研究对象,利用实测迹长与隙宽的关系确定隙宽并根据以往的压水试验资料对隙宽进行修正。基于数字化量测方法获得的结构面网络模型,考虑实际地应力的作用,采用离散元方法进行渗流—应力耦合分析,确定了均质区内各测区的等效渗透系数及主渗透方向。根据现场观测的结构面填充和胶结及以往压水试验的反演,将垂直于最大水平主应力方向的结构面隙宽替换为花岗岩等效隙宽进行渗流分析。此外,提出一种反映实际渗流快慢的等效路径渗透系数,该渗透系数是基于连通路径上不同渗流段渗透系数的综合值。在确定等效路径渗透系数计算方法的基础上,研究了各测区最大,最小等效路径渗透系数及其方向(最短渗流路径)。结果表明,该均质区岩体中真实渗流路径上的等效路径渗透系数明显大于渗流断面上的等效渗透系数,而且往往取决于渗透系数最小的渗流段。     

鄂尔多斯盆地现今地应力测量及其在油气开发中的应用

油气田开发中实施水力压裂措施、部署和优化注采井网必须考虑现今地应力方向、大小及其分布规律.通过岩石声发射法、钻孔井臂崩落法、古地磁定向岩石差应变法以及岩石压缩等实验方法,测定了鄂尔多斯盆地伊陕斜坡区现今主应力大小和方向,并以吴旗探区为例,讨论了现今地应力在油气开发中的初步应用.认为伊陕斜坡区不同深度砂岩的现今最大水平主应力(δ1)值介于20.3～60.01MPa之间,与深度线性相关性好,相关系数=0.952;现今最大水平主应力方向为NE-NEE-近EW向,由盆地西南(西)向东北(东)方向逐步偏转变大.在现今应力状态下,吴旗探区中生界延长组长6储层NNE-NEE向裂缝系统在水力压裂过程中将首先启动张开并连通,最先形成有效主渗流通道,随着外界流体压力逐步增大,NW及NWW向裂缝系统可成为次级渗流通道;同时认为长61储层人工裂缝扩展方位约为NE-SW向,压裂缝为沿最大水平主应力方向延伸的垂直裂缝,且井孔相对稳定.     

各向异性应力边界条件下不同方向裂缝的变形特征

裂缝随地应力的变形规律对油气藏的高效开发具有重要的指导意义,目前中外对裂缝应力敏感变形特征的研究多集中在各向同性应力且方向与宏观压力梯度方向平行条件下的裂缝变形特征.但对各向异性应力不同方向裂缝的应力敏感特征研究较少.为此,建立各向异性应力条件下不同方向裂缝的变形计算模型,并研究流体压力、弹性参数、几何参数等对裂缝变形的影响及整个渗流介质渗透率张量的变化规律,最后通过物理模拟实验验证该模型的准确性.研究结果表明:裂缝性渗流介质加载各向异性应力时,与最大主应力方向夹角越小的裂缝渗透率越大;两组裂缝不对称分布时,随流体压力增大,裂缝系统渗透率主值变大,主值方向逐渐偏向应力敏感性强的那组裂缝,当两组裂缝正交分布时,只有主值大小会发生变化,最大主值方向始终平行于弹性模量较小的那组裂缝.     

三维裂隙岩体渗流广义混合模型及其应用

了裂隙岩体渗流离散模型与等效连续模型的优缺点，提出裂隙单元与岩体单元交界面上水头连续面允许流量不连续的观点，通过裂隙单元和岩体产声望财矩阵的组装，建立了三维裂隙岩体渗流主昆合模型。     

非均质各向异性对地层渗流及油井产能的影响

非均质和各向异性对油藏内渗流及油井产能有明显影响。假设各向异性地层被间断面分隔成具有不同渗透率的非均质区域,利用坐标变换和镜像原理得到非均质各向异性地层渗流流动的解析解,给出了渗流特征和油藏工程分析。通过分析得出：一般情况下各向异性地层中的井点与其镜像井相对于间断面呈非对称分布,等压线在各区域内部呈椭圆形分布,但在间断面附近呈不规则分布。当相邻区域渗透率小于井所在区域渗透率时,各向异性强度越大,间断面与渗透率最大主方向夹角越大,则井控制面积越小,产量越小;反之亦然。当间断面与渗透率最大主方向夹角较大时,应适当加大井位到间断面的距离,以便增加单井的控制面积和产量;当间断面与渗透率最大主方向夹角较小时,应适当缩小井位到间断面的距离,以便提高间断面附近地质储量动用程度和最终采收率。     

地下水封储油洞库各向异性渗流特征的数值模拟

以某地下水封储油洞库为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件分析了施工期与运营期地下水渗流场的分布规律,并比较了裂隙岩体渗流各向同性与各向异性两种工况下孔隙水压力分布的差异,最后计算了围岩渗水量.结果表明,人工水幕系统对于保证洞库水封起到至关重要的作用;采用裂隙岩体渗流各向同性评估洞库间岩柱的稳定性更为安全;利用数值模拟方法计算得到施工期及运营期单洞库渗流量分别为1 130 m3/d和775 m3/d.     

泥砂介质注浆渗流通道形成力学机理分析

为研究在泥砂介质中的注浆渗流通道形成机理,设计了注浆实验系统;并由实验结果可知化学浆液在泥沙介质中渗流的主要形式为柱形渗流和面形渗流两种;在格里菲斯判据的基础上,推导了浆液形成渗流通道所需要的最小注浆压力p min;在渗流力学的基础上分析了浆液在介质中渗流的的压力损失,得知浆液在渗流通道不同位置处的注浆压力p1;当p1p min时,浆液将劈裂被注介质形成新的渗流通道;当p1p min时,浆液将停止劈裂被注介质,该通道封闭。     

岩质边坡稳定性的渗流耦合分析

分析总结了裂隙岩体水力行为特征以及对边坡稳定性的影响,指出了边坡稳定性分析时对地下水研究的重要性。通过对某边坡在天然状态下和在考虑参流场作用时的三维有限元分析可知,渗流力的作用使边坡内破坏单元大量增加,安全系数也明显降低。     

单向荷载下确定岩体损伤参数的可行性研究

从工程地质的观点出发 ,运用分析损伤的基本思想 ,系统分析了单向荷载下确定岩体损伤参数的可行性 ,认为在单向荷载下不能确定岩体的初始损伤参数 ,但可以得到试件的损伤演化方程。提出了将此方程用于建立岩体损伤演化方程的技术路线和前提条件