土石坝水力劈裂

我国现有水库8．7万多座,大型水库的大坝70％以上是土石坝,而中小型水库的大坝90％以上是土石坝。随着施工技术的逐步发展以及大型施工机械的应用,坝高不断增加。在我国,己有多座200m甚至300m以上的高土石坝正在建设或设计论证之中。对低坝,经验比较成熟,而高坝建设中仍有不少问题有待解决,其中水力裂就是一个非常重要的问题。     

土质心墙坝水力劈裂影响因素的研究

分析研究了心墙与坝壳的泊松比、弹性模量以及心墙倾斜度等因素对心墙水力劈裂的影响,研究结果表明,心墙泊松比对心和劈裂的影响较大,提高心墙与坝壳泊松比都有利于心墙防止水力劈裂,另外,坝壳与心墙的弹性模量比愈大,心墙愈易产生水力劈裂,斜心墙比直心墙更利用防止水力劈裂。     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。     

沥青混凝土水力劈裂及裂缝淤堵试验研究

高土质心墙水力劈裂问题,是目前世界普遍关注又亟待解决的关键问题之一,判断心墙在蓄水条件下是否发生水力劈裂,将直接关系到大坝的安全与稳定.本文就针对这一问题,对沥青混凝土试件采用具有不同结构效应的厚壁空心圆柱体试件和圆形平板试件分别进行了水力劈裂和裂缝淤堵试验,结果表明,试件都是在内外水压差和发生径向变形之后才会发生水力劈裂,并且一定比重的膨润土对堵缝有较好的效果.     

层状岩体巴西劈裂声发射特性研究

为了研究层状岩体在巴西劈裂条件下的破坏力学行为,建立基于颗粒离散元的层状岩体数值模型,采用基于矩张量理论的声发射计算方法,对层状岩体巴西劈裂条件下的声发射规律进行分析.研究结果表明:同一角度下,岩体的劈裂强度随着层理面强度的增加而增加.当层理面的强度值与岩石基质体相当时,岩石表现出各向同性的特点;当层理面强度小于岩石基质时,岩石的劈裂强度随着角度的变化呈现出U形分布的特点.各种工况下,拉裂纹的占比均大于剪切裂纹的占比,说明拉伸破裂是岩石微观破裂的主要类型.各种工况下,岩石的矩张量值主要分布在-5.75～-5.0之间,且峰值出现在-5.5～-5.25区间.声发射事件的矩张量大小与其数量之间的关系大致服从正态分布.随着层理面强度的减小,b值大致呈现出增加的趋势,说明声发射能量较小的事件在岩石层理面强度较小时占比较大.     

高压工程灌浆中应防止岩体劈裂问题

几乎所有的水利水电工程都要用水泥灌浆对坝基、坝肩等工程部位进行处理,而高压灌浆则是经常选用的技术方法.但不是所有岩体都适应高压灌浆.由于各类岩体都有自身能承受的临界压力,超过这个压力岩体即发生劈裂破坏,造成大量水泥流失,达不到工程要求.本文在大量试验的基础上,提出了可防止岩体劈裂的高压灌浆方法.     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

基于扩展有限元的混凝土重力坝水力劈裂分析

利用扩展有限单元法在求解不连续问题上的独有优势,在裂纹面以水压力方式模拟水力劈裂荷载,以解决裂纹扩展时涉及裂纹面非线性和移动边界问题。针对某待建混凝土重力坝,通过ABAQUS软件建立黏聚力裂纹扩展模型模拟水力劈裂,采用上游超载静水压力模拟高水压作用,研究不同裂纹长度、角度及裂纹面水压力对裂纹扩展的影响。结果表明：在相同初始裂纹夹角和水压作用下,裂纹起裂方向与预置裂纹方向夹角值基本一致;预置裂纹与水平向夹角为45°时,裂纹扩展深度最浅;随着裂纹面水压力数值增大,坝踵预置裂纹逐渐向坝基底部扩展;随着坝体折断面预置裂纹长度的增加,预置裂纹尖端周围应力值逐步增大,坝顶和主裂纹最大张开位移也随之增大,最终形成一条主裂纹并不断地向下游坝基面进行扩展,结构承载能力逐渐降低。     

水力劈裂裂隙扩展与软弱面作用机理离散元研究

针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题,对离散元流固耦合算法进行改进,更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙(HFs)与天然软弱面(WPs)相互作用的数值模拟,得到5种作用模式,并获取不同模式之间的临界水压力值,进一步分析了试件的位移、接触力以及特征点的应力变化.结果表明:1)定压力注水试...     

基于Hoek-Brown强度准则的裂隙岩体劈裂注浆力学机理

为了获得裂隙岩体中劈裂注浆压力的计算方法,首先假设裂隙岩体服从非线性Hoek-Brown强度准则,采用断裂力学分析模型分析裂隙的劈裂压力,推导裂隙岩体中Ⅱ型和复合型裂纹的劈裂注浆压力计算方法.基于断裂力学中裂纹失稳机制,利用材料的线弹性特性,分析复合型加载条件下裂纹的失稳机制,并提出裂纹扩展的最有可能发展方向.最后,对非线性强度参数及裂纹长度对劈裂注浆压力的影响进行分析.研究结果表明:劈裂注浆压力的计算应该重点考虑裂纹长度和非线性强度参数的影响;裂纹长度对注浆压力的影响显著,注浆压力随裂纹长度增大呈非线性减小;注浆压力随非线性参数的增大而逐渐减小,随地质强度的增大呈先增大后减小的趋势.     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

岩石、岩体的动力强度与动力破坏准则

就岩石与岩体变形与破坏的时间特性进行了理论研究.研究了岩石及岩体的强度对于应变率的依赖关系及其机理,给出了考虑强度对于应变率依赖关系的莫尔库仑准则,确定了岩体的破坏尺寸与应变率之间的关系.讨论了若干时间性破坏准则,揭示了它们之间的内在联系.最后讨论了动力强度理论的应用.     

岩体三维主干裂隙网络渗流模型

渗流分析是水电工程中一项重要的研究内容,大坝周转岩体的渗流通道大多为裂隙网络,用连续介质渗流模型难以解决这一问题,针对岩体主干裂隙网络渗流特征,建立了岩体三维主干裂隙风络渗流模型,运用有限元数值方法,结合算例分析了坝基岩体主干裂隙网络渗流问题,理论解与有限元解元解的比较结果表明,岩体三维主干裂隙网络渗流模型及其有限元算法是有效而实用的。     

岩石脆性实验及压裂缝高度与宽度测井预测*

随着长庆油田勘探开发的不断深入,低孔低渗储层已成为主要勘探开发对象,几乎所有井的储层都要经过压裂改造才有产能。储层压裂改造的规模需要考虑岩石脆性剖面变化特征,其脆性系数从岩石力学的角度间接反映了储层被压开的难易程度。以长庆油田姬塬地区延长组地层为例,通过岩芯三轴脆性实验数据（杨氏弹性模量和泊松比）得到岩石脆性系数,并用其校正测井计算的岩石脆性系数,由此建立连续的岩石脆性系数剖面。在此基础上,推导并建立了岩石脆性系数与最小水平地应力的定量关系式,实现了基于岩石脆性系数的储层压裂缝高度与宽度的定量预测。将此方法应用于工区多口油井的压裂改造工程中,取得了良好的效果,值得推广应用。     

岩体水力压裂应力-渗流耦合近场动力学模拟

裂隙岩体应力-渗流耦合机制是油气开采、地应力测量与地质灾害防控等岩土工程活动的理论基础。基于近场动力学非局部作用思想提出了物质点双重覆盖理论模型,通过将近场动力学在模拟固体材料变形损伤与地下水渗流两方面的优势相结合,采用“混合”时间积分方案,构建了流体压力驱动条件下裂隙岩体应力-渗流耦合的常规态型近场动力学模拟方法,并将其应用于空心圆柱体注水试验模拟,揭示了水力裂隙起裂、扩展和贯通的作用机制,通过与室内试验及传统数值方法计算结果对比验证了模拟方法的有效性。模拟结果显示,空心圆柱体注水试验过程中岩体的变形和破坏完全是由水力驱动的,水力裂隙的产生是随机的,不需要指定裂隙扩展路径,并且水力压裂过程中致使试件破裂的能量存在积蓄-释放过程,应用近场动力学方法可以较好地捕捉该现象。     

煤岩体水力致裂弱化技术及其进展

针对煤矿开采中坚硬顶煤（板）冒落性差的问题,讨论了煤矿生产中由此产生的顶煤放出率、冲击 矿压、自燃发火和瓦斯积聚等技术难题;分析了坚硬顶煤（板）水力致裂弱化技术的岩体水力致裂裂缝扩展行 为规律、渗透压力对裂隙岩体宏细观结构的改造作用及其宏观力学响应,水压裂缝扩展形态控制技术,钻孔封 孔技术和岩体水力致裂弱化的监测监控的研究现状和技术发展趋势。     

基于岩体注浆理论的可靠性分析

建立了岩体注浆堵水的可靠性分析体系;绘出了岩体注浆堵水成功树;在总结有关注浆理论的基础上,建立了各注浆基本事件的极限状态方程;建立了关于初注及复注的逻辑关系模型;给出了注浆系统工作状态的可靠性判别标准;对现场注浆进行了初注及复注可靠性计算,证明了复注提高可靠性的有限性·     

基于EPHF模型均质多孔岩石材料水力压裂特性

基于流固耦合理论,在基于渗透率的水力压裂(PHF)模型基础上建立了扩展渗透率的水力压裂(extended permeability-based hydraulic fracture,EPHF)模型.该模型假设岩石材料在开裂过程中渗透率的改变为平均有效应力的函数,采用多孔介质弹性本构关系和Drucker-Prager塑性...     

岩体粗糙裂隙渗流研究

渗流线性立方定律是建立在单直平滑裂隙基础上的,而工程中裂隙多是粗糙的,很多裂隙渗流不满足线性立方定律。针对这一问题,根据裂隙分布统计特征生成粗糙裂隙,推导了不同渗流本构关系下的单宽流量公式、裂隙等分段结点水头公式和等效隙宽公式。对比分析光滑、粗糙裂隙的渗流规律得出如下结论:①实际工程中的裂隙往往是不平滑的,统计裂隙开度分布规律、研究裂隙开度的模拟是非常有必要的;②粗糙裂隙非立方、非线性型渗流的基本规律与光滑平直裂隙非立方、非线性型渗流的基本规律存在明显不同;③相等平均隙宽条件下的粗糙裂隙比光滑裂隙的过流能力小得多。     

一种基于裂隙间距的岩体结构统计均质区划分方法

岩体内裂隙在不同方向上的间距不仅可以反映岩体的非均质性、各向异性,而且可以反映裂隙的空间分布特征,因此,在随机数学的基础上提出了一种基于裂隙间距来划分岩体结构统计均质区的方法.通过逐步改变样本空间范围的方法对松塔水电站右岸某平硐的岩体结构统计均质区进行划分,证明了岩体结构统计均质区存在空间效应.最后将考虑空间效应的划分结果与岩体声波测试曲线进行对比,证明了划分结果与现场实际是吻合的.