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。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

本文针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正弦渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解和数值模拟结果进行比较后发现：正弦模型求得的渗透系数要比锯齿模型大，其几何水力学效应显著，现已将其运用于实际工程。     

岩体裂隙渗流地质力学模型及应用

针对不规则裂隙的水力学特性和结构面地质力学特征，提出了层流状态下的正统渗流模型和锯齿渗流模型，将其解析解进行比较发展，正弦模型求得的渗透数要比锯齿模型求得的大，其几何水力学效应显著，并将其应用于实际工程。     

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。     

介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响

建立光滑可渗透平行板单裂隙新模型,以此为基础分析介质间流体交换对基质岩块渗透性和单裂隙导流能力的影响,推导出两者的等效渗透率修正公式,并对不同裂隙开度和间距下的裂隙介质渗透性进行分析,研究介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响.结果表明,当裂隙开度大于250μm或裂隙间距大于1.36 cm时,可忽略介质间流体交换对裂隙介质渗流的影响.     

裂隙岩体随机渗流模型及数值分析

基于等效连续介质模型,先应用Taylor展开法分析裂隙岩体渗透性的随机性与裂隙基本几何参数随机性的关系,然后用一阶Taylor展开随机有限元法分析裂隙岩体渗流场的随机性.数值分析表明:隙宽的随机性对渗流场的影响最大,裂隙的迹长次之,间距的影响最小.数值分析的结果是合理的.     

针对裂隙岩体渗流的热学效应分析和探讨

随着工程实践和科学研究的深入,人们已逐渐认识到裂隙岩体所赋存地质环境的复杂性及其所诱发地质灾害的多变性,于是刘继山、仵彦卿、柴军瑞、黄涛等国内一些专家学者在不同程度、不同角度对裂隙岩体赋存地质环境中各个因素之间相互影响作用的课题进行了有意义的探索和研究。     

等效连续裂隙岩体渗流与应力全耦合分析

推导了等效连续裂隙岩体渗透性与应力变形的关系,根据应变等效原则推导了等效连续裂隙岩体的弹性矩阵,首次采用四自由度全耦合法,建立了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合有限元方程组,进行了等效连续裂隙岩体渗流与应力的全耦合分析。     

针对裂隙岩体渗流的热学效应分析和探讨

随着工程实践和科学研究的深入,人们已逐渐认识到裂隙岩体所赋存地质环境的复杂性及其所诱发地质灾害的多变性,于是刘继山、仵彦卿、柴军瑞、黄涛等国内一些专家学者在不同程度、不同角度对裂隙岩体赋存地质环境中各个因素之间相互影响作用的课题进行了有意义的探索和研究.     

岩体裂隙注浆与渗流的关系评述

针对裂隙注浆与渗流的特点,从流变性、理论公式、流动特点和流态等诸方面对二者关系进行了对比评述,阐述了二者的区别和内在联系,可为岩体注浆的深入研究提供重要参考.     

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC(High Strength Concrete)水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.     

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.     

裂隙网络岩体三维渗流场与应力场耦合分析

从岩体裂隙网络渗流的特点出发,以岩体裂隙网络渗流与岩体应力相互影响,相互作用的耦合机理为基础,同时考虑裂隙网络渗流对裂隙壁施加的法向渗透压力和切向拖曳力,提出了裂隙网络岩体三维渗流场与应力场耦合分析的数学模型。采用算例检验了该数学模型的有效性和适用性。     

碳酸盐岩酸蚀裂缝渗流-传热特性

充分认识流体在碳酸盐岩酸蚀裂隙面上的渗流传热特性,实现地热能的可持续开发利用是十分必要的。针对碳酸盐岩热储非均质性和缝洞发育的突出特点,采用自主研发的实时高温常规三轴试验系统,能够真实模拟岩石裂隙的真实对流换热过程。采用试验和模拟相结合的方法,进行了碳酸盐岩裂缝渗流传热耦合机理研究。结果显示,裂缝表面进行非均匀性溶蚀,形成一条具有导流能力的人工裂缝,达到改善流体渗流条件的目的;在温度一定的条件下,对流换热系数增幅与流量、压强呈正相关;采用COMSOL Multiphysics软件对碳酸盐岩单裂隙渗流传热过程进行了模拟计算,开展了实际热储层环境条件下对流换热仿真分析,实验结果验证了数值模拟的正确性与可靠性,获得了储层温度场的演化规律。     

空气泡沫流体垂直管注入特征实验研究

基于空气泡沫驱现场操作中注入参数设计的理论依据不足进行研究,首先设计了垂直管泡沫注入模拟实验装置,实验装置考虑了不同管径对泡沫流体剪切的影响,着重观测了泡沫流体沿程压力变化规律,结果表明泡沫流体垂直管注入流动中泡沫流体符合假塑性幂律模式,在剪切速率在0 s-1~1.3 s-1的时候,随着剪切速率的增加,剪切应力在不断增加;剪切速率超过1.3 s-1后,剪切应力增加趋势不再明显,依据此结论可以进行泡沫流体注入参数设计。     

页岩气储层压裂水平井三线性渗流模型研究

具有天然裂缝发育及纳米级孔隙的页岩气储层渗流具有多种模式,压裂水平井开发模式已成为页岩气藏主要 开发模式,渗流数学模型的建立与求解具有很强的理论意义和现实价值。借鉴已有的三线性渗流模型思路,重新设计 了模型的构成,并建立了包括解吸吸附的渗流数学模型,借助无因次化及拉普拉斯变换推导出单井压裂水平井页岩气 藏的产能公式和井底压力公式,最后,应用得到的结果进行了单井生产过程中影响因素的分析。通过研究与应用表 明,由该简化模型得到的公式能方便而且准确地计算并预测页岩气的产量变化,而且对于压裂设计也可提供设计参数 的优化分析方法。     

水平井压裂单缝和多分支缝中携砂液流动规律数值模拟

压裂过程中携砂液的注入是为了防止地应力将已压裂出的裂缝重新闭合,裂缝中携砂液的流动是典型的固液两相流。关于垂直井裂缝中携砂液的流动已有众多学者对其进行了研究,然而关于水平井单裂缝和分支缝中携砂液流动的二维或三维数值模拟几乎未见研究。采用混合物湍流计算模型,对携砂液在二维水平井单裂缝和三维水平井分支缝中的流动进行了模拟计算。模拟结果得出:水平井单裂缝中的铺砂形态与垂直井单裂缝中明显不同,水平井单裂缝中的铺砂前缘会形成一个"砂包"向前推进,并且在入口处向缝内展布的铺砂浓度不会快速地下降。在保持其他参数不变的情况下,随着携砂液入口速度的增大,裂缝中的铺砂高度逐渐增大;携砂液入口颗粒浓度越大其他位置的铺砂浓度也越大;携砂液颗粒密度越大铺砂分布范围越小,而铺砂浓度大小基本相同。楔形裂缝中的携砂液相较于矩形裂缝更容易填充满整个裂缝;楔形裂缝中向前推进的"砂包"比矩形裂缝较低。分支缝主缝中砂堤区厚度大于单缝中的厚度,而分支缝主缝中悬浮区的厚度远小于单缝中的厚度。随着支缝与主缝夹角的增大,分支缝主缝中铺砂范围逐渐减小。当夹角为90°、120°时,沙粒在支缝与主缝的连接处产生堆积,导致主缝在第一个连接处后方区域的铺砂浓度明显减小。     

Bingham流体在低渗透多孔介质中球向渗流的分形模型

基于分形理论及广义达西定律研究了非牛顿流体Bingham流体在各向同性多孔介质中球向渗流问题,推导了Bingham流体球向渗透率和启动压力梯度的解析表达式.研究结果表明球向渗透率随径向距离和迂曲度分形维数的增大而减小,随孔隙率的增大而增大;启动压力梯度随径向距离、屈服应力和迂曲度分形维数的增大而增大,同时也随毛细管最大直径的增大而减小.