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弹塑性地层水力压裂起裂模式及起裂压力研究 被引量：13
1
作者 郭建春 何颂根 邓燕 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2494-2500,2509,共8页
针对弹塑性储层,基于线弹性理论假设的传统起裂模型已不再适用,需要研究基于非线性本构方程的起裂模型。基于岩石非线性本构方程,运用塑性全量理论,建立了弹塑性地层井周应力场模型;结合"井壁"应力场模型和弹塑性岩石破坏准则... 针对弹塑性储层,基于线弹性理论假设的传统起裂模型已不再适用,需要研究基于非线性本构方程的起裂模型。基于岩石非线性本构方程,运用塑性全量理论,建立了弹塑性地层井周应力场模型;结合"井壁"应力场模型和弹塑性岩石破坏准则,建立了弹塑性地层的起裂压力预测模型。结果表明:岩石产生塑性屈服,"井眼"应力集中效应会减弱,"周向张应力会减小",甚至无法产生。屈服后的起裂压力比线弹性理论预测值大,起裂模式存在拉张和剪切两种方式,剪切起裂存在破坏角。屈服后,幂硬化指数小于等于0.5的岩石只可能产生剪切起裂;幂硬化指数大于0.5的岩石,屈服应力、幂硬化指数、内摩擦角和凝聚力越小,越容易产生剪切起裂,反之越容易产生拉张起裂。 展开更多
关键词 弹塑性地层 非线性本构方程 塑性全量理论 井周应力场 起裂模式 起裂压力
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加筋锈蚀膨胀诱导深埋地下工程锚固结构起裂模式分析
2
作者 丁万涛 刘金慧 +2 位作者 李术才 徐帮树 张乐文 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期1152-1158,共7页
基于弹性理论和最大拉应力破坏准则假定,结合深埋地下工程锚固结构系统施工工序和锚杆锈胀临界过程分析,简化深埋地下工程锚固结构加筋锈胀力学模型,得到不同应力作用下锚固结构系统不同起裂模式的弹性判据。研究结果表明:砂浆和围岩的... 基于弹性理论和最大拉应力破坏准则假定,结合深埋地下工程锚固结构系统施工工序和锚杆锈胀临界过程分析,简化深埋地下工程锚固结构加筋锈胀力学模型,得到不同应力作用下锚固结构系统不同起裂模式的弹性判据。研究结果表明:砂浆和围岩的开裂顺序取决于它们的材料参数、地应力、砂浆握裹层的厚度;不考虑地应力影响时不同介质起裂条件与考虑地应力影响情况(K=3或K=1/3时)的起裂条件相同。并由工程算例分析可知,在不同应力组合下,存在3种不同的起裂模式。研究结果可为分析深埋地下工程结构锚固系统的力学性能劣化机理及深埋地下工程支护结构设计提供有益的参考。 展开更多
关键词 加筋锈蚀 弹性理论 最大拉应力破坏准则 临界起裂模式 锚固结构系统
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热损伤花岗岩巴西劈裂行为及损伤机理研究
3
作者 吴星辉 张淑坤 +2 位作者 钟辉 朱雨 顾树煕 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期184-193,共10页
在干热花岗岩地热开采过程中,储层换热冷却会对高温岩石造成热损伤,直接影响储层岩石的力学性质。为实现深部地热资源与矿产共采,探索了热损伤干热花岗岩的劈裂特性演化规律。以山东烟台深部花岗岩为研究对象,进行热冲击处理,结合巴西... 在干热花岗岩地热开采过程中,储层换热冷却会对高温岩石造成热损伤,直接影响储层岩石的力学性质。为实现深部地热资源与矿产共采,探索了热损伤干热花岗岩的劈裂特性演化规律。以山东烟台深部花岗岩为研究对象,进行热冲击处理,结合巴西劈裂试验和数字图像处理技术,监测岩石表面裂隙的起裂、扩展和贯穿过程。实验结果表明,热损伤过程会改变岩石微观结构,导致岩石出现2种起裂模式;温度对岩石纵波波速和间接拉伸强度具有显著影响,二者随温度的升高逐渐降低,且在450~600℃范围内降幅最为显著,并呈现线性关系。 展开更多
关键词 干热岩 热冲击 DIC 起裂模式 巴西劈裂
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水力耦合作用下岩体3维裂隙的起裂扩展模式研究 被引量：10
4
作者 杨磊 梅洁 +5 位作者 李术才 李邦翔 郭孔灵 张波 杨为民 张强勇 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期174-183,共10页
岩体裂隙在高地应力、强渗透压作用下极易发生扩展、贯通,导致岩体破裂失稳。为研究水力耦合作用下3维裂隙的起裂扩展模式,采用3维断裂分析软件FRANC3D建立水力耦合数值模型,进行数值模拟研究,并开展相应的含裂隙透明树脂类岩石材料室... 岩体裂隙在高地应力、强渗透压作用下极易发生扩展、贯通,导致岩体破裂失稳。为研究水力耦合作用下3维裂隙的起裂扩展模式,采用3维断裂分析软件FRANC3D建立水力耦合数值模型,进行数值模拟研究,并开展相应的含裂隙透明树脂类岩石材料室内破裂试验。通过对比模拟与试验结果,分析了不同断裂准则的适用性,验证了数值模型的可靠性。基于数值模拟调查了不同加载条件下裂隙前缘断裂参数的分布特征,获得了水压、侧压等关键因素对裂隙起裂角及扩展长度的影响规律。结果表明:采用优化的能量释放率准则模拟的3维裂隙空间起裂扩展模式与试验现象具有良好的一致性;裂隙长轴端点处的翼裂纹为Ⅰ-Ⅱ(张拉-滑移)型复合裂纹,短轴端点处的平面扩展为Ⅰ-Ⅲ(张拉-撕裂)型复合裂纹,除长、短轴端点外的其余位置发生Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合断裂;水压的存在显著改变了裂隙前缘的应力分布状态,水压增大可提高拉应力水平,明显促进张拉断裂的发生,使裂隙倾向于沿原裂隙面方向起裂,并导致裂隙前缘各处扩展速率趋于均衡;侧向压应力增大可显著促进张拉断裂,抑制滑移与撕裂断裂,并使裂隙前缘能量释放率呈降低趋势,从而抑制裂隙扩展,而侧向拉应力起相反作用,由此认为岩体在双向受压状态比拉压受力状态更为安全;侧向压应力与水压共同导致翼裂纹偏转角度明显减小,改变了3维裂隙的空间起裂扩展模式及岩体的宏观破裂形态。 展开更多
关键词 3维裂隙 水力耦合 应力强度因子 能量释放率 起裂扩展模式
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水力耦合作用下三维中空裂隙扩展模式与材料破坏强度的试验研究 被引量：5
5
作者 李邦翔 朱维申 +5 位作者 杨磊 虞松 梅洁 蔡卫兵 张强勇 陈云娟 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1192-1202,共11页
采用透明树脂类岩石材料制作含三维中空单裂隙试件,开展水力耦合破裂试验,研究三维裂隙起裂扩展模式,分析裂隙倾角和水压对裂隙起裂应力及试件破坏强度的影响规律。研究结果表明:三维中空裂隙的起裂和扩展模式与闭合裂隙相比差异显著,... 采用透明树脂类岩石材料制作含三维中空单裂隙试件,开展水力耦合破裂试验,研究三维裂隙起裂扩展模式,分析裂隙倾角和水压对裂隙起裂应力及试件破坏强度的影响规律。研究结果表明:三维中空裂隙的起裂和扩展模式与闭合裂隙相比差异显著,水力耦合下三维裂隙起裂扩展模式呈现低水压与高水压2种类型,水压升高对裂隙起裂、扩展具有显著的促进作用,并改变试件的破坏模式;随裂隙倾角增大,翼裂纹临界扩展长度逐渐减小,鱼鳍状裂纹的萌生时间呈后延趋势;水压对裂隙起裂应力和试件破坏强度的影响分别存在阈值,在达到阈值前,水压升高使起裂应力小幅度增大,而破坏强度逐渐降低;当水压超过阈值后,起裂应力与破坏强度均迅速降低;裂隙起裂应力和试件破坏强度均随裂隙倾角增大而呈先降低后升高的趋势,但起裂应力的变化幅度比破坏强度的变化幅度更大。 展开更多
关键词 三维裂隙 水力耦合 起裂扩展模式 起裂应力 破坏强度
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含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究 被引量：62
6
作者 张波 李术才 +4 位作者 杨学英 王刚 张敦福 杨为民 李景龙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1863-1870,共8页
对含交叉裂隙相似材料试件进行单轴压缩试验,用Abaqus对含交叉裂隙节理岩体进行应力分析,研究了含交叉裂隙节理岩体单轴压缩下的破坏机制。结果表明:交叉裂隙的主裂隙与加载方向呈30°、45°时,主裂隙是裂隙扩展及破坏的控制裂... 对含交叉裂隙相似材料试件进行单轴压缩试验,用Abaqus对含交叉裂隙节理岩体进行应力分析,研究了含交叉裂隙节理岩体单轴压缩下的破坏机制。结果表明:交叉裂隙的主裂隙与加载方向呈30°、45°时,主裂隙是裂隙扩展及破坏的控制裂隙,此时含交叉裂隙岩体强度高于含单向裂隙岩体,是由于主裂隙裂尖最大环向应力σθmax低于单向裂隙;主裂隙与加载方向呈0°或90°时,次裂隙是控制裂隙;主裂隙与加载方向呈0°时,大部分次裂隙裂尖σθmax及裂尖最大应力强度因子KⅡmax高于单向裂隙,因此,此时大部分含交叉裂隙岩体强度低于含单向裂隙岩体;在主裂隙与加载方向呈90°工况组中,主、次裂隙夹角为45°时,次裂隙裂尖KⅡmax最大,所以此工况组中此时强度最低。 展开更多
关键词 节理岩体 交叉裂隙 破坏机制 起裂模式 相似材料
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页岩气井可压裂性综合评价方法研究及应用 被引量：23
7
作者 王松 杨洪志 +2 位作者 赵金洲 李农 李勇明 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期121-126,共6页
页岩气井可压裂性评价是保证压裂改造效果的重要基础。目前对可压裂性研究主要是在常规物性基础上将岩石脆性矿物含量或岩石力学参数作为水平井压裂施工段优选的重要依据。但压裂过程中沟通并延伸天然裂缝是形成缝网的关键,因此须将分... 页岩气井可压裂性评价是保证压裂改造效果的重要基础。目前对可压裂性研究主要是在常规物性基础上将岩石脆性矿物含量或岩石力学参数作为水平井压裂施工段优选的重要依据。但压裂过程中沟通并延伸天然裂缝是形成缝网的关键,因此须将分支裂缝的形成条件作为页岩气井可压裂性评价的重要组成,以提高有利层段选评的准确性。通过分析人工裂缝与天然裂缝相交后起裂力学条件,提出相交后形成的分支裂缝起裂压力计算方法,再根据人工裂缝内的压力变化情况和储层地应力状态,建立人工裂缝与天然裂缝相交后的起裂模式并将其无因次化后作为评价的组成要素,形成页岩气井可压裂性综合评价方法。基于四川盆地南部页岩气Wx2直井的地质、测井数据对龙马溪组有利层段的分析,按照综合评价结果进行射孔和压裂,其测试产量明显高于该区块其他常规可压裂性评价的直井。表明该方法具有较高的准确性和适用性,既能保证压裂改造效果,又能降低施工风险和成本。 展开更多
关键词 页岩气井 可压裂性 地应力 起裂模式 综合评价方法
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含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形态及影响要素 被引量：15
8
作者 周雷 李立 +1 位作者 夏彬伟 于斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1559-1570,共12页
随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力... 随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力控制、形态单一,难以达到顶板“横切纵断”目标,限制了其弱化远场坚硬顶板的效能。因此,基于试验和理论分析开展了含径向水力割缝钻孔导向压裂形成“横切纵断”裂缝的研究,揭示了水力压裂裂缝和导向裂缝的竞争扩展规律,建立了基于Iwrin等效模型的割缝导向起裂扩展模型、钻孔裸眼起裂扩展模型以及钻孔割缝压裂裂缝起裂模式判定准则,探究了塑性区临界特征长度、割缝半径、钻孔半径、埋深对于裂缝起裂模式的影响。研究结果表明:含径向水力割缝钻孔导向压裂存在3种裂缝形貌:“横切”型单一主裂缝、“纵断”型单一主裂缝、“横切纵断”复合型裂缝网络;割缝塑性区特征长度和钻孔塑性区特征长度与流体压力均呈正相关关系,形成“横切纵断”复合型裂缝网络对应的塑性区临界特征长度随割缝半径的增大而增大,但是随钻孔半径的增大而减小;储层埋深对含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形貌存在显著影响,随着埋深增加,裂缝形貌逐渐由“横切”型单一主裂缝向“横切纵断”复合型裂缝网络和“纵断”型单一主裂缝演变。特定埋深下,可以通过设计调整钻孔半径和割缝半径以使得钻孔塑性区长度和割缝塑性区长度同时达到塑性区临界长度,形成“横切纵断”复合型裂缝模式。 展开更多
关键词 远场坚硬顶板 水力割缝 水力压裂 裂缝扩展规律 裂缝起裂模式
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