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Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete 被引量:1
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作者 刘智光 陈健云 +1 位作者 白卫峰 徐强 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2010年第5期1079-1086,共8页
In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension,an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter m... In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension,an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics.The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials.With the improved property parameter selection method,a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out.The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained.The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation,and a reasonable agreement was obtained.Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete. 展开更多
关键词 rock CONCRETE stable fracture propagation product of strength and elastic modulus HETEROGENEITY numerical simulation uniaxial tension
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应力-渗流-溶蚀耦合作用下三维岩石裂隙渗透特性数值计算研究 被引量:2
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作者 申林方 吕倩文 +3 位作者 刘文连 张家明 杨鸿忠 李泽 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第2期428-437,共10页
基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表... 基于格子Boltzmann方法采用双分布函数分别模拟渗流速度场与溶质浓度场的演化过程,建立了三维岩石裂隙应力-渗流-溶蚀耦合作用机制的数值计算模型,并讨论了渗流流速、法向应力、溶蚀反应速率等因素对裂隙渗透特性演化规律的影响。结果表明:在渗流流速较低时,壁面溶蚀出来的离子得不到及时输运,使得出口处浓度较高溶蚀速度慢,裂隙结构呈“喇叭口”状。增大法向应力会减小裂隙开度,减慢溶质的运移速率,使得裂隙出口处的溶蚀速率显著降低,从而限制了其渗透率的发展。当壁面溶蚀反应速率较小时,裂隙渗透率呈持续缓慢增长的状态;随着溶蚀反应速率增加,出口处的溶蚀量会明显小于入口处,导致出口处壁面发生显著溶蚀之前,裂隙渗透率发展缓慢,此后渗透率便呈急速突变增长趋势。研究成果能够为酸蚀作用下岩石裂隙渗透能力的定量评价提供重要理论支撑。 展开更多
关键词 岩石裂隙 应力-渗流-溶蚀耦合 渗透特性 格子BOLTZMANN方法 数值计算
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巨厚砂岩下采动覆岩裂隙场及微震时空演化规律研究 被引量:1
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作者 谭毅 张少普 +5 位作者 何满潮 郭文兵 丁国利 王宇 程浩 李辉 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期70-85,共16页
采动覆岩裂隙演化高度及分布形态是顶板水害防治重要参数之一。以内蒙古某矿3105工作面为工程背景,基于数值模拟、分形几何理论及微震事件三维空间分析明晰采动覆岩裂隙场及微震时空演化规律。结果如下:(1)采动覆岩裂隙场呈现“裂隙产生... 采动覆岩裂隙演化高度及分布形态是顶板水害防治重要参数之一。以内蒙古某矿3105工作面为工程背景,基于数值模拟、分形几何理论及微震事件三维空间分析明晰采动覆岩裂隙场及微震时空演化规律。结果如下:(1)采动覆岩裂隙场呈现“裂隙产生-发育演化-局部压实-周期扩展-大部压实”动态演化规律,采动裂隙网络场发育、扩展、穿透演化分形特征;(2)阐明了采动覆岩失稳破断、运移与微震事件局部“高频次-大能量”集中区时空演化规律,“高频次-大能量”与“低频次-小能量”集中区呈现周期分布,同工作面周期来压特征相吻合,微震事件集中区发生位置普遍超前工作面80~120 m;(3)数值模拟采动覆岩裂隙演化高度与微震监测所得结果基本一致;(4)倾向高位岩层微震事件“高频次-大能量”与“低频次-小能量”集中区呈现两端高、中间低“类马鞍形”分布,走向高位岩层微震事件能量集中区呈现“椭球状”分布,数量集中区呈现“条带状”分布。 展开更多
关键词 微震监测 数值模拟 采动覆岩 裂隙场演化 分形特征
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热化学流体对致密储层破裂压力的影响
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作者 赖枫鹏 张浩楠 +3 位作者 曹龙涛 刘开元 赵千慧 苗丽丽 《特种油气藏》 北大核心 2025年第4期87-93,共7页
针对非常规油气高效开发领域中,在降低破裂压力以提升压裂效率方面所面临的问题,运用机理分析、数值模拟、综合对比等方法,对优选出的氯化铵与亚硝酸钠(NH 4Cl-NaNO 2)反应放热体系展开研究,明确该放热体系在致密砂岩岩心中产生的温度... 针对非常规油气高效开发领域中,在降低破裂压力以提升压裂效率方面所面临的问题,运用机理分析、数值模拟、综合对比等方法,对优选出的氯化铵与亚硝酸钠(NH 4Cl-NaNO 2)反应放热体系展开研究,明确该放热体系在致密砂岩岩心中产生的温度与压力变化规律及其对岩石力学参数的影响,并对比了该体系和常规水力压裂对破裂压力及裂缝起缝的影响。结果表明:NH 4Cl-NaNO 2放热体系在岩心中最高可产生133℃的高温和11 MPa的高压,模拟结果与室内实验相符,该体系能有效增加致密砂岩杨氏模量并降低泊松比,其岩石破裂压力与常规水力压裂相比降低23.76%。该研究对推动非常规油气高效开发,提升热化学流体压裂技术应用水平具有重要意义。 展开更多
关键词 热化学流体 致密储层 破裂压力 岩石力学参数 数值模拟
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缝洞型碳酸盐岩水平井压裂裂缝沟通效果模拟 被引量:1
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作者 罗攀登 张士诚 +3 位作者 郭天魁 王赫 陈铭 张雄 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2025年第1期30-40,共11页
顺北油田超深油气资源主要存储于碳酸盐岩缝洞中,水平井压裂开发时,井筒方位往往不是最小地应力方向,压裂裂缝容易发生转向,使得储集体沟通效果不理想.为提升压裂裂缝的沟通效果,采用基于离散格点理论和合成岩体技术的数值模拟方法,建... 顺北油田超深油气资源主要存储于碳酸盐岩缝洞中,水平井压裂开发时,井筒方位往往不是最小地应力方向,压裂裂缝容易发生转向,使得储集体沟通效果不理想.为提升压裂裂缝的沟通效果,采用基于离散格点理论和合成岩体技术的数值模拟方法,建立碳酸盐岩储层模型、单溶洞体模型和多缝-洞体模型,系统研究井筒方位角、地质参数(水平应力差和溶洞体孔压)和施工参数(排量和黏度)等因素对裂缝扩展路径及溶洞沟通效果的影响.研究结果表明,偏转半径随井筒方位角、排量和黏度的增大而增大,当排量大于2.88 m^(3)/min时,裂缝转向半径保持稳定;溶洞体孔压越小,溶洞体对水力裂缝扩展的排斥效果越明显;水平地应力差值越大,溶洞体对水力裂缝扩展的影响效果越小,当达到30 MPa时,地应力差完全主导裂缝的扩展;多缝-洞体储层中,随着井筒方位角、排量与黏度增加,裂缝横向沟通距离增加.井筒方位角大于30°或排量超过9 m^(3)/min时对横向沟通距离的增幅减缓;随着施工液量增加,裂缝垂向延伸距离和最大缝长增加;天然裂缝密度增加,裂缝的垂向沟通距离逐渐减少.研究成果可为碳酸盐岩储层酸化压裂方案设计提供理论指导. 展开更多
关键词 油藏数值模拟 碳酸盐岩 裂缝扩展 水力压裂 井筒方位 溶洞 数值模拟
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岩体粗糙单裂隙非达西流动各向异性特性 被引量:1
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作者 朱寅斌 廖震 +2 位作者 李长冬 刘洪斌 姜茜慧 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期130-146,共17页
【目的】研究岩石粗糙单裂隙中发生的流体流动行为是全面了解裂隙网络渗流特性的基础。【方法】基于分形理论生成人工合成岩石裂隙,采用COMSOL Multiphysics软件开展渗流数值模拟研究;利用3D打印技术制备与数值模型具有相同几何特征的... 【目的】研究岩石粗糙单裂隙中发生的流体流动行为是全面了解裂隙网络渗流特性的基础。【方法】基于分形理论生成人工合成岩石裂隙,采用COMSOL Multiphysics软件开展渗流数值模拟研究;利用3D打印技术制备与数值模型具有相同几何特征的裂隙试样,并结合自主搭建的渗流实验装置开展一系列不同注入流量下的渗流试验,研究了不同注入方向对三维粗糙单裂隙非达西流动微观和宏观流动行为的影响。【结果和结论】结果表明:(1)不同注入方向条件下岩石裂隙表面粗糙度的差异会显著影响裂隙的渗流特性,在表面粗糙度更大的方向上流体流动阻力、流动路径迂曲度和非达西效应更大。(2)裂隙中涡旋区发育程度与表面粗糙度呈正相关,在表面粗糙度更大的注入方向上涡旋区的发育程度比表面粗糙度较小的注入方向上涡旋区发育程度更高。(3)Forchheimer方程在描述裂隙中的非达西流动时不能适用于整个雷诺数范围,只有在非达西流动充分发生时才能有足够的准确性。(4)裂隙表面粗糙度各向异性程度越大则裂隙在粗糙度更大的方向上越容易发生非达西流动,两个注入方向上的流动行为差异也越明显。(5)基于三维裂隙渗流模拟研究建立了裂隙临界雷诺数与表面粗糙度各向异性因子以及平均开度的定量化表征模型,并通过开展渗流试验验证了所建立模型的有效性。研究成果可为更全面研究粗糙裂隙中非达西流动行为的各向异性提供借鉴。 展开更多
关键词 岩石单裂隙 各向异性 非达西流动 数值模拟 渗流试验
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干热岩裂隙对流换热系数计算新方法
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作者 郑志伟 刘先珊 +5 位作者 白冰 雷宏武 张天成 于明智 孙梦 黄子宣 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第4期12-23,共12页
在干热岩地热开发中,综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化,且缺乏统一评价标准的问题,建立了一种更精确的综合换热系数计算方法,并对主流公式进行了评价。采用数值模型直... 在干热岩地热开发中,综合换热系数是评价裂隙流体换热性能的关键参数。针对现有计算方法多依赖裂隙面温度分布的假设与简化,且缺乏统一评价标准的问题,建立了一种更精确的综合换热系数计算方法,并对主流公式进行了评价。采用数值模型直接获取裂隙表面温度分布数据,并提出了新的综合换热系数计算方法(公式E),同时给出了换热系数的经验公式F;基于数值模拟数据和试验数据,对各公式(A~F)进行了评价;将公式F嵌入数值模拟程序中进行了现场尺度的换热数值模拟,进一步验证了公式F的有效性。结果表明:公式E、F均具有较高计算精度和适用性;在所有工况中,现有公式A、D与新提出的公式E、F的变化趋势相似,计算结果较为接近且未出现异常值,表现出良好的稳定性和可靠性;作为一种独立的补充关系,公式F可直接嵌入数值模拟程序中有效模拟现场尺度的流体换热。 展开更多
关键词 换热系数 干热岩 数值模拟 裂隙
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巴拉素煤矿劈裂注浆裂隙扩展机理研究
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作者 梁向阳 方刚 +3 位作者 武义强 王赋宇 刘洋 张嘉凡 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期104-111,共8页
目的注浆改造是富水煤矿灾害防治的有效手段,研究富水高压作用下煤体的注浆劈裂效应对实际工程有重要意义。方法基于离散元流-固耦合机理,引入“域”与“管道”概念,对注浆劈裂过程进行流固耦合计算。将流体“域”作为储水“水库”,其... 目的注浆改造是富水煤矿灾害防治的有效手段,研究富水高压作用下煤体的注浆劈裂效应对实际工程有重要意义。方法基于离散元流-固耦合机理,引入“域”与“管道”概念,对注浆劈裂过程进行流固耦合计算。将流体“域”作为储水“水库”,其由颗粒圆心连线构成的三角形区域组成,“管道”为模型中流体的运移通道,将各个流体“域”连接起来,通过光滑平行板模型对其表征。采用单轴压缩试验和巴西劈裂试验标定数值模型细观参数,建立劈裂注浆数值模型,模拟煤岩体劈裂后的力链分布规律,分析注浆压力和侧压力系数对裂隙扩展的影响。结果结果表明:无围压时,孔周煤岩颗粒接触力为0.02~0.10 MPa,有围压时,孔周颗粒接触力为0.06~0.12 MPa;等围压条件下,围压越大,试样应力集中范围越大,劈裂扩散距离越短;同一围压下,注浆压力越大,试样劈裂距离越长;围压不等时,裂隙平行于最大主应力方向发育。结论采用较高注浆压力可有效驱替煤层裂隙中的水体和空气,减少钻孔工程量,降低成本。研究结果有益于注浆参数的选取,可为今后类似工程提供有意义的技术支持。 展开更多
关键词 煤岩劈裂 注浆加固 流固耦合 数值模拟 扩展机理
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近距离煤层群预掘回撤通道应力叠加特征及顶板结构调控
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作者 傅孜钊 柏建彪 +4 位作者 闫帅 张栋 郑晓东 孙广军 王永杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期383-395,共13页
近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂,回撤通道施工期间围岩破坏严重,巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景,构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型,估算上部煤层工作面底板破坏深度,模拟反演下部煤层回撤... 近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂,回撤通道施工期间围岩破坏严重,巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景,构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型,估算上部煤层工作面底板破坏深度,模拟反演下部煤层回撤通道顶板围岩裂隙演化规律,揭示该类巷道失稳机理,提出一种围岩综合稳定控制技术并进行现场工程验证。结果表明:通过建立末采期间回撤通道顶板力学模型,确定在该矿地质条件下,工作面与回撤通道贯通后可以保证回撤通道围岩稳定的支护阻力P_(1)≥3.05 MPa;采用多元线性与非线性回归分析优化后的经验公式估算上部煤层工作面底板破坏深度大于8.41 m,小于层间距13.3 m;利用UDEC数值计算模型反演了回撤通道顶板裂隙演化规律,确定了采空区下回撤通道顶板提前10 m采取加固措施,煤柱下回撤通道顶板提前15 m采取加固措施;提出回撤通道锚杆索+单体支柱主被动联合支护与煤柱下部通道内顶板超前预裂围岩综合稳定控制技术,应用于回撤通道不同应力影响区域。矿压监测结果表明:工作面回撤通道施工期间,围岩变形量小,锚杆锚索受力变化较小,围岩控制效果良好,保证了1205工作面安全高效回撤。 展开更多
关键词 近距离煤层 回撤通道 数值模拟 水力压裂 巷道围岩控制
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基于气藏数值模拟与动态分析的深层煤岩气缝网参数优化研究
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作者 朱苏阳 向东流 +4 位作者 李博文 白坤森 彭小龙 张圣 刘伟 《钻采工艺》 北大核心 2025年第3期155-164,共10页
深层煤岩气缝网质量是气井控储提产的关键,针对缝网参数对单井控储和产能的影响机制不明确的问题,文章以产能和控储为目标导向,提出了基于深层煤岩特性的缝网参数—产能数值模拟—动态分析一体化研究方法。首先,通过数值模拟方法研究深... 深层煤岩气缝网质量是气井控储提产的关键,针对缝网参数对单井控储和产能的影响机制不明确的问题,文章以产能和控储为目标导向,提出了基于深层煤岩特性的缝网参数—产能数值模拟—动态分析一体化研究方法。首先,通过数值模拟方法研究深部煤岩气缝网形成特征及其生产历史,运用动态分析方法提取不同模拟历史中的控制储量和单井产能;其次以产能与控储为目标,分析缝网特征参数对生产动态的影响;最终确定缝网形成参数的最优组合。研究表明,产能和控储响应效果最佳的井网形成参数为:段长90~100 m,单段簇数5~6簇,排量18~20 m^(3)/min,平均砂比16%~20%。现场实例应用同样验证了一体化研究流程提出的参数优化界限,其中,液量和砂比对气井控储和产能的影响最为显著。本研究为深层煤岩气缝网参数优化和低成本工程参数设计提供了经验及建议。 展开更多
关键词 深层煤岩气 缝网参数 数值模拟 产量不稳定分析 一体化研究
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四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征 被引量:9
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作者 包汉勇 刘超 +5 位作者 甘玉青 薛萌 刘世强 曾联波 马诗杰 罗良 《岩性油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期14-22,共9页
通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区... 通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。 展开更多
关键词 薄板模型 岩石力学参数 有限元数值模拟 构造应力场 剪切裂缝 库伦-莫尔破裂准则 破裂指数 海相页岩 五峰组—龙马溪组 涪陵南地区 四川盆地
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碳酸盐岩缝洞型油藏流固耦合下的油水两相流动特征 被引量:5
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作者 刘强 李静 +4 位作者 李婷 郑明君 徐梦佳 王轩 吴明扬 《新疆石油地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期451-459,共9页
为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流... 为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流固耦合数学模型;分别针对有无流固耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏,进行了宏观和细观的油水两相流体流动模拟。研究结果表明:油藏有无流固耦合作用,其油水两相流体流动特性在基质区差异较大,在溶洞内差异较小,注水速度对缝洞型碳酸盐岩油藏的油水流动影响较大。 展开更多
关键词 碳酸盐岩 缝洞型油藏 流固耦合 油水两相流 数值模拟
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基于爆破块度控制的空气间隔装药台阶爆破参数优化 被引量:3
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作者 叶海旺 余梦豪 +5 位作者 刘聪 陈家涛 周发明 王浩 杨保忠 雷涛 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第4期84-90,100,共8页
为解决某灰岩建筑石料矿山爆破后小粒径矿石难以与土分离而导致矿石回收率低下的问题,首先基于现场实测数据和数值模拟结果,构建爆破块度与岩体动力损伤关联模型,确定不同岩块粒径对应的动力损伤阈值;其次选用不同空气间隔装药段数和孔... 为解决某灰岩建筑石料矿山爆破后小粒径矿石难以与土分离而导致矿石回收率低下的问题,首先基于现场实测数据和数值模拟结果,构建爆破块度与岩体动力损伤关联模型,确定不同岩块粒径对应的动力损伤阈值;其次选用不同空气间隔装药段数和孔网参数开展三维裂隙岩体台阶爆破数值模拟试验,以提高0.3~0.9 m矿石粒径产率为目的,兼顾控制大块率,获取最佳爆破参数;最后,在数值模拟结果的基础上,开展现场爆破试验,优化装药结构和孔网参数。结果表明:灰岩爆破块度尺寸与动力损伤值之间存在负指数函数关系,爆破块度尺寸0.3 m和0.9 m所对应的岩体动力损伤阈值分别为0.793和0.286;仅采用空气间隔装药结构可提高0.3~0.9 m粒径占比,但大块率增幅较大;采用空气间隔装药结构、适当缩小孔网参数可显著提升0.3~0.9 m粒径占比,同时大块率几乎不变;其中采用二段空气间隔装药结构、适当缩小孔网参数,爆破效果最优。矿山现场应用结果表明,0.3~0.9 m矿石粒径占比提高了20.09个百分点,大块率基本不变,炸药单耗降低10.29%。 展开更多
关键词 爆破块度 岩体损伤 空气间隔装药 裂隙岩体 数值模拟
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综采工作面采动覆岩导水裂隙带发育高度综合研究 被引量:3
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作者 王毅 周余 +3 位作者 张丁丁 王禹 杨珍 王伟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期132-141,共10页
针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育... 针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育规律。理论计算导水裂隙带的最大高度为81.56 m;通过井下仰孔注水测漏法监测3个钻孔的注水渗透量梯度临界值为12 L/min,通过临界值判定导水裂隙带高度为78.56~79.99 m;通过钻孔电视成像探测法观测钻孔内裂隙分布判定导水裂隙带高度为78.39~79.46 m;利用FLAC3D和UDEC数值模拟,根据覆岩塑性区变化特征,当工作面推进至180 m时,裂隙发生贯通,塑性区最大高度达到76.4 m,并根据覆岩塑性区变化、垂直应力分布、垂直位移云图分析了导水裂隙带发育规律的3个阶段。对不同方法下的导水裂隙带高度进行了相互验证。 展开更多
关键词 综采工作面 采动覆岩 导水裂隙带 裂隙带最大高度 现场观测 数值模拟
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深部煤-岩组合体力学特征及裂隙扩展规律——以沁水盆地武乡区块为例 被引量:2
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作者 蔡益栋 李倩 +2 位作者 肖帆 刘大锰 邱峰 《石油与天然气地质》 CSCD 北大核心 2024年第6期1686-1704,共19页
煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合... 煤层及其顶、底板的岩石力学性质是影响煤储层压裂、起裂和裂缝延伸的关键因素,制约深部煤层气的规模效益开发。为研究煤-岩组合体破裂过程中的力学特征及其裂隙扩展行为,根据声发射信号监测,开展了沁水盆地中、东部武乡区块煤-岩组合体的单轴压缩实验和有限元数值模拟计算,研究了煤-岩组合体中不同厚度比、不同岩性类别和不同交界面倾角对组合体抗压强度、弹性模量、声发射信号特征和破裂特征的影响规律,探究不同组合配置下的裂缝扩展行为。研究结果表明:①煤-岩组合体的抗压强度和弹性模量随煤-岩厚度比和煤-岩交界面接触倾角的增大而减小,不同岩性的组合体弹性模量介于1.75~5.44 GPa,抗压强度为11.20~20.60 MPa,其中煤岩-泥页岩组合体力学性质最弱,煤岩-砂岩组合体最强。②煤-岩厚度比增大会加剧组合体的破坏程度和裂隙数量,当煤-岩厚度比达到一定程度时,煤体发生破裂后能量会继续扩散到邻层,使整个组合体破碎。在不同岩性的组合体中,破坏难易程度为煤岩-砂岩组合>煤岩-灰岩组合>煤岩-泥页岩组合。随着煤-岩组合体交界面接触倾角增大,整体更容易被破坏失稳、产生裂隙。③随着组合体中煤岩厚度增大,发育的裂缝由张性裂隙演变为X型剪切裂隙,且由只在煤岩内部扩展逐渐过渡到整个组合体。不同岩性组合体的力学强度愈大,其裂隙越倾向于从X型剪切裂隙演变为张性裂隙,展布范围由整个组合体变为局限于煤岩内部。煤-岩交界面接触倾角的增大使组合体内部的X型剪切裂隙尺度相应增加,加剧破坏程度。 展开更多
关键词 单轴压缩实验 声发射信号监测 力学行为 数值模拟 裂隙扩展 煤-岩组合体 武乡区块 沁水盆地
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干热岩压裂储层布井方式优选数值模拟
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作者 张立刚 胡志楠 +5 位作者 范森 罗晓雷 丁河嘉 马媛媛 李庆龙 宋永扬 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1-11,共11页
增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、... 增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、热提取率、采出温度和采热功率对比分析了4种不同的布井方式对EGS采热性能的影响。结果表明:相较于直井,水平井的流体热交换的面积更大,能充分开发裂缝间的热量。在生产30 a时,考虑水力压裂裂缝连通的情况下,水平井一注两采模型的采热效率最高,其在垂直于井方向上温度波及范围约690 m,基质岩体平均温度下降38.09 K,热提取率为24.42%,采热功率为3.5 MW。研究成果为提高地热系统产热量、实现干热岩高效可持续开发提供了理论参考。 展开更多
关键词 干热岩 压裂储层采热 增强型地热系统(EGS) 数值模拟 布井方式 水平井 敏感性分析
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植物根劈作用对洞室围岩稳定性影响研究
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作者 高丙丽 黄钟琼 +1 位作者 杨志法 杨聪聪 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期2250-2263,共14页
岩体裂隙在植物根劈作用下会进一步扩展,裂隙扩展将导致岩体强度降低,进而影响洞室围岩稳定性。以浙江省三门县蛇蟠岛大型古地下洞室群为研究背景,开展植物根劈作用对洞室围岩稳定性影响研究。基于断裂力学理论,对主直根、散生根、水平... 岩体裂隙在植物根劈作用下会进一步扩展,裂隙扩展将导致岩体强度降低,进而影响洞室围岩稳定性。以浙江省三门县蛇蟠岛大型古地下洞室群为研究背景,开展植物根劈作用对洞室围岩稳定性影响研究。基于断裂力学理论,对主直根、散生根、水平根3种不同根系类型植物根劈作用机理进行分析;基于裂隙岩体内部裂纹尖端应力强度因子建立了植物根系临界膨胀力公式;基于数值分析方法,研究植物根系类型、裂隙岩体性质对洞室围岩根劈作用的影响规律。研究结果表明,主直根较散生根更容易使裂隙岩体产生破坏,而且破坏时变形值相对较大;砂岩较凝灰岩先破坏,并且砂岩破坏时变形值大于凝灰岩;应力强度因子数值模拟结果与理论计算结果较吻合,平均误差较小。研究成果为洞室围岩稳定性评估及防护提供理论依据,对地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。 展开更多
关键词 根劈作用 围岩稳定性 断裂力学 临界膨胀力 应力强度因子 数值模拟
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基于近场动力学的岩石水力压裂数值模拟及裂隙网络定量分析 被引量:6
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作者 华涛 申林方 +2 位作者 王志良 李泽 徐则民 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期612-622,共11页
基于常规态型近场动力学方法实现了岩石裂隙扩展演化,采用实时追踪新生裂隙面并施加表面压力的方法来模拟压裂液与裂隙表面的相互作用,建立了岩石水力压裂的数值计算模型。根据数字图像处理技术将Zhang-Suen细化算法应用于水力裂隙网络... 基于常规态型近场动力学方法实现了岩石裂隙扩展演化,采用实时追踪新生裂隙面并施加表面压力的方法来模拟压裂液与裂隙表面的相互作用,建立了岩石水力压裂的数值计算模型。根据数字图像处理技术将Zhang-Suen细化算法应用于水力裂隙网络的骨架提取,并采用统计方法计算裂隙网络形态参数,提出了水力裂隙网络量化计算方法。最后考虑加载速率、地应力条件及弹性模量等因素影响,研究了水力裂隙扩展过程及裂隙网络形态参数的演化。研究结果表明:当加载速率较小时,主裂隙朝着较大地应力的方向扩展,裂隙分支并不明显;增加加载速率会增大裂隙均宽和裂隙密度,能够促进裂隙的张开程度及裂隙数量,增强裂隙网络的复杂程度并提高其渗透能力。当水平向地应力和竖向地应力相同时,主裂隙呈十字交叉分布;随着竖向地应力的增大,水平裂隙受到抑制作用,主裂隙沿着竖向扩展,而裂隙总长和裂隙密度则呈增加的趋势。岩体弹性模量的增加会减少细小裂隙分支的扩展,使裂隙网络形态趋于简单化。 展开更多
关键词 岩石 水力压裂 近场动力学 裂隙扩展 数值模拟
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复杂岩性碳酸盐岩裂缝型储层酸化压裂数值模拟 被引量:2
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作者 夏熙 牟建业 +1 位作者 张士诚 卢盼盼 《大庆石油地质与开发》 CAS 北大核心 2024年第6期80-89,共10页
鄂尔多斯盆地大牛地气田马家沟组碳酸盐岩储层岩性复杂,不同矿物成分的酸岩反应速率差异造成的非均匀溶蚀直接影响酸压效果。综合考虑多种矿物的酸岩反应,建立复杂岩性储层酸压模型,模拟分析了矿物含量、矿物分布、天然裂缝及储层温度... 鄂尔多斯盆地大牛地气田马家沟组碳酸盐岩储层岩性复杂,不同矿物成分的酸岩反应速率差异造成的非均匀溶蚀直接影响酸压效果。综合考虑多种矿物的酸岩反应,建立复杂岩性储层酸压模型,模拟分析了矿物含量、矿物分布、天然裂缝及储层温度等因素对酸压效果的影响。结果表明:由纯灰岩至复杂岩性储层,随着灰岩比例的减少,酸作用距离增加了23 m;岩矿分布对酸蚀缝长有较小影响,当酸液沿着矿物分布方向流动时酸作用距离最大;天然裂缝的发育加剧了酸液的滤失,裂缝密度相差0.2条/m时,酸作用距离减小约20 m;复杂岩性储层中温度影响最大,从60℃升至120℃时,白云岩酸岩反应速率接近灰岩,酸作用距离减小约72 m。研究成果为复杂岩性碳酸盐岩储层酸压改造提供了新方法,丰富了碳酸盐岩储层改造理论。 展开更多
关键词 酸压数值模拟 复杂岩性 碳酸盐岩 矿物含量 矿物分布 天然裂缝 温度 酸液作用距离 马家沟组
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地下掘进巷道富水破碎围岩锚杆支护参数优化 被引量:12
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作者 尹胜 周宗红 +1 位作者 张晶 乔木 《有色金属工程》 CAS 北大核心 2024年第2期119-127,共9页
针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计... 针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计的支护方案,利用FLAC3D数值模拟软件模拟计算,通过模拟结果对比分析巷道围岩的稳定性。结果表明:锚杆长度主要影响巷道围岩变形量,锚杆间排距主要影响是巷道围岩破坏情况;最优支护方案为锚杆直径40 mm、长度1.8 m、间排距0.9 m×0.9 m,可减少巷道围岩位移量70.77%、塑性区体积63.91%、垂直应力12.96%,有效控制巷道围岩稳定性,为矿山安全生产提供保证。研究结果可为富水破碎区围岩巷道支护设计和地压治理提供参考。 展开更多
关键词 富水破碎围岩巷道 数值模拟 锚杆支护 参数优化
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