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动静组合加载下锚固裂隙岩体的止裂与吸能机理 被引量：1
1
作者 韩凤岩 余东峰 +2 位作者 陈瑜 黄林冲 徐志胜 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1424,共7页
为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特... 为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特性、能量耗散及破坏特征进行了研究,并从细观能量耗散角度阐述了锚杆在动荷载下对裂隙岩体的锚固机理.结果表明:裂隙岩体和锚固裂隙岩体的动态抗压强度随冲击气压的增大而增加,锚杆对裂隙岩体的锚固效应可提高动态抗压强度,减小裂隙岩体的冲击后破坏程度,锚固裂隙岩体能量吸收率变化规律趋同于完整岩体;从细观角度分析,锚杆加固使得裂隙岩体的摩擦滑移耗散能和破坏后碎块携带动能降低,整体吸收能量减少. 展开更多
关键词 动静组合加载 裂隙岩石 力学特性 锚固机理 有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合
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多级水力压裂应力阴影效应的数值分析 被引量：1
2
作者 宋进鑫 郁航 +2 位作者 王雅亭 陈佳亮 鞠杨 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期475-482,共8页
多级水力压裂作为储层改造的主要技术手段,广泛用于提高致密油气藏的气体产量。裂缝在扩展过程中的应力阴影效应对于有效连通储层的天然裂缝并形成有利于油、气体流动的复杂裂缝网络至关重要。本研究采用了自适应的有限元-离散元方法,... 多级水力压裂作为储层改造的主要技术手段,广泛用于提高致密油气藏的气体产量。裂缝在扩展过程中的应力阴影效应对于有效连通储层的天然裂缝并形成有利于油、气体流动的复杂裂缝网络至关重要。本研究采用了自适应的有限元-离散元方法,通过改进网格自动细化和识别多个裂缝扩展模拟含天然裂缝储层的多级水力压裂。数值模型中考虑了水力裂缝、天然裂缝和微观孔隙结构的相互作用,整合了非线性的Carter滤失模型来描述多级压裂过程中压裂液的滤失效应。引入了理想平行板流的支撑剂运输方程,并采用了达西定律来分析裂缝网络中的流体渗透效应。通过比较无裂缝均质模型和天然裂缝模型的裂缝网络和流体流动,评估了天然裂缝对多级压裂裂缝行为和气体产量的影响。研究为确定和优化致密气藏中压裂簇间距提供了一种新的方法。 展开更多
关键词 自适应有限元-离散元法 应力阴影效应 流体力学耦合 压裂液滤失效应
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大坝基岩单裂隙灌浆流固耦合模拟研究 被引量：17
3
作者 王晓玲 刘长欣 +2 位作者 李瑞金 刘震 邓韶辉 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2017年第10期1037-1046,共10页
单裂隙是构成裂隙网络的基本元素,对浆液在单裂隙中扩散规律的研究是研究浆液在裂隙网络中扩散的基础.目前灌浆数值模拟研究主要集中在特定参数的取值对数值模拟结果的影响以及数值模拟与模型试验结果的对比,且在考虑流固耦合作用对实... 单裂隙是构成裂隙网络的基本元素,对浆液在单裂隙中扩散规律的研究是研究浆液在裂隙网络中扩散的基础.目前灌浆数值模拟研究主要集中在特定参数的取值对数值模拟结果的影响以及数值模拟与模型试验结果的对比,且在考虑流固耦合作用对实际灌浆的影响时均采用二维模型.本文通过构建三维单裂隙特征模型,以对实际灌浆效果影响显著的灌浆压力、裂隙宽度和裂隙倾角等3个因素为研究对象,基于三维离散元方法进行了考虑流固耦合作用的单裂隙灌浆数值模拟参数的敏感性分析.研究结果表明:流固耦合作用对于数值模拟结果的影响随灌浆压力的增大而增大,随裂隙宽度的增大而减小,基本上不会随裂隙倾角的变化而改变.以上结论对于指导基岩裂隙灌浆具有一定的理论和现实意义. 展开更多
关键词 单裂隙灌浆 参数敏感性 流固耦合 三维离散元方法 数值模拟
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裂隙岩体应力渗流耦合规律及对底板隔水性能研究 被引量：4
4
作者 周冬磊 王连国 +1 位作者 黄继辉 王占盛 《金属矿山》 CAS 北大核心 2011年第11期53-57,共5页
采用MTS815.02型岩石力学伺服试验系统,对桃园煤矿10煤底板的岩样进行全应力—应变渗透试验,得到岩样裂隙在闭合、萌生、扩展过程中的渗透特性。通过对不同非承压状态下裂隙岩石的渗透性能的研究,为采场底板隔水性能的研究提供重要参数... 采用MTS815.02型岩石力学伺服试验系统,对桃园煤矿10煤底板的岩样进行全应力—应变渗透试验,得到岩样裂隙在闭合、萌生、扩展过程中的渗透特性。通过对不同非承压状态下裂隙岩石的渗透性能的研究,为采场底板隔水性能的研究提供重要参数。数值研究表明,在工作面的不断推进过程中,底板将处于压缩—膨胀—压缩的状态,而在压缩与膨胀变形过渡区,底板最容易出现剪切破坏,最终形成导水通道。基于上述研究,对桃园煤矿10煤底板隔水性能进行评价,并提出了防治实践。研究结果对于制定裂隙岩体的防治水措施,防止采动过程中突水事故的发生具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 裂隙岩体 渗透性 耦合 离散元 隔水性能
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基于嵌入式离散裂缝和扩展有限元的裂缝性页岩油藏流固耦合高效数值模拟方法 被引量：10
5
作者 牛骏 苏建政 +2 位作者 严侠 汪友平 孙海 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第7期2643-2651,共9页
通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变... 通过耦合嵌入式离散裂缝模型和扩展有限元建立了一种适用于裂缝性页岩油藏的流固耦合高效数值模拟方法。该方法创新性在于:通过对裂缝进行显式降维处理,可以准确刻画水力裂缝对渗流场和应力场的影响,同时可以模拟水力裂缝开度的动态变化过程以及水力裂缝内流体压力对裂缝变形的影响;在划分网格时仅需对基岩系统进行正交网格剖分,不必考虑裂缝的几何形态,渗流场和应力场均选取一套网格,使得网格划分时的复杂度大幅降低。对于渗流方程求解采取模拟有限差分方法,满足局部质量守恒并且可以有效处理全张量形式渗透率;对于岩石力学方程求解采取扩展有限元方法,可以准确处理裂缝两侧的位移间断性。通过算例分析,本文方法的正确性与优势得以验证。 展开更多
关键词 裂缝性页岩油藏 流固耦合 嵌入式离散裂缝模型 扩展有限元方法 模拟有限差分方法
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基于XFEM-MBEM的嵌入式离散裂缝模型流固耦合数值模拟方法 被引量：9
6
作者 杜旭林 程林松 +2 位作者 牛烺昱 方思冬 曹仁义 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3413-3424,共12页
离散缝网的表征与模拟是目前国内外研究的热点.在非常规油气开发过程中,由于地应力场的存在会对裂缝的流动属性产生显著影响,若将裂缝视为静态对象,与矿场数据会出现极大偏差,因此要基于动态裂缝做更深入的研究.本文针对致密油藏应力场... 离散缝网的表征与模拟是目前国内外研究的热点.在非常规油气开发过程中,由于地应力场的存在会对裂缝的流动属性产生显著影响,若将裂缝视为静态对象,与矿场数据会出现极大偏差,因此要基于动态裂缝做更深入的研究.本文针对致密油藏应力场-渗流场耦合力学问题,提出了一种高效的混合数值离散化方法,其中采用扩展有限元法(XFEM)求解岩石的弹性形变,采用了混合边界元法(MBEM)精确计算基岩与裂缝间的非稳态窜流,这两种数值格式是完全耦合的,并对整体计算格式的时间项进行了全隐式求解,可准确表征致密油藏开采过程中的裂缝变形及流体流动机理.此外,本文采用了嵌入式离散裂缝前处理算法显式表征大尺度水力压裂缝,并考虑了支撑剂的作用;采用了双孔有效应力原理和双重介质隐式裂缝表征方法,可捕捉基质与小尺度天然裂缝的动态信息;由此,本文所提出的混合模型综合表征了基质-天然裂缝-水力压裂缝共同组成的致密油藏复杂渗流环境,并通过几个实例论证了模型的准确性,研究表明:对致密油藏压裂水平井进行产能评价时,应力场所引起渗流参数的改变及裂缝开度降低的影响不可忽略.本文研究可为非常规油气资源的开发提供理论指导. 展开更多
关键词 致密油藏 嵌入式离散裂缝模型 扩展有限元 混合边界元 流固耦合
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基于D-Rb-C耦合模型的破碎岩体注浆加固作用机制与规律 被引量：4
7
作者 张洪伟 姜汉 +5 位作者 刘世奇 赵毅鑫 孙晓冬 平琦 刘斌 张通 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1464-1475,共12页
注浆加固是工程岩体稳定性主动控制的有效方法,其作用机制主要是将浆液注入或渗入破碎岩体结构面中,形成注浆结实体,强化岩体稳定性和抵抗外力破坏的能力。为实现破碎围岩注浆扩散和固结全过程计算,提出了基于离散单元法的岩体注浆扩散... 注浆加固是工程岩体稳定性主动控制的有效方法,其作用机制主要是将浆液注入或渗入破碎岩体结构面中,形成注浆结实体,强化岩体稳定性和抵抗外力破坏的能力。为实现破碎围岩注浆扩散和固结全过程计算,提出了基于离散单元法的岩体注浆扩散-固结作用机制,考虑了注浆过程中离散单元体中的完整接触、水力破坏接触和力学破坏接触3种情况,建立了Bingham流体扩散-黏结-固结(D-Rb-C)耦合模型,给出了基于D-Rb-C耦合模型的解算原理,开展了模型校核和算例分析,实现了浆液扩散-黏结-固结全过程解算,结果表明:(1)单裂隙岩体全长注浆后,岩体剪切峰值强度较未注浆裂隙有一定提升,主要依赖于浆液凝固后所产生的剪切摩擦阻力;(2)在单裂隙岩体点注浆模拟实验中,随着注浆压力增加浆液不断扩散,岩体峰前剪切屈服阶段和峰后阶段不断强化。(3)对于工程尺度破碎岩体,随着注浆压力增加,扩散半径呈两阶段增大趋势;浆液向深处高应力区闭合裂隙扩展需克服更大压应力,才能继续流动;注浆压力升高以后,相邻钻孔扩散范围叠加,形成封闭巷道的注浆结石体;当浆液凝固黏结强度较低时,结构面仍是控制围岩破坏失稳的主控因素。 展开更多
关键词 离散单元法 裂隙岩体 注浆加固 浆液扩散 耦合模型
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异形PDC切削齿破碎塑性泥岩热固耦合数值模拟研究 被引量：4
8
作者 罗鸣 高德利 李文拓 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期129-137,共9页
中国南海莺琼盆地存在大量高温高压塑性泥岩地层,面临PDC钻齿难以吃入岩层、钻井速度慢的难题,开展该岩层破岩机理研究对于提高钻井速度有重要意义。本文通过离散单元法建立了由平行粘结颗粒组成的岩样二维、三维热固耦合数值模型,并标... 中国南海莺琼盆地存在大量高温高压塑性泥岩地层,面临PDC钻齿难以吃入岩层、钻井速度慢的难题,开展该岩层破岩机理研究对于提高钻井速度有重要意义。本文通过离散单元法建立了由平行粘结颗粒组成的岩样二维、三维热固耦合数值模型,并标定了模型细观参数,开展了不同温度下圆柱形齿、楔形齿、屋脊齿和尖圆齿切削塑性泥岩的数值模拟研究。研究结果表明:随着楔形齿侵入时间增加,泥岩损伤区域增大,且径向裂纹向下扩展一定范围后停止扩展,岩石表现为塑性破碎;温度升高对楔形齿侵入岩石产生的径向裂纹和侧向裂纹扩展具有抑制作用;高温环境下,尖圆齿破岩效果明显好于屋脊齿和圆柱齿。现场应用结果表明,相同工况下尖圆齿PDC钻头机械钻速明显高于邻井圆柱齿PDC钻头,与数值模拟结果一致。本文研究成果可为南海高温高压储层破岩提速钻头优化提供理论依据。 展开更多
关键词 离散元法 热固耦合 异形齿 岩石破碎 塑性泥岩
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基于离散裂隙网络与离散元耦合方法的礼让隧道岩体力学参数确定 被引量：8
9
作者 刘波 杨亚刚 《科学技术与工程》 北大核心 2020年第23期9567-9573,共7页
为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,... 为了准确地确定礼让隧道节理岩体力学参数,采用3DEC程序中离散裂隙网络(discrete fracture network, DFN)技术,建立了能反映节理裂隙分布特征的离散裂隙网络模型。在此基础上,结合室内岩石、节理力学试验,运用等效岩体技术及3DEC程序,建立基于离散裂隙网络-离散元(discrete fracture network-discrete element method,DFN-DEM)耦合方法的等效岩体模型,并构建反映工程岩体节理分布特征的多尺度等效节理岩体计算模型;通过对多尺度等效节理岩体计算模型进行单轴压缩试验,获取岩体峰前及峰后的力学性质,分析节理岩体的尺寸效应、各向异性、表征单元体及等效岩体力学参数。结果表明:DFN-DEM耦合技术解决了非贯通节理的建模问题;随着等效岩体尺度增大,节理岩体峰值强度、弹性模量逐渐减小,各向异性特性逐渐减弱,且尺度达到5 m×5 m×10 m趋于稳定得到表征单元体;表征单元体尺度下等效岩体力学参数为弹性模量9 GPa、单轴抗压强度0.7 MPa、内摩擦角25°、黏聚力0.3 MPa、抗拉强度0.12 MPa,与Hoek-Brown强度准则所得力学参数对比,两者较为接近。该法为研究工程岩体的稳定性提供了数据基础。 展开更多
关键词 礼让隧道 离散裂隙网络与离散元耦合方法 等效岩体 表征单元体 节理岩体力学参数
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