压裂斜井时射孔处雁形裂缝产生及干扰分析

在已射孔的斜井压裂过程中，射孔孔眼处会出现一系列的几乎相互平行的雁形裂缝。这些裂缝的延伸、连接受到地层应力及裂缝本身的影响，情况较为复杂，但它们的延伸和连接对压裂的成功与否至关重要。笔者对裂缝模型进行简化，将复变函数理论与位错理论相结合，并且考虑了裂缝表面有流体压力作用且裂缝之间存在相互干扰的情况下，建立了无限大介质中裂尖应力强度因子的数学模型，利用该模型可对雁型裂缝之间的相互干扰进行力学分析。应用数值方法对所建立的数学模型求解，得到裂尖的应力强度因子及转角，来预测裂缝连接情况。该结果可用来指导压裂井的射孔施工。     

基于近场动力学方法的含缺陷板Ⅰ型应力强度因子计算

针对含多缺陷板脆性断裂问题,引入非局部近场动力学理论,结合J积分计算含缺陷板Ⅰ型应力强度因子。通过含Ⅰ型单裂纹脆性板以及系列含等长双裂纹板的应力强度因子计算,验证该方法的可行性和计算精度。进一步应用于含不等长双裂纹、含孔及孔边裂纹脆性板的应力强度因子计算,验证了该方法对于计算含复杂缺陷板Ⅰ型应力强度因子的适用性,并分析了裂纹位置和长度及孔径等多缺陷板裂尖应力强度因子的影响。     

多裂纹混凝土等效断裂模型研究

根据混凝土材料断裂过程区存在尺寸效应这一特点,结合混凝土断裂韧度的尺寸效应规律,对混凝土有效裂缝扩展量进行了研究,得到反映尺寸效应规律的有效裂缝扩展量表达式,进而得到与试件尺寸相关的混凝土多裂纹等效断裂模型,使得多裂纹等效断裂模型更符合断裂过程区的尺寸效应规律。同时,通过与在实际工程中已用的其他模型的计算结果相比较,得出此模型比较可靠的结论。     

不连续位移超奇异积分方程法解三维多裂纹问题

本文采用Ｂｅｔｉ互等功定理，导出了三维不连续位移基本解的一般形式，然后以该基本解为核函数，建立了求解三维多裂纹问题的超奇异边界积分方程组，并采用三角形单元变换技术和有限部分积分的方法给出了超奇异积分的数值解法，引入非协调单元处理技术解决了法向不确定的角点问题。最后，由裂纹面间断位移可直接求得裂纹前沿任意点的应力强度因子     

多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程精细测试

 综合运用声发射定位技术的灵敏性以及CT技术的直观性等特点,实现对多裂纹岩石单轴压缩渐进破坏过程的精细测试。通过分析加载过程中声发射定位事件、CT扫描切片以及CT数的变化,获取多裂纹岩石裂纹扩展破坏过程。加载之初,岩石试件虽总体上表现为裂纹压密,但局部仍可追踪试件内部原生裂纹起始扩展,并随载荷增加向两端逐渐扩展、渐进破坏直至形成贯通破裂面。为探索岩石微细观破坏机制和裂纹扩展演变规律,推进岩石力学试验可视化技术的发展奠定基础。     

预制裂纹几何与材料属性对岩石 裂纹扩展的影响研究

 采用岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模拟系统EPCA2D,研究含预制裂纹岩石试件裂隙的几何位置以及基质材料力学属性的差异对裂纹扩展和搭接的影响。模拟中采用弱化元胞单元来表征试件中存在的预制裂纹,用Weibull随机分布对岩石基质元胞单元的力学参数进行赋值,以反映作为岩石基质一部分的岩桥的非均质性。表征预制裂纹的弱化元胞单元服从理想弹塑性本构关系,基质元胞单元服从弹脆塑性本构关系。利用该方法对含有2或3条裂纹的岩石试件进行单轴压缩破裂过程模拟,再现裂纹起裂、扩展和搭接全过程的实验现象。结果表明,预制裂纹的倾角和岩桥倾角对裂纹的扩展和搭接有重要的影响。同时,考虑基质材料力学属性的差异,研究基质元胞单元力学性质的随机空间分布和不同的内摩擦角等情况下的裂纹扩展模式,结果表明,裂纹的扩展和搭接路径强烈依赖于材料的力学属性,从机制上解释了室内实验中裂纹扩展路径离散性的原因。     

多裂隙岩体渗流特性数值模拟研究

为了研究在水力压裂作用下多裂隙岩体的渗流特性,本文采用岩石破裂过程RFPA数值分析系统和控制变量法,研究多裂隙岩体在不同裂隙角度、不同围压及轴压时,裂隙的扩展演化过程。模拟结果表明:随着岩体天然裂隙角度的增加,裂隙的萌生和扩展逐渐减弱;外界条件对水力压裂作用下裂纹的萌生和扩展是不可忽略的,其最大主应力控制着裂纹的扩展演化。     

岩桥贯通机理的断裂力学分析

多裂纹间的岩桥贯通破坏是导致岩体失稳的重要原因之一。在裂纹分布已知的条件下,预知裂纹相互贯通的模式、机理及相应的外载条件,是预测和制止这类岩体失稳的前提。利用断裂力学中的裂纹尖端应力和应变场的极值分布情况,可以从根本上解决这一问题。当岩桥周围2条裂纹尖端拉应力、拉应变及剪应力极值方向能基本对应起来时,必然会导致2条裂纹的贯通,从而导致岩桥的贯通失稳。因此,这2个极值的性质决定了贯通破坏的性质。     

基于VMIB多裂纹岩石材料拉伸破坏数值模拟

多维虚内键(VMIB)模型是基于虚内键(VIB)理论的一种多尺度力学模型。依据VIB和VMIB观点,有裂纹材料与无裂纹材料的微观组构是相同的,即在微观上都是由随机分布的质量微粒与虚内键所组成的网络结构构成。两种材料不同之处在于有裂纹材料在裂纹处的微粒距离很大,以至于微粒的相互作用(虚内键刚度)几乎为零,宏观上表现为裂纹。为了再现宏观裂纹效应,赋予裂纹处微粒集合体一初始变形,使微粒之间的距离(虚内键变形)增大,从而使微粒的相互作用(虚内键刚度)可以忽略不计。通过该方法,有裂纹材料可以通过统一的本构方程来描述,而不用将宏观裂纹当作不连续面来处理,使问题变得简单化。同时,由于VIB和VMIB模型在本构层次上就是离散的,材料的断裂破坏准则已包含于本构关系之中,所以应用该方法避免了网格重新划分及外部断裂准则选取的问题,提高了计算效率。通过对两条不同排列的平行裂纹开裂过程进行模拟,得出本方法可以再现多裂纹的扩展过程。     

固定载荷下光纤光栅应变传感阵列检测裂缝悬臂梁损伤的研究

介绍了光纤光栅分布式传感原理,推导了悬臂梁受载荷时的应变计算公式,以金属悬臂梁为研究对象,以光纤光栅应变传感阵列为传感工具,实验研究了固定载荷下裂缝悬臂梁的光纤光栅检测的新方法.金属悬臂梁上光纤光栅应变传感阵列粘贴的位置和预制裂纹的位置由有限元模拟确定,固定载荷的加载是在金属悬臂梁的自由端悬挂标准砝码.记录金属悬臂梁在无损伤、一条裂缝、两条裂缝和三条裂缝的光纤光栅应变传感阵列检测到的实验数据,以无损伤的实验数据为初始数据,分别与有损伤的实验数据进行比较,得到悬臂梁在各个损伤情况下的应变变化量,根据应变变化量的不同,确定出悬臂梁上损伤的位置.