岩石结构的不稳定性和突跳现象

 将结构稳定性理论和方法应用于岩石力学问题。分别采用2个简单的力学模型,研究竖井开挖过程中岩爆的发生和逆冲断层地震。通过理论研究,对于竖井开挖过程,分析无量纲孔壁位移和孔壁压力构成的平衡路径曲线;对于逆冲断层,分析远场无量纲位移和约束反力构成的平衡路径曲线。岩石结构失稳属于极值点型失稳,岩爆和逆冲断层地震是2种不同类型的极值点型失稳。从平衡路径曲线上来看,竖井开挖中的岩爆是一种应力极值点型失稳,伴随有位移突跳;而逆冲断层地震是一种位移极值点型失稳,并伴有力的突跳。     

非均匀载荷下套管强度的计算

将非均匀地应力场中套管载荷和套管内应力分布的理论公式推广到包含内压的情况,并采用Tresca屈服准则和Mises屈服准则,分别推导了在忽略套管轴向载荷和考虑套管轴向载荷两种情况下套管强度破坏时挤毁压力的计算公式。引入等效外挤压力概念,使该公式与标准API公式在形式上完全一致。计算结果表明,在非均匀载荷情况下,套管强度破坏的危险性会增加。     

Drucker-Prager准则在拉剪区的修正

针对在岩石塑性力学领域广泛应用的Drucker-Prager准则(简称D-P准则)是一个压剪屈服准则,在拉剪受力状态下不适用的情况,提出在拉剪区修正D-P准则的2种可行性方案.第一种方案是在压剪区,仍采用D-P准则的锥面式,而在拉剪区及其邻近,采用一个球形屈服面代替原来的锥顶附近的锥面.第二种方案是使用一个双曲旋转面近似地代替D-P圆锥面.将这2种方法定义的新的修正的D-P准则简称为D-P-Y准则,它是一个三参数准则,不仅在压剪区符合三轴压缩实验结果,而且在拉剪区也可拟合抗拉强度的资料.同时,它还是一个在全区域处处光滑的正则函数,可以使用经典的正交法则和一致性条件建立本构关系,而不必做任何奇异点的处理,这给应用和编程都带来方便,具有广泛的应用前景.特别地,对于双曲型的D-P-Y准则,当相关参数取0时,可分别退化为D-P准则和Mises准则,因此,在编程中可只编入D-P-Y准则.     

粘弹性对称铺设层合板的非线性动力响应

基于Karman板理论和线粘弹性Boltzmann叠加原理,建立了粘弹性对称铺设层合板的非线性积分—偏微分动力学方程。针对材料具积分型本构关系以及松弛模量为Prony级数的形式,应用Galerkin技术、Newmark方法和Newton-Cotes方法,给出了求解粘弹性层合结构非线性动力学问题的一种有效的数值算法。具体地求解了若干算例,且与相关文献进行了比较。     

采用等效介质模型研究地应力场中套管井周波速的空间分布

在以往的工作中,利用弹性力学理论获得了地应力场中套管—水泥环—地层系统应力分布的解析表达式。在此基础之上,应用等效介质模型的速度—应力关系式,研究了地应力场中套管井周弹性波速的空间分布规律。分析结果表明,相对裸眼井,套管井应力集中的程度更加明显,由于套管和水泥环的存在,地层应力集中的范围明显缩小到井眼附近。应力集中将导致套管井周波速空间分布的各向异性,对应不同方位径向偏振的横波速度的交叉点明显向井孔附近移动,这意味着垂直偏振的两种弯曲波频散曲线的交点会向高频移动。这一结果表明,在高频情况下,在套管井中应用正交偶极子声测井检测应力导致的各向异性是可行的。