盐岩裂隙渗流–溶解耦合模型及试验研究

根据盐岩溶解机制，对盐岩裂隙的溶解过程进行合理简化和假设；在此基础上，考虑盐岩裂隙溶解和渗透性变化的耦合条件，建立盐岩裂隙渗流–溶解耦合模型。利用自行设计研制的盐岩裂隙渗流–溶解耦合试验装置对特定条件下的盐岩裂隙渗流–溶解耦合过程进行试验研究，并应用盐岩裂隙渗流–溶解耦合模型进行模拟分析与验证，计算结果与试验结果非常吻合，表明所建立的盐岩裂隙渗流–溶解耦合模型可以很好地描述盐岩裂隙的渗流–溶解耦合机制。该研究成果为进一步研究盐岩的应力–渗流–溶解耦合机制奠定重要的理论和试验基础。     

不同加载路径饱和岩石力学特征的试验研究

不同加载路径对岩石强度特征、变形特征和破坏特征存在影响。据此，探讨饱和岩石在排水、非排水、比例加载、侧向卸载、在不同偏应力状态下注水和非排水（但在不同偏应力状态下水压力卸载）等加载情况下以及在常规三轴试验和拥有循环加载的三轴试验等试验方式下，岩体的强度特征、各向异性变形特征和破坏特征。试验结果表明：循环加载、饱和岩石在不同偏应力状态下注水、非排水但在不同应力状态下水压力卸载、比例加载和侧向卸载等具有降低岩石强度、增加岩体变形以及水压力对岩石具有劈裂破坏作用等特征，这些力学特征对岩土工程具有现实意义。     

饱和状态下硬岩三轴流变变形与破裂机制研究

利用岩石全自动流变伺服仪对饱和状态下坚硬大理岩和绿片岩进行了三轴压缩流变试验,基于得到的硬岩三轴流变试验结果,研究了硬岩在不同围压作用下的轴向应变以及侧向应变随时间的变化规律,从而为岩石工程流变数值分析时参数的辨识提供了可靠的试验依据。然后研究了硬岩轴向变形与侧向变形之间的关系,探讨了围压与粒径对岩石轴向以及侧向变形特性的影响规律,分析了岩石三轴流变过程中的塑性变形特性,讨论了流变应力水平对岩石侧向-轴向变形特性的影响规律。最后对不同围压作用下岩石流变破裂断口微细观特征进行了分析。     

粘土岩非饱和渗流模型在地下水运移过程中的数值模拟

根据实验室粘土岩非饱和渗流实验的结果,将考虑塑性应变硬化、Hoek-Brown和Mohr-Coulomb 3种非饱和渗流应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井,研究了粘土岩在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期,围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程以及地应力和水力学参数(Biot系数、饱和度与毛细孔隙水压力关系、水相的相对渗透系数与饱和度关系)对围岩内的非饱和流动区域大小的影响.计算结果表明,水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著,尤其是对水相的相对渗透系数与饱和度的关系的影响.     

脆性岩石各向异性损伤和渗流耦合细观模型

采用细观力学方法提出一个岩石各向异性损伤和渗流耦合的细观模型。其中,岩石的损伤由裂纹的状态变量来表示,损伤演化通过裂纹扩展准则来定义,并采用细观力学的分析方法由含裂纹材料的自由熵推导出裂隙岩石的本构方程。同时可以假设：由于裂纹表面的粗糙不平,在裂纹扩展的同时将引起法向开度的产生,这是材料渗透系数变化的主要原因,根据上述假设及达西定律和微观层流理论,推导出岩石特征体积单元的渗透系数表达式,从而建立岩石各向异性损伤和渗流耦合的细观模型。模拟分析表明,提出的模型与试验结果吻合很好。     

砂岩试验和理论研究

大孔隙率砂岩具有特殊的力学特性,对其力学行为进行试验和理论研究不仅具有理论意义,而且具有工程实践作用。对大孔隙率砂岩在不同饱和液体情况下的力学特性进行了试验研究,以2种理论对其破坏特征进行了解释,紧接着推广了帽盖模型,并对试验结果进行了模拟。试验结果证明了大孔隙率砂岩存在一临界围压,随着围压增加,砂岩由以压剪破坏为主逐渐转化为以孔隙坍塌破坏为主;在油水转化过程中,也存在一临界饱和度,超过此临界饱和度,其力学特性发生较大的改变。该试验和理论研究能合理地解释注水采油引起的地表沉降。     

法向应力和水压力作用下岩石单裂隙水力耦合模型

 为突出孔隙水压力对裂隙变形及其水力传导性能的影响,以经典的Biot孔隙弹性模型为基础,通过把裂隙视为一系列空隙的联合体,将广义的Biot有效应力系数扩展到岩石裂隙上。模型通过有效应力系数的引进,建立饱和裂隙在法向应力和孔隙水压力共同作用下的非线性本构方程,同时通过裂隙渗流的“立方定理”得到渗流流速与裂隙变形的关系以及裂隙法向应力作用下的水力耦合模型。模型中包含的4个参数均有其物理意义,并且可以通过裂隙力学压缩试验和渗流试验结果确定。与经典的太沙基有效应力原理不同,该模型中Biot有效应力系数是裂隙位移的函数,强调了不同位移状态下水压力作用效果的不同,突出了孔隙水压力与裂隙变形之间的相互影响。最后,针对不同孔隙水压力下裂隙渗流流速随法向应力变化的试验数据,用该模型对试验结果进行预测,初步证实该模型的准确性和适用性。     

脆性岩石的粘弹性损伤模型研究

首先介绍一个建立在热动力框架的宏观损伤模型,热动力势是宏观应变和损伤的函数,损伤则是一个标量.通过引入粘滞系数建立一个粘弹性损伤模型,来描述脆性材料的力学特性随损伤和时间的演化过程.运用模型对单轴拉伸、单轴压缩、蠕变和松弛等实验进行预测,模型预测能正确地描述脆性岩石的力学特性.     

大孔隙率砂岩的试验研究

对大孔隙率砂岩在不同饱和液体情况下的力学特性进行了试验研究,以两种破坏理论对大孔隙率砂岩的破坏特征进行了解释.试验证明:大孔隙率砂岩存在临界围压,随着围压的变化,大孔隙率岩石以压剪破坏为主逐渐转化为以孔隙坍塌破坏为主;在油水转化过程中,也存在临界饱和度,超过此临界饱和度,岩石力学性质发生较大改变.     

基于细观力学的脆性岩石通用损伤模型

岩石是在形成和运移过程中经过各种改造的地质产物,因而具有复杂的非线性特征。这种特征在微观上主要表现为岩石结构的非连续性和不确定性,很难用传统的、基于线性分析基础之上的方法来描述。基于细观力学分析和通过尺度变化（宏观－细观－宏观）来考虑岩石材料体积表征单元内单个裂纹的贡献,提出了一个脆性岩石通用损伤模型。该模型根据对损伤变量或内变量的不同定义（如：宏观量和微观量）,可以表现为唯象模型和细观力学模型;通过对损伤变量或内变量的阶数的不同定义（如：标量、矢量和张量）,此模型亦可以表达为各向同性或各向异性损伤模型。