水工隧洞建设中的钢筋混凝土衬砌水压致裂原因及对策

钢筋混凝土衬砌广泛应用于水工隧洞中。但是水工隧道中的钢筋混凝土衬砌经常受到水压的影响,使钢筋混凝土衬砌开裂,衬里的裂缝会导致泄漏问题,严重的泄漏影响水工隧道的耐久性和结构安全,并造成一定的经济损失。针对此,研究其原因和预防措施是减少损失和控制风险的有效途径。在此前提下,该文以一个混凝土工程为例,研究了水工隧洞建设中的钢筋混凝土衬砌水压致裂的成因及对策,旨在为类似项目提供参考。     

炮孔水压预裂爆破的实验研究

介绍了水压预裂爆破的实验研究和爆炸应变场的近区测试结果。采用应变砖作为传感器，用动态分析仪作为分析处理设备。实验对比分析了空气不偶合装药、普通水不偶合装药及预加不同静水压力的水不偶合装药爆破效果。结果表明，水作为不偶合介质能提高爆生气体压缩作用产生的准静态应力场的作用时间，预加一定的静水压力对孔壁初始裂纹的产生起导向作用，从而只在炮孔连线方向产生初始裂纹。炮孔水压预裂爆破能量利用率高，爆破效果好，因此可获得更好的成缝质量和裂面质量。文章还初步分析了水压预裂爆破的成缝机理     

油气储层裂缝扩展的动力学模型

油井暴性水淹是裂缝性砂岩油田开发的普遍特征，这主要是开发过程中注水引起裂缝失稳扩展所致.本文根据砂岩储层的物理力学特征运用断裂力学理论，给出了储层裂缝的应力强度因子的计算方法，分析了开发过程中储层裂缝失稳扩展的判据、裂纹扩展方向。对于合理确定注水压力及井网的合理布置，防治水窜及暴性水淹等具有重要的指导意义。     

二氧化碳致裂器在岩石中深孔预裂爆破中的应用研究

二氧化碳致裂器具有施工安全、操作简单等明显的优点,由于其能量释放嘴的限制,在岩石爆破中受到一定的局限。归纳分析了当今二氧化碳致裂器释放嘴结构状况,采用大型分析软件模拟分析了释放嘴,提出了喷嘴适合边坡预裂爆破的结构形式是锥形,进口宽度为40 mm,出口宽度为20 mm,长度为18 mm,收缩角约30°释放嘴优化结构形式和合理参数,喷嘴形状应为长条矩形状,沿致裂器两侧竖向线等距排列的布置,并在实际工程中试用效果良好。     

二氧化碳相变致裂软岩实验研究

为了研究二氧化碳相变产生的高压气体动态破岩的机理,通过建立设有分布式光纤传感器的物理模型结合数值模型的方法,研究了二氧化碳相变致裂煤体的内部效应,得到了二氧化碳相变高压气体动压破岩的机理及岩体裂隙、强度和二氧化碳相变气体压力等参数之间的关系。研究表明:气体准静压破坏煤体主要集中在煤体强度薄弱的区域,且气体压力要高于煤体破坏的最低极限值;原生裂隙会改变二氧化碳相变致裂煤体的空间范围和煤体的破坏程度,原生裂隙与炮孔之间的夹角越小、距离越近,越明显。     

煤岩体水力致裂弱化技术及其进展

针对煤矿开采中坚硬顶煤（板）冒落性差的问题,讨论了煤矿生产中由此产生的顶煤放出率、冲击 矿压、自燃发火和瓦斯积聚等技术难题;分析了坚硬顶煤（板）水力致裂弱化技术的岩体水力致裂裂缝扩展行 为规律、渗透压力对裂隙岩体宏细观结构的改造作用及其宏观力学响应,水压裂缝扩展形态控制技术,钻孔封 孔技术和岩体水力致裂弱化的监测监控的研究现状和技术发展趋势。     

低渗煤层预裂爆破裂纹扩展规律数值模拟研究

针对低透气性煤层实施深孔预裂爆破过程中爆炸应力波和爆生气体作用下裂纹扩展范围和规律现场难以测量的问题,采用理论和数值模拟相结合的方法,对低渗透煤层进行单孔和双孔预裂爆破数值模拟,得到了不同爆破参数下应力、压力和单位质量塑性功等物理量动态变化规律和裂纹扩展范围,分析了深孔预裂爆破裂纹扩展规律和煤体在高温高压爆生气体及应力波作用下破坏区域的演化规律。炸药在煤体内爆炸的瞬间,产生的压力远大于煤体所能承受的动态抗压强度,煤体被破坏形成爆破空腔,当爆炸冲击波在孔壁上产生初始径向裂隙后,爆生气体楔入裂隙中使其继续扩展,在煤体内形成粉碎区、裂隙区、震动区,揭示了煤层在爆炸应力波和爆生气体作用下的损伤断裂机理。     

二氧化碳致裂器激发药剂爆炸性分类的研究

作为一种非炸药类爆破工具,二氧化碳致裂器在生产、运输和使用过程中的安全性一直是爆破行业和公安管理部门关注的焦点。以二氧化碳致裂器中发热管装的药剂为研究对象,通过隔板试验、克南试验和时间/压力试验等对含高氯酸钾、草酸铵、水杨酸配方的发热管药剂性质开展研究。研究结果表明:按照联合国关于危险货物分级程序,该种常见的二氧化碳致裂器发热管药剂可以定性为爆炸性物质;但该药剂足够钝感,可不划为爆炸品。     

控制孔定向致裂机理的研究及应用

在采煤工作面坚硬岩石断层中采用超前深孔爆破是一项新的技术。借助超动态应变测试系统,利用预埋应变片的水泥模型研究控制孔定向致裂机理并进行工程爆破试验。结果表明:合理布置控制孔,使爆破应力场中的控制孔具有应力集中效应,爆破后的岩石能按照控制孔和装药孔的连线方向断裂,这对于提高超前深孔爆破弱化坚硬断层的效率具有重要的指导意义。     

水力压裂过程的扩展有限元数值模拟方法

建立了基于扩展有限元法的水力压裂数值模拟方法,使水力裂缝独立于网格存在,无需预设裂缝扩展方位。在扩展有限元计算框架下,将裂缝面处理为求解域内边界,将缝内水压力转化为相关单元等效节点力;运用考虑缝内水压力作用的相互积分法来数值求解缝尖应力强度因子;采用最大能量释放率准则确定裂缝是否继续扩展及扩展方位;最终编制了计算机程序。利用该方法数值模拟了单条水力裂缝在恒定水压力作用下作非平面扩展,所得结果分别与室内试验和解析模型相对比。结果表明,数值结果与室内试验和解析解吻合较好,缝尖应力强度因子最大相对误差不高于0.45%,验证了该方法的可行性和准确性。     

水平井水力压裂的三维有限元数值模拟研究

对水平井进行水力压裂,一口井可以形成多条横向裂缝,增产效果比直井更明显,因此近年来水平井压裂应用越来越广泛.该文以ABAQUS软件为平台,采用流固耦合单元模拟岩石的应力渗流耦合行为,采用带有孔隙压力自由度的粘结单元模拟油层和隔层的破裂和扩展,射孔连接微环隙和横向裂缝,即假设了双向同时起裂和扩展的可能性.对大庆油田某水平...     

水力压裂的支撑剂输送分析

为了研究水力压裂中支撑剂输送过程,本文建立了支撑剂二维输送方程,以及含砂液的二维运动方程。这两个方程考虑了支撑剂沉降,并且采用了含砂液的流态指数和稠度系数与支撑剂体积浓度的函数关系。这两个方程与水力压裂三维裂缝模型中描述裂缝宽度与裂缝面上压力关系的积分方程是耦合的。裂缝延伸判据采用应力强度因子法则。应用有限元方法,模拟了水力压裂中的支撑剂输送过程。计算结果反映了支撑剂输送过程中的输送和沉降。     

采用峰值荷载法确定全级配水工混凝土断裂参数

该文采用峰值荷载法研究了全级配水工混凝土试件的断裂参数。通过有限元方法,得到了适用于全级配水工混凝土的非标准楔入劈拉试件的应力强度因子K、裂缝嘴张开口位移CMOD计算公式以及裂缝张开位移COD与CMOD比值COD/CMOD的相关曲线。基于相关断裂试验,通过该文所提公式得到了全级配水工混凝土的等效断裂韧度与临界裂缝尖端张开口位移CTOD_c等断裂参数。研究结果表明：峰值荷载法可应用于截面尺寸不同而缝高比相同的全级配水工混凝土试件,峰值荷载法只需实测各试件的峰值荷载,就可方便确定全级配水工混凝土的断裂参数。     

基于给定参数的水力裂缝与天然裂缝相互作用结果的预测准则

水力裂缝（HF）和天然裂缝（NF）之间的相互作用在压裂裂缝性储层中扮演着重要角色,并可能导致复杂的裂缝网络。该文基于断裂力学理论提出了一个基于给定参数的显式表达式准则。在进行数值模拟、实验或现场施工之前,根据输入参数,应用本准则预测HF遇到NF后的穿透、打开或滑移行为,以及评估已有的水力压裂试验结果。根据准则可知,在高地应力差和高交汇角下,HF容易穿透NF;在低地应力差和低交汇角下,HF容易打开NF;在适当的应力差和交汇角度以及摩擦系数条件下,NF会在HF的作用下发生剪切滑移。高的岩石断裂韧性和短的HF长度（水平井筒到NF的距离）也会导致HF打开NF。相比其他隐式表达式或通过计算程序给出的准则,该文提出的准则只依赖于外部输入参数,具有显式表达方式,方便压裂实验和工程应用。     

玻璃表面裂纹扩展的数值模拟

在玻璃上预制可控表面裂纹，测得裂纹沿长度方向的扩展数据，利用裂纹扩展阻力轴曲线，对表面裂纹的扩展作数值模拟，得到裂纹深度和深长比数据，为了解表面裂纹的扩展过程提供依据。     

液压减振器热动力学及其影响因素理论分析

对液压减振器在衰减悬架系统振动过程中的发热问题通过计算机仿真进行了初步的研究，对减振器发热及其影响因素进行了比较全面的分析，得到了一些重要的指导性结论，也为后续研究奠定了良好的基础。     

基于多分量信号分析的微地震声源定位基础研究

当今世界上对油气田增产以及非常规油气田开发时,应用最广泛最有效的石油工程技术方法是水力压裂。评价水力压裂效果的最成功的方法是微地震监测。国内目前在这方面仍处于起步阶段。通过数值模拟方法,研究不同位置的压裂导致微地震源产生的弹性波场特征,采用相邻井中二分量接收信号进行微地震源反演模拟研究。结合纵波横波的传播时间以及偏振特性等信息,追踪微地震波传播路径,计算声源位置,确定压裂裂缝的前沿,从而达到评估压裂效果的目的。数值模拟结果表明,该方法在微地震监测的声源定位方面有较高的精确度,在微地震监测的反演中有一定的借鉴意义。     

水工闸门垂直水动力计算方法

为了解决水工闸门在启闭过程中垂直水动力的计算方法问题,将垂直水动力分为闸门开启过程中的下吸力和关闭过程中的上托力。首先,在闸门开启过程中,闸门底缘水流的压力能会转化为动能,而在同一开度下流过闸孔的流量又是常量,这就造成了过水断面在闸门底缘处的收缩,流体与闸门底缘分离,当外界补气不充足时,在闸门底缘部位将形成一定真空度,这部分真空度则是造成下吸力的主要原因。其次,在闸门关闭过程中,闸门对水流的阻断以及闸门底缘对水流流向的改变是导致上托力产生的主要原因。最后,该文应用下吸力和上托力的作用原理并结合水流的能量和动量方程提出了闸门启闭过程中下吸力和上托力的计算方法。同时,利用经积石峡水电站试验数据验证后的数值模型进行仿真分析,结果表明：下吸力和上托力计算方法所得结果与仿真结果吻合较好。     

压缩载荷下闭合斜裂纹的分支裂纹渐近扩展分析

采用滑动裂纹模型并结合现有张开斜裂纹的I 型分支裂纹扩展特性的研究成果,研究了闭合斜裂纹的I型分支裂纹的渐近扩展特点,结果表明：1) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹路径的渐近线为平行于最大主应力的一条直线,并得出了渐近线方程;和张开斜裂纹的翼型裂纹不同,闭合斜裂纹的翼型裂纹路径的渐近线不一定过初始裂纹中心点,该渐近线位置与初始裂纹面的摩擦系数、初始裂纹长度及初始裂纹角有关;2) 闭合斜裂纹的I 型分支裂纹的扩展路径可以近似采用双曲线描述,并得出了描述I 型分支裂纹扩展路径的方程.采用ABAQUS 二次开发对闭合斜裂纹的分支裂纹的扩展过程进行了数值模拟,并采用数值模拟和现有试验相结合的方法验证了以上结论的正确性.