裂隙岩体蠕变柔量分析

利用Betti互等定理和线性粘弹性断裂力学原理推导了裂隙岩体单轴蠕变柔量和体变蠕变柔量的理论表达式，并通过自洽理论来考虑裂隙相互作用对岩体蠕变柔量的影响，分析了裂隙密度参数和泊松比改变时裂隙岩体蠕变柔量的变化规律，对比了考虑和不考虑裂隙相互作用时裂隙岩体蠕变柔量的区别。同时，分析了在静水应力作用下裂隙岩体蠕变的长期稳定问题。     

裂隙岩体表征方法及岩体水力学特性研究

 岩体中裂隙展布的多样性和随机性是裂隙岩体工程特性研究的关键问题。考虑岩体裂隙几何形态(走向、倾角、迹长、间距、隙宽等)的随机性,利用Monte Carlo模拟技术,编制裂隙网络生成程序RFNM2D和RFNM3D。利用RFNM,不但能够生成可以描述和表征岩体及其裂隙结构信息的虚拟裂隙网络岩体,还能够将生成的裂隙网络岩体进行数值离散化,从而可以直接和多种数值计算方法(有限元法、离散元法等)相结合来解决实际工程问题。因此,RFNM生成的裂隙网络岩体实际上是一种数字随机裂隙岩体模型。基于渗流力学理论,应用有限元方法编制软件GeoCAAS,研究裂隙岩体的水力学特性,探讨裂隙几何形态对渗流性状的影响。     

温度饱和水下的裂隙岩体力学特性研究*

在理论上，利用O‘Connell的饱和水裂隙岩体等效弹性模量与岩石模量的关系式，并由式中的裂隙密度概念意义，建立了温度作用下的裂隙密度与Oda提出的裂隙张量之间的关系式；在试验的基础上，给出了温度、饱和水下的单裂隙岩体应力－应变、抗压强度回归拟合关系表达式。并通过试验与拟合结果对以加以验证，其裂隙岩体力学模型可为裂隙岩体THM耦合分析提供合理的依据。     

二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法

 针对裂隙岩体渗流传热问题,用解析方法,比较2种不同岩石基质与裂隙水界面热交换假设下的计算结果,对一般裂隙岩体,2种假设下的计算结果相同。基于离散裂隙网络模型的思想,在商业有限元软件COMSOL中实现一种计算已知裂隙网络的裂隙岩体渗流和传热过程的数值方法,该方法可以同时计算岩石基质与裂隙中的渗流和传热过程及二者间的交换,并与解析解比较进行验证。用该方法对一随机生成的二维裂隙岩体进行计算,得到的出口温度曲线,可以反映裂隙岩体渗流传热的早期热突破和长尾效应等特点,并分析岩石基质渗透率、热传导系数的不同取值对裂隙岩体渗流和传热过程的影响。     

非贯通裂隙岩体力学特性的损伤力学分析

本文基于岩石应力-应变全过程曲线及其对应的声发射试验结果,以及岩石在加载条件下损伤的产生与演化的微观试验和三种不同应力条件下非贯通裂隙岩体模型的强度、变形破坏试验的结果,分析了非贯通裂隙岩体损伤的宏观力学响应和岩体损伤机制;探讨了岩体损伤的局部性及其力学效应。由大量模型试验。通过引入“局部损伤修正系数”,建立了非贯通裂隙岩体考虑损伤的强度预测公式,并用此公式预测了一些模型的三轴强度,结果与实测强度吻合较好。     

裂隙倾角及数目对岩体强度和破坏模式的影响

为研究不同裂隙倾角和数目下低强度岩体强度和变形破坏特征,对含不同预制裂隙的类岩石材料试件进行常规单轴压缩试验。结果表明:(1)低强度岩体峰值强度随裂隙数目增加而减小,随裂隙倾角增大而增大,裂隙倾角0°的三裂隙试件单轴压缩强度最低;(2)除90°裂隙试件外,随裂隙数量增加,试件弹性模量减小,而轴向峰值应变先增大后减小;(3)随裂隙倾角增大,试件弹性模量和轴向峰值应变总体呈“凹型”变化,最小值发生在30°裂隙试件,且大倾角裂隙试件(α>45°)的轴向峰值应变对裂隙倾角敏感程度大于小倾角裂隙试件(α<45°);(4)随裂隙数目增加,低强度岩体的破坏模式变化趋势:脆性破坏→塑性破坏→塑性流动变形破坏。     

裂隙随机分布时岩体力学性质对应力状态的依附性

在不考虑裂隙相互作用和裂隙断裂扩展并假设裂隙随机分布的情况下，运用线弹性断裂力学理论和闭合裂隙模型探讨了在三轴压缩、单轴压缩以及单轴拉伸3种情况下裂隙岩体变形模量的变化规律。对裂隙岩体变形而言，裂隙密度参数和裂隙面摩擦系数是最重要的2个影响因素。随着裂隙密度参数的增加，变形模量有减小的趋势；随着裂隙摩擦系数的增加，变形模量有逐渐增加的趋势。通过计算分析可以看出，三轴压缩时的变形模量最大，单轴压缩时的次之，单轴拉伸时的最小。     

一种岩体裂隙时效扩展的数值模拟方法及验证

 鉴于岩体中存在大量的微缺陷,假定数值模型中每个单元均含有一条长度和倾角具有正态分布的无厚度虚拟微裂纹。通过断裂力学理论及裂隙扩展模式,判定这些微裂纹的扩展速率及模式,当微裂扩展至单元边界,则此单元破坏。这些破坏的单元相互搭接连通,则形成宏观破裂面。以改进的Burgers模型为例,将上述方法嵌入FLAC数值软件,对完整岩石、单裂隙岩体及双裂隙岩体进行单轴压缩和双轴压缩蠕变数值试验。将数值模拟结果与试验结果对比,验证所提出的岩体裂隙时效扩展数值模拟方法的有效性。     

裂隙岩体水力学特性研究

 基于裂隙中的水流运动规律,通过现场压水试验,研究裂隙岩体的渗透特性及其高压渗透特性,重点分析其水力学特性的应力相关性。试验研究表明,裂隙岩体的渗透性与应力赋存环境密切相关,且对应力十分敏感;裂隙岩体的应力环境、水力劈裂压力及裂隙充填情况不同,其高压渗透特性有较大差异。同时,通过总结前人的研究成果并结合数值试验分析,从裂隙岩体渗流的非连续性、非均质性、各向异性、优势水力特性及尺寸效应等多方位描述裂隙岩体的水力学特性,对其水力学特性及其成因进行综合评述。     

用直切槽巴西圆盘试样柔度法确定岩石的弹性模量

利用线弹性断裂力学的柔度法标定技术，建立了用直切槽巴西圆盘（ＣＳＴＢＤ）试样确定岩石拉伸弹性模量的方法。采用三维等参边界元法对ＣＳＴＢＤ试样几何进行标定，获得了仅依赖于试样几何的无量纲弹性柔度Ｅ′ＣｓＢ，其中Ｂ是已知试样厚度，Ｃｓ是弹性柔度，Ｅ′是待定的拉伸弹性模量，通过试验测得Ｃｓ就可确定出Ｅ′。对取自四川某地灰岩进行了两种不同尺寸ＣＳＴＢＤ试样的弹性柔度测试，进而计算出岩石弹性模量。结果表明，用建议方法计算出岩石弹性模量与按照ＡＳＴＭ标准进行单轴拉伸试验所获得的拉伸弹性模量比较，二者吻合较好。在试验中尺寸效应不明显。此方法还能够获得岩石断裂韧度ＫＩｃ。     

岩石剪切破坏裂纹演化特征量化分析

 为深入研究岩石破坏过程表面裂纹演化规律,探讨表面裂纹与内部破裂之间的内在联系,对砂岩剪切过程中表面裂纹演化特征进行量化,分析砂岩剪切破坏表面裂纹演化模式,建立表面裂纹量化参数与应力状态和声发射特征之间的关系,并探讨含水状态对岩石剪切破坏表面裂纹量化参数的影响。研究结果表明：砂岩在剪切过程中伴随着表面雁行裂纹的形成与贯通,雁行裂纹宏观形态出现于破坏前的极短时间内,随后岩石发生剪切贯通;最大AE事件率总是出现在剪应力急剧下降来临之前极短时间内,且出现在表面裂纹非稳定快速扩展之前;饱水系数影响了表面裂纹出现的时间和相对于峰值剪应力的位置,随着饱水系数的增加,砂岩表面裂纹出现时间变早,最大瞬时贯通速度呈依次递减规律,贯通时间变长,表面裂纹快速扩展滞后时间呈明显增加趋势。     

泥质软岩蠕变机制研究

在分析已有岩石蠕变机制研究成果的基础上,以南宁盆地泥岩为研究对象,进行一系列单轴压缩无侧限蠕变试验和有侧限蠕变试验来分析泥岩的蠕变特性,配合扫描电镜,着重分析泥岩蠕变过程中细观和微观结构的变化并提出岩石的蠕变机制,即岩石的蠕变是岩石损伤效应与硬化效应共同作用的结果。通过构建蠕变、损伤及硬化综合曲线说明蠕变3个阶段的形成机制:第一阶段硬化效应强于损伤效应,蠕变规律主要服从于硬化效应的衰减变化规律;第二阶段损伤效应强于硬化效应,蠕变规律主要服从于损伤效应的等速变化规律;第三加速蠕变阶段的硬化效应已不显现,蠕变规律服从损伤效应的加速变化规律。泥质软岩的蠕变机制与金属材料蠕变机制在蠕变参与对象及机制方面不同。     

大理岩蠕变特性试验研究

岩石的流变特性是岩石重要的力学特性之一，它控制着岩石的蠕变参数。利用自行研制的UCT-1型蠕变试验装置，采用单调连续加载和分级加载方式，对南阳大理岩进行了单轴压缩蠕变试验研究。根据试验结果，将蠕变强度与瞬时强度进行了比较，得出蠕变强度与瞬时强度之比为0．9左右的结论。拟合试验曲线得出了蠕变曲线经验公式，认为蠕变试验曲线接近对数规律；并分析了曲线的特点，建立了由Kelvin模型和Maxwell模型串联组成的Burgers大理岩蠕变理论模型，求出了相应的蠕变参数。     

圆形隧道围岩蠕变柔量的确定及粘弹性力学模型的识别

本文给出了圆形隧道围岩径向位移与岩体蠕变柔量的线性关系,并用位移分析法确定了岩体的蠕变柔量,根据所得到的蠕变柔量值由解析法识别了岩体的力学模型并反演了其力学参数．     

基于位移反分析的围岩蠕变本构模型参数确定方法

针对隧道围岩蠕变参数难以确定的研究现状,在充分调研各类岩石蠕变本构方程的适用条件的基础上,选取适用于依托工程实际地质状况的蠕变本构方程.采用位移反分析的计算方法,根据现场调查所得隧道围岩监控量测数据进行参数反演,得到了典型断面所在围岩段的围岩蠕变本构方程,并进行了参数验证,结果显示计算模型所得围岩变形值与实测数据误差较...     

双材料平面多裂纹问题的超奇异积分方程方法

基于双材料平面问题的弹性力学基本解，使用边界积分方程方法，在有限部积分的意义下，将双材料平面单侧多裂纹问题归结为1组以裂纹面位移间断为未知函数的超奇异积分方程组，根据有限部积分原理为其建立了数值算法，并给出了相应的应力强度因子计算公式。通过对均质平面中共线双裂纹问题和双材料平面中存在2个垂直于界面裂纹问题的数值计算，分析了裂纹之间以及裂纹与界面之间的相互影响。数值结果表明，超奇异积分方程方法能够有效求解双材料中多个裂纹的相互作用问题。     

软岩层引起的套管外载计算方法研究

在我国部分油田中,软岩层流变致使套管挤毁,造成巨大经济损失。以黏弹性流变模型理论为基础,建立软岩层、水泥环和套管流变耦合的力学模型。从材料本构关系、几何变形协调、静力平衡三方面进行分析,推导出均匀地应力下水泥环和套管流变外载的表达式。编制相关计算程序,研究软岩层流变力学特性、井眼的初始蠕变和水泥环对套管外载的影响规律。研究结果表明,软岩层流变力学特性、井眼的初始蠕变、水泥环力学参数对套管外载的影响较大。井眼的初始蠕变可释放部分流变载荷,改善套管受力;水泥环使套管受力恶化,在井眼环空不注水泥能延长套管使用寿命。所得结论与一些油田的现场实践相吻合,研究成果已成功应用于江汉油田岩盐层固井和套管设计。