一种非稳态气体渗流条件下岩石渗透特性参数计算方法及应用

提出了一种非稳态渗流条件下岩石材料气体渗透特性参数的计算方法。首先将气体滑移方程代入非稳态渗流偏微分方程,利用Picard-Newton差分迭代格式建立非稳态渗流方程的数值解。基于此数值解,对非稳态渗流气压变化曲线进行拟合,利用最小二乘原理反算确定最优的绝对渗透率和滑移因子。算例表明,计算稳定收敛,对步长和随机误差不敏感,同时能够准确捕捉渗透性能参数的微小变化。最后,利用该方法成功测试了位于中国高放废物处置首选预选区的甘肃北山坑探设施硐室掌子面花岗岩的气体渗透特性。提出的方法所需输入数据的获取手段简单,核心算法便于数值实现,可以应用于地下工程围岩的气体渗透性能测试。     

一种非稳态气体渗流条件下岩石渗透特性参数计算方法及应用研究

本文提出了一种非稳态渗流条件下岩石材料气体渗透特性参数的计算方法。首先将气体滑移方程带入非稳态渗流偏微分方程,利用Picard-Newton差分迭代格式建立非稳态渗流方程的数值解。基于此数值解,对非稳态渗流气压变化曲线进行拟合,利用最小二乘原理反算确定最优的绝对渗透率和滑移因子。算例表明,计算稳定收敛,对步长和随机误差不敏感,同时能够准确捕捉渗透性能参数的微小变化。最后,利用该方法成功测试了位于中国高放废物处置首选预选区的甘肃北山坑探设施硐室掌子面花岗岩的气体渗透特性。本文提出的方法所需输入数据的获取手段简单,核心算法便于数值实现,可以应用于地下工程围岩的气体渗透性能测试。     

低渗透油藏非达西渗流地层压力计算方法及分析

低渗透油藏非达西渗流时,地层的压力分布与常规达西流动情况下不同,储层存在压力波及不到的区域,难以有效动用。为此,基于渗流理论中质量守恒和动量守恒方程,建立了考虑启动压力梯度存在的新的不稳定渗流数学模型,推导出非达西径向流解析解和产能方程,形成了低渗透油藏新的地层压力计算方法,为低渗透储层的油藏评价和开发设计提供了理论依据。计算分析表明：低渗透油藏非达西流动下压力分布不同于以往有激励即有响应的达西流动情况,近井地带能量递减远快于常规油藏达西流动的情况,储层波及范围小,井筒外围有很大一部分面积的油藏没能有效动用。     

渗流-化学溶解耦合作用下岩石单裂隙渗透特性研究

为揭示在渗流-化学溶解耦合作用下单裂隙渗透特性的变化规律,建立了描述二维渗流-化学溶解耦合作用的偏微分方程组,并利用COMSOL Multiphysics软件成功地求解该方程组。首先,模拟了文献[1]中的盐岩渗流-溶解耦合渗流试验结果,数值模拟结果与试验结果较为吻合,验证了数学模型的正确性和有效性。然后,利用分形理论生成了一个粗糙的裂隙面数字模型,着重分析了二维石灰岩粗糙裂隙面在水流、矿物溶解和输运过程中其渗透特性的变化规律。数值分析显示,（1）溶质浓度对裂隙面的溶解具有非常重要的作用,从而水流进口端的溶解厚度比出口端大得多。（2）裂隙的整体渗透性在初始时刻增加较慢,随着裂隙开度的增大和贯通,溶解速度会逐渐增大,是一个加速的过程。     

常法向刚度条件下岩石节理剪切-渗流特性试验研究

为研究常刚度(CNS)边界条件下节理的剪切-渗流耦合特性,针对3种不同节理粗糙度的复制节理试样进行了3种不同刚度、3种不同渗透水压力条件下的剪切-渗流试验,全面系统地分析了法向刚度、渗透水压和节理粗糙度等因素对节理剪切过程中力学特性和渗流特性的影响。试验结果表明:节理峰值剪切强度随法向刚度的增加而增加,流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而减小;节理峰值剪切强度和法向位移均随渗透水压的增大而减小,流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而增加;通过节理面的流量随节理粗糙度的增加而减小。剪切过程中流量、等效水力开度和透过率均呈现类似于节理剪胀的三阶段变化规律:快速增长阶段、增速变缓阶段和稳定阶段;稳定阶段流量随法向刚度和渗透水压的变化近似呈线性关系,随着渗透水压的增加,粗糙程度较高的节理流速较慢。     

一种基于数字岩心技术的岩石等效电参数计算方法

研究储层岩石的等效电学参数有助于判断地下油气储藏分布和鉴别油水层,以数字化方法开展精确岩石模型的等效电学参数计算及评价工作对岩石物理理论、实验方法发展及电测井应用等都具有重要的意义。数字岩心技术作为一种新兴的岩心分析方法,已逐渐成为研究岩石等效电学参数的有效方法之一。笔者基于数字岩心及电磁仿真技术,系统性地开展了样本图像数据处理、三维岩石数值模型转化及其等效电学参数计算等工作,对砂岩、页岩等4种岩石样本进行计算和分析,这一套针对扫描岩心图像的数据处理、数值模型转换以及电磁参数计算方法可应用于高效、精确分析不同类型数字岩心的介电常数、电导率等电磁学特性,可为岩石物理、测井解释、储层评价等领域提供重要的参考依据。     

融雪入渗条件下边坡渗流计算及稳定性分析

本文利用饱和非饱和渗流有限元方法,参考积雪厚度、温度变化与融雪入渗关系统计资料,对积雪深度、气温变化以及坡度等不同条件进行了边坡融雪入渗渗流计算及稳定性分析。本文条件下计算结果表明:同一坡度下融雪入渗系数和坡面一定范围内的含水量及压力水头随积雪深度增加而增加,积雪深度达1.0m时,融雪入渗垂直影响范围为30.0m,边坡暂态饱和水位升高13m;相同积雪深度条件下,坡度越大,融雪入渗系数越小,坡内压力水头及含水量变化越小,30°边坡融雪入渗垂直影响范围最大为30.0m;同一积雪深度和坡度下,融雪入渗系数及坡面附近压力水头均与气温变化幅度呈正相关关系。根据极限平衡计算,边坡的稳定系数随着融雪过程的持续而降低,积雪深度、边坡坡度或温度变化越大,安全系数降低幅度越大;其中,坡度因子对边坡安全系数的影响最为显著,60°边坡受融雪影响安全系数降幅达9.7%。     

基于概率分析的渗流计算方法及应用

以随机理论为基础,把岩土体渗透系数视为随机变量。根据渗透系数的概率分布,把岩土体视为按概率分布的不同渗透系数介质的混合体,不同渗透系数介质对渗流场产生贡献的大小由其概率的大小来确定。在确定岩土体渗透系数后,通过渗流方程就可求出不同渗透系数作用下区域内的水头分布和断面流量,再根据渗透系数的概率大小进行叠加,求出整个区域内的水头分布和断面流量。工程实例表明,该方法较确定性有限元法误差小,可作为渗流计算的又一方法用于渗流分析。     

一种潜水蒸发参数的计算方法

根据柯夫达公式计算极限埋深h_0,一般是假设n=1、2或3,然后根据实测的ε、ε_0和h值计算出h_0。这样计算出的h_0值不是实际的潜水蒸发极限埋深。n值不一样,得出的h_0值也不一样。在实际计算中,也可根据多     

膨润土防水毯破损条件下渗流特性试验研究

为了从渗流量和渗透稳定角度深入研究膨润土防水毯破损处的防渗问题,开发了由压力控制系统和模型试验系统两部分组成的渗流试验装置,建立了针对坝体防渗工程中的防水毯破损情况的渗流物理试验方法,并通过膨润土防水毯不同破损工况下的渗流试验,初步探讨了影响破损防水毯与坝身土体联合抗渗的因素。结果表明,对破损防水毯和土体的综合渗透系数的影响,孔洞大小比破损率要敏感;对于孔洞修复能力,主要的敏感的因素包括孔洞直径D及防水毯规格（材料本身性能）。在工程中要做好以下两点：（1）工程中刺破孔洞直径D小于0.5 cm,超过0.5 cm的孔洞应当做修补;（2）局部刺破率不宜大于0.5%,尽量保证防水毯接触面的平整。     

一种计算洪水条件概率的方法

河流上一断面和另一断面的洪水条件概率,在水利工程规划方案的合理选择和经济分析中用处很大。但迄今尚无适宜的方法来计算。本文根据概率论事件积的概念,先将两断面之一洪水系列通过简单转换,求出两断面洪水系列的事件积,由积事件组成的系列分布即为两断面洪水系列在某一特征线上的联合分布。然后进行简单的频率计算,并由条件概率公式求出洪水的条件概率。本文还举一个计算实例,说明怎样应用该方法.     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下,测量了ＣＸ地区地表至５０００ｍ深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度（ｖｐ,ｖｓ）的同步测试,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果,讨论了在实际埋深条件下ＣＸ地区砂、泥岩的静力学参数,波速及动力学参数的变化特征,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

岩石材料的一种非线性三参数强度准则及应用

为了更好地描述岩石材料在多种复杂应力作用下的强度状态,在已提出的双T~2强度理论基础上,建立了一种新的非线性三参数强度准则。通过与Westerly花岗岩等5种岩石材料试验数据的比较,对准则在σ_1=σ_2σ_3,σ_1σ_2=σ_3,σ_3=0、σ_10、σ_20,σ_30和σ-τ 5种复杂应力状态下的合理性和适用性进行了讨论。研究表明:待定系数A、B、C可通过简单的试验确定且具有明确的物理意义;不同岩石材料的极限应力比α和β对应不同的强度理论;非线性三参数强度准则的π平面迹线介于单剪强度理论和Mises准则、双剪强度理论之间,符合各向同性材料屈服面三轴对称和外凸的公设;理论预测曲线可反映岩石材料中主应力效应的区间性与静水压力效应,并与多种岩石材料在复杂应力状态下的强度变化趋势基本吻合。     

三峡库区滑坡土体渗透特性及参数研究

滑体渗透性及渗透系数取值对于水库滑坡渗流及稳定性分析计算具有非常重要的意义。本文通过三峡库区396个滑坡1188个试坑（样）的测试资料分析得出:（1）三峡库区滑坡体按物源岩性可分为白云岩和灰岩、泥灰岩、砂泥岩互层,按组成结构可分为均质细粒土、土含碎块石、土夹碎块石、碎块石土和裂隙岩体;（2）渗透性以中等和良好为主;且具有一定的区域分布特征,位于奉节、巫溪和忠县的滑坡体渗透性中等,其他区县滑坡体渗透性良好;渗透系数大小与滑坡土体中碎块石含量呈正相关,裂隙岩滑体渗透性则低于碎块石土滑体渗透性;（3）不同组成结构滑体的渗透系数平均值分别为均质细粒土1.28 m·d-1,土含碎块石1.41 m·d-1、土夹碎块石2.56 m·d-1、碎块石土3.84 m·d-1和裂隙岩体3.24 m·d-1。     

异常温压条件下水文地质参数实验室计算方法的研究

异常温压条件下的渗透系数和弹性储水系数是评价深层地下水资源量的关键水文地质参数。本文针对目前国内外在深层地下水资源评价研究中,沿用浅层地下水的非稳定井流试验求参数所造成的弊端,考虑到深层地下水因埋藏深度很大而形成的异常温压条件,提出了通过实验室测定岩样,水样的弹性模量、泊松比、孔隙度、渗透率、液体体积压缩系数、粘滞系数等,进而计算深层地下水所处的特定环境中的水文地质参数的方法。     

一种新型CSAMT观测参数的计算方法

常规的可控源电磁法理论在计算视电阻率公式上,由于主要采用了其电磁场,所以难以直接反映全频域视电阻率的值,也不能直观地显现出地下介质的地质构造。这里采用水平偶极子激发的电磁场,提出了电场的全域精确表达式,并可直接计算出大地电阻率。通过与卡尼亚电阻率计算的对比结果表明：该方法的结果在远区等价于卡尼亚电阻率,在近区和过渡带则明显地改善了卡尼亚电阻率的非波场区场畸变,从而能更好地接近基底的真电阻率,更形象地反映了地下介质的垂向电性变化。     

循环冻融条件下岩石物理特性的试验研究

新鲜岩石和风化岩石的力学性质有着较大的区别,特别是当岩石的风化程度很深时,岩石的力学性质会明显下降,而在实际工程中又常常将风化岩石作为工程的基础,因此,研究和认识风化岩石的力学特性是有必要的.温度的变化是引起岩石风化的主要原因之一,尤其是循环温度变化更容易使岩石风化.将采自焦作的大理岩和砂岩分成干燥和饱和两组岩样,进行了循环冻融试验来模拟岩石的风化.在冻融前、每10次循环冻融后,量测岩样的质量,利用NM-4B非金属超声检测分析仪对各岩样进行超声纵波无损检测,总共进行50次循环冻融.分析了循环冻融对岩石质量损失的影响并就纵波波速的改变进行了比较,据此归纳出岩石材料受风化影响的物理特性.     

不同渗透水压下完整泥页岩剪切−渗流特性研究

为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切−渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切−渗流耦合试验和剪切蠕变−渗流耦合试验。试验结果表明：（1）随着渗透水压力的增加,饱水泥页岩剪切强度峰值、法向变形峰值以及剪切蠕变破坏强度均有所下降,说明渗透水压力对岩样力学强度具有损伤效果。（2）在剪切−渗流耦合试验过程中,岩样剪应力与法向变形在线弹性变化的末期会出现明显的上下波动现象,并伴有水流流出,剪应力和法向变形的突变点在时间上具有一致性。（3）在剪切蠕变−渗流耦合试验过程中,水流渗出速率与渗透水压力大小呈正相关,随着剪切荷载施加等级的提高,岩样蠕变变形量增大,单位时间内累计渗出水量亦有所提升。