饱水裂隙岩石冻融变形特性研究

寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化,严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验,分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律,得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征,探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响,分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明：（1）不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段：冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段;（2）饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环,出现“冻融滞回”现象,且随冻融次数增加,滞回环逐渐上移,残余应变逐渐增加;（3）饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值,且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关,裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。     

裂隙特征对岩石渗流特性的影响规律研究

裂隙是油气储层主要的储集空间及流体渗流通道,影响油气的运移规律,是油气勘探开发的重要指标。以冀中坳陷任丘油田任10井为例,运用数值模拟方法研究了裂隙开展宽度和裂隙面粗糙度对岩石渗流特性的影响规律。研究结果表明,(1)裂隙开展宽度较小时,孔隙内流体压力仅在入口处小范围内呈扇形分布,裂隙中压力分布曲线呈正切函数型,流体流速在裂隙和孔隙中都较小;随着裂缝开展宽度的增加,孔隙内流体压力逐渐增大,裂隙中压力分布曲线逐渐向直线型转变,流体流速在入口处先减小后稳定,在裂隙中先增加后稳定;(2)裂隙面粗糙度对裂隙岩石渗流特性的影响与裂隙开展宽度有关,在裂隙开展宽度较大时,裂隙面粗糙度对流体压力的分布影响较大;随着裂隙面粗糙度增大,孔隙内流速逐渐增大,而裂隙中流速逐渐减小;(3)随着裂隙开展宽度的增大,影响裂隙流体流动的主控因素逐渐由裂隙开展宽度转变为裂隙面粗糙度。     

绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响

为了解关键性矿物在“超临界CO₂-水-岩石”系统中的地球化学作用,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,结合我国鄂尔多斯盆地深部咸水含水层的基础地质条件,建立一维垂向模型,研究了盖层中绿泥石含量分别为3%、9%、15%时对CO₂-水-岩石相互作用的影响.发现CO₂进入盖层后,盖层的矿物成分和渗透率发生了较大变化.当绿泥石体积分数为3%时,盖层渗透率在5 000 a期间一直处于增大状态,不适合CO₂封存;当绿泥石体积分数为9%和15%时,盖层渗透率呈现先增大后减小的趋势,产生自封闭现象,有利于CO₂封存.结果表明,绿泥石的溶解为盖层中钙蒙脱石、铁白云石、片钠铝石、菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+、Fe2+、AlO₂-等离子.绿泥石含量越多,CO₂矿化捕集量越大,盖层的自封闭效应越明显,其渗透率最大减少10%.本研究结果可为CO₂地质封存的长期性和稳定性评价提供理论依据.      

人工神经网络在岩石变形温度估算中的应用

Ｃｈｒｉｓｔｉｅ（１９６２）、Ｓｍｉｔｃｈ（１９７２）和张翊钧（１９８５）都提出了钠质斜长石的Δ１３１－１３１（或σ）、Ａｎ与温度Ｔ的关系图，后来又提出了钠质斜长石变形温度的计算公式。但由于图解的不便之处及目前应用的公式中推断分界点的不确定性和σ、Ａｎ与Ｔ之间存在一种非线性关系的特点，本文基于具有高度非线性映射能力的人工神经网络，提出了求解岩石变形温度的新方法。文中先介绍了变形温度计的研究概况，然     

上部地壳岩石变形与方解石质岩石的低温流动

系统总结了上部地壳环境中方解石质岩石的浅成流动机制与低温糜棱岩成因研究的几个重要方面：（１）地壳岩石脆－韧性转变域与岩石变形机制;（２）变形作用过程中流体相的物理与化学意义;（３）方解石质岩石的流动机制、变形特点与蠕变规律。同时讨论了对于地壳浅部层次方解石质石流主变学研究中存在的主要问题以及解决这些问题的基本思路与科学意义。     

侧向应力对裂隙渗透性的影响

目前不同试验者得出的侧向应力对裂隙渗透性影响的结果存在矛盾,其根本原因在于侧向应力对裂隙有多方面的影响。侧向应力引起裂隙开度增加、壁面磨损、充填物压缩。这些对裂隙渗透性有不同的影响。根据裂隙是否存充填物,建立了相应的三维应力对裂隙渗透性影响的表达式。当不存在充填物时,裂隙渗透性与侧向应力呈指数关系,当存在较多充填物时呈负指数关系。把两种情况写成统一的指数形式,认为裂隙存在少量充填或者裂隙壁面磨损时也是适合的。利用已有的试验成果对结果进行了验证,表明本文建立的表达式与试验结果符合得比较好。     

从影响因素相互作用关系分析岩石边坡的稳定性

从区域上影响岩石边坡稳定性的地质和工程两方面因素相互作用出发建立关系矩阵,进一步得到它们各自权重,并求得岩体不稳定性指数（ＲＭＩＩ）;通过观察实际变形边坡影响料大的地质因素是同现及其作用程度计算出可预报性估值（ＰＲ）。结合实验对两者结果进行了比较。     

考虑应力历史的岩石单裂隙渗流特性试验研究

通过开展单裂隙花岗岩不同围压加、卸载和不同水力梯度作用下的渗透试验,研究应力历史对裂隙渗透性能演化的影响。试验结果表明：在围压加载过程中,渗流流量与渗透压差大致呈线性关系;在渗透压差相同的条件下,围压越小,流量越大,随着围压上升,裂隙渗流流量持续减小,但随着围压的进一步增大,流量的减小有减缓的趋势。在围压相同以及渗透压差相同的条件下,单裂隙花岗岩在卸载条件下的渗流特性与加载条件下相比,其渗流流量明显降低,且卸载过程中渗流流量与渗透压差开始偏离线性关系。从试验前、后裂隙面粗糙度系数值的对比可以看出,由于法向应力挤压以及渗流流体的冲蚀作用,试验后裂隙面粗糙度系数明显降低。卸载的过程中,裂隙渗透性能的恢复具有明显的滞后效应,表明在法向应力和流体冲蚀的共同作用下,裂隙产生了不可恢复的非弹性变形。     

岩石边坡裂隙渗流的流形元模拟

为了能够更好地考虑裂隙渗流在岩石边坡破坏中的作用,在考虑裂纹扩展的数值流形方法程序基础上,从最小势能原理出发,阐述了渗流与变形的耦合作用机理并推导了相应的耦合方程,在程序中实现了对渗流与断裂的模拟。最后利用该程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟。模拟结果很好地再现了边坡在渗流作用下的实际破坏过程。同时通过对裂纹扩展过程中应力强度因子的计算发现,第一应力强度因子始终大于第二应力强度因子,且随着计算时间增加,二者的差值逐渐增大,裂纹扩展以Ⅰ型为主。     

岩石导热热阻对裂隙对流换热的影响机制

增强型地热系统(EGS)中高温岩石与流体之间的对流换热特征一直以来是干热岩(HDR)研究的重要基础内容。岩石导热热阻对裂隙对流换热特征具有重要影响。为研究其具体影响,综合运用理论解析与数值模拟2种研究方法,通过对解析解讨论以及建立数值模型,研究两平行光滑平板之间的换热规律。结果表明：流体速度、传热边界层充分发展时,局部努塞尔特准数Nu_x为定值,与其他因素无关;局部对流换热系数h_x仅与流体热导率k和裂隙开度e有关,与其他因素无关。上下平板壁面热流恒定时,Nu_x为8.235;温度恒定时,Nu_x为7.54。然后建立多组导热热阻不同的岩石裂隙对流换热数值模型,发现岩石导热热阻增大,温度场进口段延长,对流换热系数h增大。岩石长度显著影响进口段占比,进而影响h的大小。h随着长度增大而减小;当岩石长度足够长时,进口段占比足够小,此时除k与e之外的参数对h基本没影响。并且发现实验室常用岩石长度为100 mm,而典型EGS工程中裂隙长度是米级的,建议室内实验重视岩石长度对裂隙对流换热特征的影响。     

底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性

华北煤田煤系地层的底部为含水丰富的奥陶系灰岩,该层灰岩与地表水系和煤系地层含水层存在着密切的水力联系。许多大型突水是采掘空间与含水层之间形成突水通道引起的。因此,分析开采工过程中底板岩体中含承压水裂隙的断裂力学特性具有重要意义。本文采用作者提出的数值方法分析了含高压水裂隙在开采过程中的断裂力学特性。假设裂隙面上作用着均匀水压力,考虑地应力的影响,采用断裂力学的叠加原理,分析了采煤工作面推进过程中含承压水裂隙的断裂力学特性,讨论了开采过程中底板承压水导升。结果表明:在工作面推进过程中,位于底板岩层且与含承压水岩层连通的裂隙,会在承压水水压力和扰动应力的共同作用下,产生破坏,导水裂隙带的高度会增加;这就增加了底板突水的危险性。     

对磁组构在岩石变形分析应用中若干问题的思考

在应用传统的磁组构方法进行岩石构造变形分析时,发现这些方法中有许多不完善之处,如变形岩石磁化率量值椭球和应变椭球是否可以对应及对应条件,初始磁组构是否会影响变形碉石磁化率量值椭球与应变椭球的对应关系,岩石脆性破裂前的塑性变形是否影响磁组构,韧性变形如何影响磁组构,能否用磁组构来推断主应力方向,Ｒａｔｏｒｅ（１９８０）最小磁化率指向对韧性剪切带运动方向和方式的分析在多期变形区是否适用等,并据此提出解