岩体水力学基础(三)──岩体渗流场与应力场耦合的集中参数模型及连续介质模型

本文在分析了岩体系统的结构性和水力学特征后，提出了岩体渗流场与应力场耦合数学模型的机理分析、混合分析及系统辨识建模方法。运用系统辨识方法建立了岩体渗流场与应力场耦合的集中参数模型，并应用于解决实际问题；运用机理分析和混合分析方法建立了岩体渗流场与应力场双场耦合及与温度场三场耦合的连续介质分布参数模型。     

岩体水力学基础（三）：岩体渗流场与应力场耦合的集中参数模型及连续介…

本文在分析了岩体系统的结构性和水力学特征后，提出了岩体渗流场与应力场耦合数学模型的机理分析，混合分析及系统辨识建模方法，运用系统辨识方法建立了岩体渗流场与应力场耦合集中参数模型，并应用于解决实际问题，运用机理分析和混合分析方法建立了岩体渗流场与应力场双场耦合及与温度场三场耦合的连续介质分布参数模型。     

储层岩石流动电位的电化学影响因素

利用储层岩石的流动电位特性描述油藏的流动特性已引起地球物理领域的关注。依据多孔介质中的双电层模型与毛管电化学理论,建立了渗流场、离子流场和电流场的耦合关系,数值模拟了泥质砂岩储渗特性和电化学因素对流动电位耦合系数的影响。结果表明:当考虑储层岩石中存在浓差极化效应时,流动电位耦合系数的绝对值随溶液浓度、阳离子交换量、孔隙度和渗透率的增大而增大;浓差极化效应对流动电位具有放大作用。     

复杂岩体多场广义耦合分析导论

本书以岩体多场广义耦合理论与应用为主题,重点阐述岩体多场耦合机理和耦合模型,提出了考虑结构面峰后力学特性的界面层模型、考虑结构面渗流与变形耦合的广义立方定理,探讨了岩体表征单元体（REV）分析方法及岩体力学参数取值方法,论述了岩体多场耦合的工程作用效应,系统介绍了岩体应力场、渗流场及其耦合的数值模拟方法。本书立足于岩体地质特征与赋存环境研究,注重岩体多场耦合工程作用效应研究,强调岩体多场耦合的模型选择与参考选取;在论述岩体多场耦合机理与数值模拟方面,既以作者及团队的研究成果为主,又力图兼顾国内外的研究现状与主要成果。     

水位骤降下边坡渗流场与应力场耦合数值分析

引入非饱和-饱和的渗流分析方法,考虑渗透系数以及饱和度与基质吸力之间的非线性关系,分析渗流场-应力场耦合机理和相互影响关系,并采用渗流场-应力场耦合有限元法对水位骤降下堤坝边坡位移场、孔隙水压力、超孔隙水压力进行具体分析。分析结果表明,利用渗流场-应力场耦合有限元法,比不考虑基质吸力和双场耦合作用分析,更加真实可靠。     

热-流-固耦合建模过程

热-流-固耦合作用是存在高度非线性的复杂耦合作用。有关这三场的耦合作用研究在地石油工程、热资源开发、地下核废料存储安全、采矿工程等很多领域有着非常重要的应用价值。由于研究对象的不同,热流固耦合模型的形式存在差异,建立符合实际问题的三场耦合模型十分困难,文中在国内外学者对三场耦合模型理论研究的进展状况的基础上,通过一个例子,介绍了用adina建立模型的过程。     

考虑动力压力裂隙网络岩体渗流应力耦合分析

渗流对裂隙网络岩体的作用力包括渗透静水压力和渗透动力压力（裂隙壁切向拖曳力）两部分。较全面地引入渗流与应力之间的相互作用关系，同时考虑渗透静水压力和切向拖曳力的作用，以裂隙（等效）隙宽与岩体应变的关系为桥梁，建立隙裂网络岩体渗流场与应力场耦合分析的数学模型，并采用有限元数值方法进行某工程实例的双场耦合分析，验证所建立模型的可靠性。     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序

在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。     

岩体一维渗流场与温度场耦合模型的解析演算

针对岩体一维渗流场与温度场耦合分析的连续介质数学模型,采用迭代法进行了解析演算,得出了耦合模型的近似解析解,并定量地分析了岩体渗流场与温度场的相互影响和相互作用,为岩体渗流场与温度场耦合分析研究奠定了基础。     

岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟

海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。     

物质场 能量场 空间场综合成矿预测

摘 要　 物质、能量、空间是成矿的3个重要因素‚因此研究成矿作用的物质场、能量场和 空间场十分必要。重点介绍了物质场、空间场、能量场的原理、数学模型和方法。     

渗流场与应力场耦合分析在地质科学中的应用

论述了渗流场与应力场耦合分析的基本原理及其在石油勘探、成矿预测及斜坡稳定性评价中应用的理论基础和技术路线。     

多场耦合作用下致密储层地应力场变化规律研究 ——以准噶尔盆地某区为例

地应力是储层改造方案设计、提高油气勘探开发效率的重要指标。致密储层所处环境复杂,需要综合考虑温度-应力-渗流多场耦合作用的影响。为此,以准噶尔盆地中部4区块某三维区致密储层为例,基于COMSOL Multiphyics软件,建立了温度-应力-渗流耦合控制方程,研究了多场耦合作用下研究区致密储层地应力场的变化规律。研究结果表明:研究区最大水平主应力范围在113~134 MPa之间,最小水平主应力范围在106~124 MPa之间,均表现为压应力;在油气开采过程中,最大水平主应力先增大后趋于稳定,随着油气开采的深入,应力变化范围逐渐由井口周围向附近断层延展,并且优先沿着断层的开裂方向发展;在断层的破碎过渡区应力值最小,断层核部应力值介于破碎过渡区与连续地层之间;随着油气开采的深入,致密储层会发生竖向变形,储层最大竖向变形出现在井口附近,位移量超过10 cm,随着距离变远,沉降量不断减小。      

广西珊瑚矿区中部成矿期构造应力场、热力场和地球化学场的耦合作用及成矿分析

通过对裂隙强度、蒸发晕和原生晕的系统研究,作者提出了长营岭和八步岭均存在隐伏岩体。成矿早期以岩体的热力场作用为主,形成矿区的水平倾向分带;中晚期以构造应力场作用为主,形成矿床的垂直逆向分带。根据矿液流向等方面资料分析,长营岭岩体的高点应位于矿床中北部,而不是以往所认为的南部。本区深部找矿的重点也应放在矿床的中北部。     

0-1整数规划在水源地开采井最优布局中的应用研究

新建水源地如何最优布井,对水源地开采运行具有重大影响。本文介绍了0-1整数规划及其求解方法,并结合一个实际问题进行说明。作者应用0-1整数规划方法建立了北京密怀顺平原区拟建水源地最优布井的地下水管理模型,采用响应矩阵法将地下水模拟模型和管理模型相耦合,运用分支-定界法求出最优井位,并将优化井位与原拟定井位的计算结果进行了对比。结果表明,0-1整数规划能很好地解决最优布井问题,对水源地规划、基坑降水、地下水人工回灌等方面都具有一定的指导意义。     

沉积盆地构造应力场研究综述

阐述了构造应力场在盆地演化分析、油气的生成和运聚、裂缝形成等方面的应用现状及发展趋向,指出在盆地演化分析中构造应力场的研究应以盆地形成演化过程中的原始沉积特征为依据,构造应力与流体（油、气、水）之间的相互作用表现为应力场、温度场、渗流场的相互耦合,定量研究它们的耦合关系及时空变化规律是认识构造应力和流体作用的主要途径。比较客观地探讨了构造应力场模拟、构造应力大小和方向、起源等问题。     

关于岩石导热性野外测定方法的研究

导热系数是岩石重要的物理参数之一，其在地热能开发及岩土热工程应用中有着重要意义.目前的测试方法需要将岩样采回实验室进行表面加工，运输和加工过程会破坏岩石结构和影响含水率等，不仅测试工艺复杂，而且导致测试结果不准确.本研究提出一种现场获取岩石导热系数的新方法.利用导热耦合剂填充岩石表面与探头之间的接触面，减小测试过程中的接触热阻，辅助热物性测试仪器来开展野外导热系数测试工作.通过配制不同导热硅脂与不同铜粉掺量充分混合的导热耦合剂进行对比实验，确定导热耦合剂的最优配比.实验表明，导热耦合剂的涂抹能有效地减小探头与岩石表面的接触热阻，提高测试精度，且导热耦合剂本身对岩石的导热系数影响甚微.研究成果可为野外准确便捷地获得岩石导热系数提供参考.     

河东金矿构造物理化学场结构及其特征

采用成矿构造物理化学场结构分析方法,研究了河东金矿床的成矿构造应力场结构特征和成矿物理化学场结构特征,并对成矿构造物理化学场结构与金矿体空间定位的对应耦合关系及其找矿方向进行了初步探讨。     

冰岛北部Hamar地热田开采模型

冰岛北部Ｈａｍａｒ地热田是一低温地热田，１９６６年以来，已完成１１口钻井，根据地热田温度，压力的观测数据，通过模拟方法，了解地热系统的物理状态和参数，可以为制定合理的长期开采，管理方案提供科学依据，本文采用一种集总参数模型模拟计算了地热系统的物理状态和参数，进一步预测了不同开采量条件下该地热系统的压力变化，提出了比较合理的开采方案。     

构造应力场对地球化学场的控制作用——以广西南丹芒场锡多金属矿田为例

本文以广西南丹芒场锡多金属矿田为例,对构造地球化学理论中的一个基本问题——构造应力场与地球化学场的关系进行了半定量的研究,说明了进行这方面研究的必要性和研究方法。总结了芒场沉积-岩浆热液叠加型层控多金属矿床在其形成过程中的热液活动期,构造应力场与Sn,Zn,Pb,Cu,As,Ag等元素富集之间的数量关系,并从上述元素的地球化学性质对这种关系作了解释。