An Algorithm for Generating Rock Fracture Patterns: Mathematical Analysis

A statistical, rule-based algorithm for generating fracture patterns similar to those observed in Limestone is presented. For each fracture set, initial seed points are randomly positioned within the modelled domain with the same density as the fractures observed in the field. An orientation is associated with each point by sampling from the distribution of orientations for the corresponding fracture set. Fractures are then allowed to grow from the seed points in both directions with this orientation until they meet other fractures whereupon they continue or terminate according to a fixed probability. A mathematical analysis of this method is presented for the case in which fractures within a set are assumed to be parallel. Approximations to the distribution of semi-trace lengths are derived which are shown to be in good agreement with simulation results. Fracture spacing distributions are also derived for this case.     

岩石质量描述图与岩石质量风险分析探讨

本文针对结构面间距最常见的两种分布形式－－负指数分布和对数正态分布，探讨了岩石质量指标（RQD）的Monte-Carlo模拟方法，首和无根据结构面间距分布密度函数产和一包含50万个随机结构面并按生成顺序排列的模拟真实岩体的总测线，然后为了和实际 钻探时以2米测线计算RQD相一致，在总测线上按均匀分布形式随机抽取大于等于2米的局部测线共5万个计算RQD单值，并进一步统计得出所有RQD的平均值，RQD累积分布曲及岩石质量描述图，对于自然界大部分岩体，可根据结构面间距统计参数，直接在本文得出的一系列岩石质量图上定出RQD平均值，岩石质量百分比（RQP）及岩石质量风险（RQR）。     

Micromechanical Model for Simulating the Fracture Process of Rock

Summary A micromechanical model is proposed to study the deformation and failure process of rock based on knowledge of heterogeneity of rock at the mesoscopic level. In this numerical model, the heterogeneity of rock at the mesoscopic level is considered by assuming the material properties in rock conform to the Weibull distribution. Elastic damage mechanics is used to describe the constitutive law of meso-level elements, the finite element method is employed as the basic stress analysis tool and the maximum tensile strain criterion as well as the Mohr-Coulomb criterion is utilized as the damage threshold. A simple method, similar to a smeared crack model, is used for tracing the crack propagation process and interaction of multiple cracks. Based on this model, a numerical simulation program named Rock Failure Process Analysis Code (RFPA) is developed. The influence of parameters that include the Weibull distribution parameters, constitutive parameters of meso-level elements and number of elements in the numerical model, are discussed in detail. It is shown that the homogeneity index is the most important factor to simulate material failure with this model. This model is able to capture the complete mechanical responses of rock, which includes the crack patterns associated with different loading stages and loading conditions, localization of deformation, stress redistribution and failure process. The numerical simulation of rock specimens under a variety of static loading conditions is presented, and the results compare well with experimental results.     

地下水封石油洞库深部岩体二维裂隙网络模拟

低渗透性的裂隙岩体是地下水封石油洞库建库的最佳选择.为研究深部岩体的稳定性及裂隙渗流特征,对深部洞库区进行了二维裂隙网络模拟.通过深部钻孔裂隙统计和地表裂隙测量统计相结合的方法,得出了洞库区剖面二维裂隙网络图和线密度图.分析了运用钻孔成像结果获得深部裂隙统计参数的优点,并对模拟结果做了进一步分析,结果显示,模拟区主要发...     

非等间距序列的灰色预测模型及其在岩石蠕变断裂中的应用

给出了非等间距序列的灰色预测模型，讨论了该模型的灰色预测平面和最优预测函数。最一将该模型应用于符合Ｋｅｌｖｉｎ模型的岩石材料的蠕变断裂研究，给出了应用实例，并验证了该方法的可行性。     

节理岩体爆破数值模型及模拟研究

运用多刚体系统动力学及接触冲击理论建立了节理岩体弹塑性动态本构模型。基于DYNA－2D程序原理及其框架,利用所建模型,模拟了节理岩体的爆破过程,量化了节理岩体在爆炸载荷作用下不同时刻的应力场。     

岩石裂隙毛管压力-饱和度关系曲线的试验研究

介绍了三峡花岗岩体裂隙毛管压力-饱和度试验。试验采用互不溶混驱替法。试验结果表明,在渗流基本特征方面,裂隙非饱和渗流毛管压力-饱和度关系曲线与空隙介质水分特征曲线具有相似性,如毛管压力-饱和度关系曲线的滞后现象;湿润流体(水)的排泄曲线具有进气压和束缚水饱和度;非湿润流体的吸湿曲线具有残余饱和度。这种相似性表明,孔隙介质非饱和渗流的研究成果可用于裂隙非饱和渗流,孔隙介质水分特征曲线的解析模型,可用于研究裂隙毛管压力-饱和度关系曲线和拟合毛管压力-饱和度排泄曲线的试验数据。     

碎屑岩压裂缝的特征、成因与油气勘探意义

碎屑岩压裂缝是一种岩石受到纵向或侧向应力时,碎屑岩中颗粒接触点处承受较大的压强而产生的颗粒内部裂缝,这种裂缝的分布大部分限于碎屑颗粒的内部,从而有别于由构造应力产生的构造裂缝。对我国西部地区油气盆地中碎屑岩压裂缝的研究表明,这种压裂缝的发育程度与粒级、碎屑颗粒组分、填隙物含量有密切的关系。它多发育于粗砂岩和砾岩中,发育压裂缝的碎屑颗粒主要为刚性颗粒及凝灰岩岩屑和火山岩岩屑,在相同粒级和碎屑颗粒组份构成相当情况下,压裂缝发育程度与岩石中填隙物所占的百分数成反比关系,填隙物占岩石的百分数越少,压裂缝越发育。此外这种压裂缝在没有构造应力而仅有纵向岩柱压力的条件下也可以产生,从而为油气聚集提供了新的储集空间和渗流通道,拓宽了深部油气勘探的领域;同时对提高油气采收率也有重要的意义。     

单裂隙岩体非饱和临界状态渗流特性初步研究

探讨了裂隙非饱和渗流机制,认为裂隙尺度上的非饱和渗流实际上是由许多局部开度尺度上的饱和渗流构成的。用重正化理论的方法,对裂隙发生逾渗相变时的临界特性进行了研究,指出裂隙非饱和渗流存在一临界饱和度值,当饱和度小于该值时,裂隙中无渗流存在。对裂隙非饱和水力传导度进行了讨论。     

利用岩矿记忆信息恢复基岩潜山裂缝储层形成的机制

基岩储层具有当今油气储层研究的两大难题,即特殊且致密的基质岩性和储集空间。变质岩作为基岩岩性之一,其储集空间－裂缝的形成与动力作用密切相关。构造动力是致密基岩产生裂缝的主要因素,岩石矿物将记忆其在地质历史过程中所经历的动力特征。在准确采取定向岩心的基础上,利用声发射技术（ＡＥ）和岩组学方法可以恢复基岩储层在地质历史过程中所受应力期次和应力方向,从而了解储层的动力机制。应用上述原理恢复辽河大民屯凹陷     

矿井底板破碎带温度场模型推导及模拟分析

为了研究矿井底板破碎带温度场对地下水的响应机制,运用热传导理论,结合数学物理方法,建立了垂向水流作用下岩体温度场模型和地下水、空气等多热源作用下岩体过余温度分布模型,并求出了相应模型的温度、温度梯度及过余温度解析解。结果表明：沿着地下水径流方向,起始段的岩体温度梯度值一般较小,而终止段的温度梯度值则一般较大;当温度梯度与地下水流动方向相反时,岩体温度梯度变化幅度较小;回采工作面接近含导水构造时,距离导水构造越近,同一时刻岩体过余温度增大越迅速,体现在温度曲线的曲率相应增大。在一定范围内,地下水对矿井岩体温度梯度及过余温度影响显著。     

GMS模型的水文水质模拟应用研究

GMS模型是应用广泛的地下水水文模拟系统。以昆山市某古镇为研究区域,采用GMS模型对其水文水质进行模拟研究。通过用概化方法建立水文地质概念模型和数学模型,用反演迭代方法矫正模型的主要参数等过程,分别用MODFLOW和MT3DMS模块模拟和预测了研究区水文水质状况和污染物迁移趋势。数据对比结果显示,模拟值与检测值基本一致,表明校正后的GMS模型能较好再现地下水流系统特征,并能应用于流域污染物扩散过程的模拟和预测中,对地下水污染物的迁移趋势进行分析,以便及时采取有效措施控制污染源。     

Estimation of Fracture Geometry Parameters and Characterization of Rock Mass Structure for the Beishan Area, China

The accurate estimation of fracture geometry parameters and the characterization of rock mass structure are two important topics in the geological disposal system of high-level radioactive waste(HLW). The Beishan area, as the current preselected area for China’s HLW disposal, has three subareas considered to be the key survey area at the stage of site selection. In this paper, a comprehensive survey method conducted on the outcrop is developed to estimate fracture geometry parameters. Results sh...     

Application of Dimensional Analysis in Calibration of a Discrete Element Model for Rock Deformation and Fracture

Summary A discrete element approach was used in the simulation of rock fracture. The numerical synthetic material was made of rigid circular particles or cylinders that have interaction through normal and shear springs. The cylinders were bonded to each other at the contact points to withstand the applied loads. To characterize the microscopic properties of this synthetic material, a dimensional analysis approach was presented. It was shown that the dimensionless parameters and graphs obtained were useful tools for fast and efficient calibration of a synthetic material. This calibration method was employed for finding a numerical model for Pennsylvania Blue Sandstone. The numerical model could mimic many deformational and failure characteristics of the sandstone in both conventional and some non-conventional stress paths.     

小浪底水库消力池边坡岩体结构概率模型模拟

本文通过对边坡区岩体露头和平硐壁结构面几何参数的量测统计，建立了岩体结构面产状，规模，密度和张开度的概率模型，运用蒙特卡洛模拟方法，定量到画了边坡区岩体结构特征，为边坡岩体稳定性评价提供了一个定量的结构模型。     

岩土工程勘察质量有关问题及对策

岩土工程勘察是工程建设中的极其重要的一个基础环节,其质量的优劣直接影响工程建设的质量和社会经济效益和使用安全。目前,岩土工程勘察中尚存在不少问题,根据多年从事岩土工程勘察工作的实践,分析了影响岩土工程勘察质量的若干主要因素,提出了提高岩土工程勘察质量的对策建议。     

基于岩石物理模型的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演

针对富有机质页岩储层复杂的矿物组分与微观孔缝结构,本文提出基于岩石物理模型和改进粒子群算法的页岩储层裂缝属性及各向异性参数反演方法。应用自相容等效介质理论与Chapman多尺度孔隙理论建立裂缝型页岩双孔隙系统岩石物理模型。开发基于岩石物理模型的反演流程,引入模拟退火优化粒子群算法解决多参数同时反演问题,反演算法能够避免陷入局部极值且收敛速度快。将本文方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层,反演得到的孔隙纵横比、裂缝密度等物性参数和各向异性参数与已有研究结果一致,能为页岩储层的评价提供多元化信息。     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。目前比较成熟的隧道施工力学方法主要是对隧道开挖过程进行数值模拟。通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律并进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明：以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;在保证围岩稳定不发生片帮冒顶的前提下,减小埋深和覆盖层厚度是比较合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。     

川西顺层斜坡破坏模式及层间弱面连通率对斜坡稳定性的影响

顺层岩质斜坡是沉积岩地区常见的一种斜坡类型,也是各种工程建设重点关注的一类斜坡。以川西雅安地区典型的顺层岩质斜坡为例,采用现场调查、无人机测绘、钻探、物探和稳定性计算等技术方法,归纳总结目前斜坡存在的变形破坏模式。分析计算斜坡在不同工况条件下,层间破碎带连通率与斜坡稳定性之间的关系。研究结果表明:层间破碎带对斜坡稳定性具有重要的影响或控制作用,当斜坡浅表部强风化岩体内层间破碎带连通率小于86%时,斜坡稳定性与现状调查结果吻合。研究结果对川西地区基础设施规划建设和防灾减灾具有重要的工程意义。