基于改进BISQ模型的地震波场数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的二种重要力学机制,Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型。由于BISQ模型的流体压力表达式十分复杂,MamadouS.D和ErwinA又在引入Squirt机制的同时提出了不含特征喷射流动长度的改进BISQ模型。这里基于改进BISQ模型,运用伪谱法进行了波场模拟,证实了快P波、慢P波、SV波和SH波的存在。通过与Biot模型和BISQ模型的比较,改进BISQ模型计算简单,便于描述,正演模拟结果也与其它二个模型保持一致,是一种可行的新BISQ模型。     

裂缝诱导双相HTI介质模型及其弹性波传播方程

将Biot双相介质理论与Gurevich裂缝各向异性理论相结合,建立了能够同时考虑实际裂缝性储层孔隙性和各向异性的裂缝诱导双相HTI介质模型。从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导出了裂缝诱导双相HTI介质中弹性波传播的一阶速度-应力方程,并针对方程的刚性问题,给出了利用显式二阶时间积分法数值求解该方程时所需要满足的稳定性条件。该方程能够定量地给出双相HTI介质的波场特征与裂缝参数、背景孔隙介质参数之间的关系,描述弹性波在这种介质中的传播机理。     

一种四级四阶龙格-库塔时间高阶伪谱法声波方程模拟

龙格-库塔法是常用于求解常微分方程( ODE)的一项技术,该技术具有精度高、稳定性强等特点。笔者以一种新的四级四阶龙格-库塔法为基础,先将其四级计算公式合并为新的两级计算迭代公式,从而达到节约计算内存的目的;再以此为基础推导出声波方程的时间高阶离散形式,并与伪谱法技术相结合,研究四级四阶龙格-库塔时间高阶伪谱法声波高精度、高清晰度的波场模拟技术,进而研究该方法的稳定性与频散特性;最后,分别选取均匀介质、层状介质和透镜体模型进行波场模拟试验。模拟结果表明,该方法具有稳定性强、能有效去除频散,波场清晰度高,能适应更宽的模拟参数范围等特点,是一种高效率的、具有较大应用潜力的波场模拟方法。     

基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维交错网格高阶有限差分数值模拟

从BISQ模型弹性波的本构方程和运动方程出发，推导出了基于BISQ模型的各向同性孔隙介质弹性波三维高阶交错网格有限差分算法，进行了数值模拟，在低频下能看到明显的快纵波、快横波和微弱慢纵波，在高频情况下可以看到明显的快纵波、快横波、慢纵波和慢横波。在三维情况下对比了xoz、xoy、yoz平面内的波场切片，并对平行xoz平面，不同y值处的波场切片进行了对比，结果证明三维数值模拟可以从不同角度更好地反映波场的传播特性。     

爆破荷载应力波在无限弹性介质中传播的特征线法解

双指数爆破荷载的应力时程关系是爆破工程的数值分析常用的动力输入。其在弹性岩石中传播衰减的特征线法解是工程爆破数值分析中弹性以及弹塑性分析的重要参照,也是动力学数值分析算法开发的重要高阶校准工具。应用统一弹性波的特征线法解求解源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在理想介质中的传播。介绍了源自圆形孔洞的双指数爆破荷载在周围弹性介质传播过程中的径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的具体过程,在MATLAB中进行了4种波的特征线法解的数值实施。对径向应力、周向应力、位移以及速度波的特征线法解的结果进行了多方面讨论。结果表明,特征线法是求解双曲型偏微分方程的一种有效方法,双指数爆破荷载在弹性岩石中传播衰减的特征线法解可为爆破工程数值分析以及动力学数值分析算法开发提供重要的支撑。     

基于谱元法的各向异性黏弹性介质地震波场模拟和分析

基于谱元法计算理论,通过坐标旋转算法实现任意各向异性黏弹性介质中的地震波场计算,研究复合介质中地震波场特征。根据计算结果,qSV波表现为剪切滞弹性形变,qP波表现为膨胀滞弹性形变;品质因子不仅影响地震波振幅,还影响其传播频率;黏弹性介质吸收高频快,在一定频率范围内,黏弹性介质没有频散现象。     

基于水平集法的非均质岩石建模及水力压裂传播特性研究

基于水平集法的基本思想,讨论了含有不同类型包裹体分布的岩石的二维和三维有限元建模方法。对于二维有限元模型的建立,考虑了以椭圆形为例的规则包裹体的周期分布、位置及包裹体大小均随机变化的多种情况。建议了包裹体和基岩之间界面的材料特性过渡处理方法。同时给出了含有非规则形状包裹体的建模方法。对于三维有限元模型的建立,则考虑了以任意大小椭球体为例的包裹体分布情况。该种建模方法的优点是对于不同的含有任意分布的包裹体的岩石试件,均可以采用相同的有限元网格,即,材料特性的变化不受有限元网格的制约。该法缺点是增加了计算资源。最后结合基于弥散裂缝模型的水力压裂数值计算方法,模拟了含有不同包裹体分布的岩石试件的水力压裂传播特点。     

基于二元介质模型的砂类土剪切波速试验研究

为探究细粒质量分数Fc、相对密度Dr、初始有效围压σ′3c对饱和砂类土剪切波速Vs的影响,基于二元介质模型,对具有不同Fc、Dr和σ′3c的饱和砂类土进行了一系列均等固结弯曲元试验。结果显示：其他试验条件相同时,Vs随Fc的增大而减小;当Dr相同时,Vs与σ′3c的相关性不随Fc的增大而改变;而当Fc相同时,砂类土的Vs随固结后孔隙比ec的增大而减小的趋势与σ′3c的大小无关。研究表明,Vs与单一指标Fc、Dr、σ′3c或ec没有单一的相关性,总体上砂类土的Vs随等效骨架孔隙比e*sk的增大而减小,且两者呈较好的线函数关系,与Fc、Dr、σ′3c或ec值的大小无关,表明能综合反映砂类土颗粒组成、密实状态和粗细粒接触状态的e*sk是表征饱和砂类土Vs的一个有效物理特性指标。     

基于传递矩阵的两相介质波动问题时域显式有限元方法稳定性研究

饱和两相介质波动问题的时域显式有限元方法具有条件稳定性。这类方法的稳定性可通过方法中动力反应时域递推计算格式传递矩阵传递因子的数值进行评估,传递因子的数值越小,方法的稳定性越好。针对饱和两相介质波动问题的两种时域显式有限元方法,基于其动力反应时域递推计算格式的传递矩阵的性质,在两相介质体系物理参数取值不同的条件下,对两种方法稳定性性质的差异进行了对比研究。结果表明：渗透系数的取值对两种时域显式有限元方法稳定性性质的差异具有较为显著的影响。当渗透系数取值较大时,两种方法的稳定性性质没有明显的差异;当渗透系数的取值较小时,两种方法的稳定性性质将表现出明显的差异,方法1的稳定性要优于方法2。     

基于离差加权的煤矿突水水源判别模型及应用

矿井突(涌)水水源的快速识别是矿井水害有效防治的前提条件。针对应用模糊综合评判方法解决水源判别常用的\     

基于考虑动力本构的连续−非连续方法的单轴压缩岩样开裂过程模拟

动载作用下岩石的破坏规律研究对于众多地质灾害的机制分析和预防具有重要的理论及实际意义。鉴于数值模拟研究的优势,应大力发展适于岩石动力断裂过程模拟的数值方法。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续−非连续方法的基础上,采用朱−王−唐本构模型取代了广义胡克定律,发展了考虑动力本构的连续−非连续方法,其正确性通过模拟不同加载速度时砂岩试样的单轴压缩试验进行了验证。通过统计裂缝区段数目随着岩样的纵向应变的演化规律,并监测岩样左、右对称线上多个测点的最小主应力的演化规律,开展了不同加载速度时单轴压缩花岗岩试样的变形−开裂过程研究,阐明了岩样的开裂机制。研究发现,剪裂缝以雁列式展布,整体上形成剪切带。随着时步数目的增加,各测点的最小主应力均呈波动下降−震荡上升的变化趋势。震荡上升阶段对应岩样的应变软化阶段。测点分离后最小主应力的震荡幅度较大,这是由于节点分离和单元接触激发了较大的应力波。剪切带尖端的最小主应力集中会使测点发生剪切分离。当岩样的三角块向下楔入时,下方测点的应力状态类似于紧凑拉伸试验进而发生拉伸分离。