高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制,建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型,给出该数学模型的求解策略与方法,在Fortran95平台下开发高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合分析程序HWFSC.for。高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合体现在岩体裂纹网络和渗流初始条件都随渗流时步变化。对高压注水岩体裂纹扩展过程进行渗流-断裂耦合分析。结果表明,高压注水条件下,岩体裂纹扩展存在起动水压力,当水压力大于起动水压力时,裂纹尖端开始萌生翼形裂纹,随着裂纹水压力的增加,翼形裂纹扩展,进而与其他裂纹搭接贯通,停止扩展。渗流-断裂耦合分析考虑了裂纹动、静水压力对裂纹产生的法向扩张效应及翼形裂纹的扩展而形成新的渗流通道两方面的影响,连通裂纹数随渗流的发展而增加。岩体裂纹的渗流-断裂耦合分析,能较真实地再现岩体裂纹的水力劈裂现象,描述岩体裂纹的扩展、贯通过程及与之相耦合的渗流响应。     

基于岩体精细化描述的围岩分类及力学参数概率分布特征分析

针对目前水电站地下厂房工程中不同围岩分类方法存在评价结果不一致、围岩力学参数存在室内试验值与实际情况不吻合的现象,现推荐采用岩体精细化描述体系对围岩岩体结构进行定量化评价。将常用围岩分类方法(RMR、Q、RMi、GSI、BQ、HC)评价指标予以归纳分组,并通过各组内不同指标对比分析获得围岩分类方法中的基础评价指标。以大岗山水电站主厂房某区段为分析对象,采取现场岩体精细化地质素描与后期数据挖掘、拟合相结合方法,并依据评价指标间的关联关系,获得了基础、非基础评价指标的分布概型及对应参数,实现对该段围岩岩体精细化描述认知;基于精细化描述结果,应用Monte Carlo法生成符合各评价指标分布概型的大量随机数,而后参照各分类方法评价思路与评分流程,得到评价指标在各分类方法对应的大量随机评分值,通过归纳统计获得不同围岩分类方法评价结果的分布概型;基于各围岩分类方法评价结果与力学参数值之间的关联关系实现对力学参数概率特征分析。该分析方法与思路可为类似工程围岩质量及力学参数的精确确定提供一定借鉴,并可为实现围岩支护极限状态设计提供必要的原始参数支持。     

储层温度对CO2矿物封存的影响

在二氧化碳地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟并分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出三个结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

岩溶作用碳汇强度计算的溶蚀试片法和水化学径流法比较——以陈旗岩溶泉域为例

溶蚀试片法和水化学径流法是计算岩溶作用碳汇强度的两种重要方法,利用这两种方法对贵州普定陈旗岩溶泉系统的岩溶作用碳汇强度分别进行了计算,结果发现:通过溶蚀试片法估算出的岩溶作用碳汇强度仅为水化学径流法估算值的1/6左右,这主要是因为陈旗岩溶泉域内埋放溶蚀试片处的上覆土体中含有石灰岩角砾和土骨架中存在少量原生与次生碳酸盐矿物,这些碳酸盐的先期溶蚀大大降低了下部试片的溶蚀量。可见,溶蚀试片法具有一定的局限性,即在该方法应用之前,必须对试片上覆土体的碳酸盐矿物含量进行分析,以评价该方法的适宜性。     

中国地震地质灾害的主要类型与分布特征

基于地震地质灾害的成因,并适度面向工程建设需求,综合已有分类方案优缺点并参考诸多学者研究成果对地震地质灾害做了重新划分,在此基础上分析了中国地震地质灾害的分布特征。研究发现,我国地震地质灾害分布的差异性明显:（1）灾害类型多样,主要为地震作用下的斜坡失稳、地表破裂、泥石流、砂土液化和地面变形灾害,其次为地震塌陷和堰塞湖与溃决灾害,而地震涌浪、海啸、诱发水库地震等则属于极少见的灾害;（2）整体上,我国的地震地质灾害在强度分布、类型分布和危险性程度方面差异性明显,我国的西部特别是西南部是地震地质灾害最为严重的地区,其次是华北部分地区。     

广花盆地南部金沙洲岩溶演变及环境特征

根据大量的地质钻探资料结合多种物探手段,在查明金沙洲地质环境条件的基础上,深入分析金沙洲岩溶发育的控制因素、岩溶发育程度及岩溶发育的分布规律,并对碳酸盐岩的溶蚀机理进行了探讨。分析研究表明,金沙洲大面积碳酸盐岩岩溶发育受到矿物组分、结构构造、机械破坏、溶蚀面积和溶蚀率等多方面的综合影响;受断裂构造影响越强烈部位,岩溶越发育,沿断裂两侧各100m范围内,单孔岩溶率、单个溶洞高度及溶洞发育层数均明显强于外部范围;总体上,石磴子组及壶天群灰岩岩溶属中等-强发育等级,大塱山组泥质粉砂岩岩溶属弱发育等级;纵向上,灰岩岩溶发育强度随深度增加而呈递减态势,而可溶性泥质粉砂岩由于可溶岩组分分布不均匀,纵向岩溶发育强度的规律性不明显。进一步分析显示,在岩溶强发育地段有利于土洞的形成,并容易发生岩溶地面塌陷。     

巴丹吉林盆地沙枣泉铀矿床成矿特征与成矿模式

巴丹吉林盆地是我国砂岩型铀矿产地之一。笔者通过沙枣泉地区地质调查、钻探查证和地球化学分析等,对该区铀成矿地质背景、矿床地质特征进行研究,重点探讨了沙枣泉铀矿床成因和成矿模式。依据沙枣泉地区的构造及盆地演化、铀矿化特征、控矿因素和成矿年龄等,认为区内铀成矿具有两阶段特征:即同生预富集矿化阶段和后生氧化改造富集成矿阶段;铀矿体主要赋存在早白垩世晚期的构造-沉积转化面,产于盆地形成后由于构造运动所产生的向斜凹陷部位。     

高放废物地质处置北山预选区旧井和新场花岗岩填隙方解石同位素地球化学

为了探讨高放废物地质处置甘肃北山预选区旧井和新场预选地段的古地下流体来源、成因、化学演化历史以及水-岩相互作用,文章系统研究了该地段花岗岩填隙方解石的产出特征及其碳、氧、锶同位素的组成特征。测试结果表明,旧井和新场方解石的δ13 C组成均较稳定且为负值(分别为-11.6‰~-5.7‰和-9.9‰~-5.1‰);δ18 O分别为-0.7‰~19.7‰和10.9‰~21.9‰,旧井方解石具有更宽的δ18 O取值范围。87 Sr/86 Sr也略有差异,旧井为0.708584~0.718749,新场为0.708838~0.732967,二者随深度增加而呈明显的降低趋势。研究表明,北山预选区地下流体来源及成因较复杂,浅部地下水受大气降水的影响较大,深部流体则主要源于地下咸水,为低温流体蚀变成因。花岗岩裂隙中的水-岩反应强度总体较弱,地下水环境相对稳定。相比较而言,新场岩体深部的地球化学环境更稳定,更有利于高放废物的长期处置。     

三轴应力状态下盐岩强度分析探讨

通过分析盐岩在三轴应力状态下的变形,说明了较高围压下盐岩的大变形特性,提出了三轴应力状态下,利用轴向荷载除以试件初始横截面面积得到应力-应变关系存在的问题,据此对工程应变和对数应变进行了分析和对比,阐明了这两种应变的适用条件,并开展了不同围压下的试验测试和对试验结果对比分析。研究揭示了应利用对数应变分析盐岩的大变形特性和对变形后的应力进行修正,得到了盐岩的工程应变和对数应变均可表示为围压的线性函数,围压为20 MPa时的轴向压缩变形量是5 MPa时的3.09倍。围压越高,对数应变修正得到的最大轴向应力与不修正的差值越大,用对数应变修正后的轴向应力低于不修正的结果,围压达到20 MPa时,前者仅为后者的63.85%。     

软岩三轴加-卸载试验的破坏特征及抗压强度取值方法研究

软岩三轴加、卸载试验中的抗压强度参数取值是一个非常关键的问题,目前还没有比较确定的方法,通常根据经验或工程要求确定。基于此,结合一组砂质泥岩的三轴加、卸载试验进行了详细研究,试验结果表明:(1)当围压大于10 MPa时,不论是三轴加载试验还是卸载试验,砂质泥岩均表现出明显的应变硬化特性;(2)砂质泥岩在三轴压缩和三轴卸荷两种应力路径的力学响应差别明显,在卸荷条件下通常只存在一条完整的剪切破坏面,而压缩条件下岩样没有明显的控制破裂面,并且剪胀效应明显;(3)将半对数法引入到软岩三轴加、卸载试验数据分析中,可以比较方便地确定软岩三轴加、卸载试验的抗压强度;(4)基于三轴加、卸载试验过程中的应力、应变增量分析,将软岩变形破坏过程分为3个阶段:平滑阶段、规则跳跃阶段和急剧跳跃阶段,各阶段划分的意义明确,可以作为抗压强度确定时的重要参考,因此,在软岩三轴试验数据分析时,可以综合采用这两种方法。研究提出的抗压强度确定方法可操作性强,在其他软岩三轴试验数据分析中值得参考借鉴。