重复压裂转向机制流-固耦合分析

重复压裂已成为油田老井挖潜、稳产增产的重要技术手段,而地应力转向机制与压裂时机选择一直是制约该技术增产效果的关键问题。对ABAQUS有限元软件平台进行了二次开发,考虑储层孔隙度和渗透性随岩石体积应变的动态演化,实现了流体压力变化与岩石物性参数的全面耦合,并分析了重复压裂转向机制。结果表明,地应力转向现象普遍存在,人工裂缝对地应力的影响范围有限,而孔隙压力变化是造成地应力转向的主要因素;随着生产的持续进行,地层压力下降变缓,岩石体积应变变化趋缓,导致渗透率下降趋于平稳,应力转向距离逐渐增大并最终趋稳;应力差越大、应力转向距离越小,越难形成重复压裂转向裂缝。其研究结果实现了流-固耦合作用下地应力转向的可视化描述,直观地模拟结果有利于指导重复压裂的应用实施。     

固化淤泥压缩特性的试验研究

淤泥固化技术在国内已经进入到工程应用阶段,明确固化淤泥的压缩特性对于指导淤泥固化工程的设计具有重要意义。通过单因素试验方案对不同初始含水率、不同水泥添加量、不同养护龄期的固化淤泥的压缩特性进行了研究。结果发现,固化淤泥压缩特性的最大特点是存在固结屈服应力,当荷载小于固结屈服应力时固化淤泥的压缩性非常小,而固化淤泥屈服之后的压缩性是屈服前压缩性的20倍以上,并且远大于未处理淤泥的压缩特性。淤泥本身是高压缩性的土,固化处理以后变为中等压缩性和低压缩性的土体。固化淤泥的固结屈服应力随水泥量增加线性增大,龄期越长、含水率越低固结屈服应力越大。固化淤泥的这种在固结屈服应力处发生突变的压缩特性和天然沉积结构性土类似,可以用双对数压缩模式来表示固化淤泥的这种压缩特性。     

复用回采巷道护巷煤柱合理宽度研究

为解决高瓦斯工作面双U型巷道布置中煤柱损失大、相邻工作面复用回采巷道维护困难的难题,综合采用理论分析、数值计算和现场试验的方法,研究得到煤柱宽度对相邻两工作面之间煤柱内复用巷道围岩应力分布和变形特征的影响规律：随着巷道一侧煤柱宽度的增加,巷道围岩垂直应力峰值向一侧移动,并逐渐远离巷道;当巷道一侧煤柱较小时,巷道以窄煤柱帮变形和顶板下沉为主,随着煤柱宽度增加,底鼓增大并成为巷道主要变形。以煤柱内应力峰值比值为指标,分析煤柱宽度与巷道稳定性的关系,并将不同宽度煤柱进行了稳定性分区。研究成果成功应用于工程实践,为类似条件下巷道布置提供依据。     

非饱和土的应力状态变量研究

以热力学和连续介质力学的应力理论为基础,从非饱和土的土骨架平衡方程出发,导出了一系列应力状态变量,目前文献中所使用的应力状态变量都在其中。研究发现：非饱和土的应力状态变量有多种组合形式（5组以上）,不是惟一的;大多数应力状态变量与土的孔隙率、饱和度等物性指标孪生相伴;所有应力状态变量都具有应力的量纲,单纯孔隙率或饱和度及其组合都不构成应力状态变量;简化的Bishop有效应力公式和Fredlund倡导的两个应力状态变量都是简化了的应力状态变量,前者忽略了孔隙率的影响,而后者忽略了与孔隙率及饱和度的关联性。在选择应力状态变量时应考虑理论合理、应用方便、逻辑关系正确的原则,还应做一定的验证工作。     

岩体的加、卸载状态与能量的分配关系

岩体是流变体,在高地应力的长时间作用下其内部非均匀应力随着时间自我松弛,逐渐趋向于静水压力状态。在这样的状态下,虽然其体积仍维持弹性,但丧失了进一步抵抗剪切变形的能力,处于流动的状态,其能量储存具有体积的特征。采用平面压缩模型,研究岩石在不同应力水平长期作用下的变形性状及能量分配关系,给出在快速卸荷条件下发生自持续动力断裂破坏条件,以期揭示深部岩体初始地应力水平（能量在体变及形变上的分配关系）对卸荷条件下岩体运动过程中表现的惯性、黏性及弹塑性变形的影响规律,为建立深部岩体加卸荷本构关系打下基础。     

非饱和上海软土水力和力学特性耦合弹塑性模拟

目前大多数非饱和土的弹塑性本构模型用非饱和击实土的试验结果进行验证,但现场其他类型的土,如沉积土经常有在非饱和状态下外部环境变化的情况。现有的非饱和土弹塑性模型是否适用于沉积土一类的现场土是需要研究的课题。进行非饱和上海第③层土的吸力控制排水排气三轴剪切试验,使用文中提出的能统一考虑非饱和土水力性状和力学性状的弹塑性本构模型,预测上述三轴试验结果,并与试验数据进行比较。比较结果显示,建立的本构模型能够很好地预测非饱和上海软土的水力和力学性质,说明该模型不仅可以适用击实土的预测,还能够很好地适用于其他类型非饱和土的水力和力学性质的模拟。     

石灰改良膨胀土的应力-应变-强度特征与本构描述

为探讨石灰改良膨胀土的变形特征与破坏机制,以压实度为95 %的荆门石灰改良膨胀土为研究对象,开展了单轴、侧限、三轴压缩应力状态下的力学性质试验。试验结果表明：即使湿化饱和后石灰土也具有较高的刚度与强度;单轴压缩状态下,无论饱和还是非饱和状态,石灰土的破坏都为典型的脆性破坏;三轴压缩状态下石灰土破坏前剪缩,同时伴随应变强化,即将破坏时开始剪胀,随后表现为应变软化;围压对石灰土的脆性破坏与破坏后的剪胀有一定的抑制作用,但即使在200 kPa围压下,试样仍发生脆性破坏。在辨明石灰土应力、变形机制的基础上,选用Duncan模型描述其脆性破坏前表现出的压硬性、剪缩性与应变强化特性,标定了相应模型参数,通过数值模拟与平行试验的对比验证了模型的适用性与参数的可靠性。     

盾尾注浆硬性浆液固结变形数值计算模型构建

为了更为合理地评价盾构壁后注浆控制地层变形机制,采用自制的硬性浆液固结变形试验装置,对水泥胶结作用影响硬性浆液的固结过程进行了试验研究。在此基础上,分析并建立了能够反映水泥胶结作用的硬性浆液固结变形模型,编制了相应的数值计算程序,并通过试验验证了该模型的合理性。硬性浆液固结变形数值计算模型的构建对于提高盾构施工模拟精细度将起到一定的推动作用。     

海堤地基固结系数反演与工后沉降分形模型预测

海堤工后沉降分析预测对工程维护和灾害防治具有重要意义。以海堤工后初期监测资料为基础,运用分层总和法和太沙基一维固结理论反演了土层固结系数,并通过对固结系数变化规律的分析,提出采用改进变维分形预测模型对具有较强趋势性的固结系数进行预测,进而对海堤工后可能发生的长期沉降进行预测。以浙江省洞头县北岙后二期东围堤工程的海堤监测数据作为研究对象进行了验证计算,结果表明,该方法反映了实际土体的固结沉降机制,能够较好地预测海堤工后沉降趋势,具有一定的工程实用意义。     

水利工程震害中土工结构低应力破坏实例分析

实际工程活动与低应力下土石料工程性质密切相关。总结了与低应力条件相关的工程活动,在总结分析以往地震中堤防和坝体滑坡案例的基础上,指出滑坡深度通常小于7 m,其上覆有效应力大多小于100 kPa。在对106组地震液化数据资料分析的基础上,指出地基液化大多发生在上覆有效应力低于100 kPa的低应力条件下。在目前的研究中,通常只关注中、高应力条件下土石料的工程性质。在应用中低应力区的土石料计算参数取值通常与中、高应力条件下获得的强度和变形参数一致,而高、低应力条件下土石料的强度和变形特性是不同的,这种计算参数取值方法的适用性存在疑虑。因此,研究低应力条件下土石料的工程性质,探讨数值计算中低应力条件下土石料计算参数的取值方法,具有重要的工程意义和科学价值。