Creep Damage Characteristics of Soft Rock under Disturbance Loads

This article focuses on the process of rock creep damage and micro-damage evolution properties of gray green mudstone under impacting disturbance load conditions for the first time using the real time computerized tomography (CT) testing technique. The results indicate that axial load comes into limit strength neighborhood, rock micro-crack links into larger crack, creep rate increases in a short time, larger plastic deformation happens; this is called disturbance accelerating creep stage. When rock is within limit strength neighborhood, there occurs creep micro-damage under smaller disturbance load. When disturbance load is larger, rock directly enters into disturbance accelerating creep stage, failure occurs instantaneously. On the basis of experimental research, the CT scanning method was used to describe the creep micro-damage of soft rock, also helpful in the prediction of roadways' service life and evaluation of geotechnicai engineering stability.     

闭合裂纹断裂的有效剪应力准则

将闭合裂纹表面的有效剪应力引入裂尖应力强度因子的计算,获得了无限大板和有限宽板含中心闭合裂纹在不同裂纹长度、倾角以及摩擦系数下裂纹尖端的应力强度因子值。引入等径向剪应力线 这一概念,建立了闭合裂纹断裂的有效剪应力准则：（1）岩板内闭合裂纹将沿着等 线上双剪应力的和最小的方向扩展;（2）裂纹尖端的应力强度因子KⅡ达到材料的临界值KⅡC,裂纹将开始扩展。该准则成功预测了闭合裂纹的临界起裂角 ,与各种经典复合型断裂准则计算Ⅱ型裂纹起裂角比较,结果较为接近。将其应用于闭合裂纹的断裂判定是安全的。     

碳质页岩水力压裂模拟实验研究

为了分析碳质页岩的水力压裂过程,采用天然页岩岩块,制作了边长30cm立方体试样,采用实验室大型实验设备,设置了两种不同的割缝注射方向,对试样进行了水力压裂模拟实验。对比分析了试样的破坏形态;可以看出割缝注射方向对裂缝的发育有着重要影响;水力压裂的极限强度与裂纹和层面之间的夹角有一定的关系,当裂纹方向接近层面时,对应的水力压裂的强度较小。结合水力压裂的水压曲线,阐述了裂纹发育和压裂液压力之间的关系。声发射监测碳质页岩的水力压裂存在一定的不足,需要进一步提高探测精度。页岩水力压裂过程受多种因素影响,需要开展相应的模拟实验进行研究。     

基于数值流形法的三维裂纹扩展研究

基于数值流形法（NMM）进行三维裂纹扩展分析研究,编写了相应的C++程序。充分发挥数值流形法在非连续变形分析领域的优势,不需要扩展有限元中的水平集和阶跃函数概念,应用数值流形法计算结果分析裂纹尖端线的破坏状况,对已有的非局部求迹法和三角形推进法进行简化和扩展,提出一种简化算法确定最终的新裂纹扩展面。应用简化算法对水平钱币型裂纹扩展问题进行数值模拟和对比分析研究。计算结果表明,基于数值流形法的三维裂纹扩展算法是可行的,采用简化处理之后,克服原有算法的不足,大大减少了新裂纹尖端线和新裂纹面的数目,降低了计算网格对新裂纹面的影响,提高了计算效率和扩大了应用范围。     

含裂隙类岩石单轴压缩疲劳性能试验研究

为了研究含穿透裂隙类岩石的疲劳破坏行为,揭示含缺陷岩石疲劳损伤和破坏机理,本研究采用预埋抽条法制作含穿透裂隙白水泥试样,通过单轴压缩疲劳试验,探讨不同的裂纹倾角和应力分布对裂纹扩展的影响。试验结果表明：（1）低周疲劳破坏形态与静载压缩破坏形态基本一致,裂纹都是从裂隙尖端萌生,起裂角约为45°～75°,呈一定弧度向受压两端扩展,直至试样破坏,为典型的张拉I型断裂;（2）建立裂纹扩展长度与循环次数关系后发现,裂纹扩展速率随着循环次数的增加而先迅速增加后趋于平稳,最后又迅速增加,验证了疲劳破坏过程经历三个阶段,即疲劳裂纹初始塑性形变阶段、裂纹的缓慢增长阶段和裂纹的快速贯通阶段;（3）根据对疲劳应变能的分析可以看出,裂纹在萌生阶段所需要的能量较大,在裂纹开始扩展后,应变能密度基本保持不变,说明裂纹扩展过程中所需要的能量趋于稳定;通过对比不同应力水平、应力比的应变能密度曲线可以看出,在较大的应力水平、应力比下,应变能密度逐渐增加,表明试样在较大的应力水平和应力比下能够吸收更多的能量,裂纹的萌生与扩展也就更快。     

岩石中裂纹孔隙率的实验测定

岩石中的孔隙按形状划分，可以大致分成孔洞和裂纹两类。孔洞的纵横比大，形状近似于球形，它与油气储藏有密切关系。孔洞孔隙度是岩石孔隙度的主要贡献。裂纹纵横比小，形状细长，它所造成的孔隙度是岩石总孔隙度的一小部分。但是岩石中裂纹的存在和裂纹孔隙度的变化，对于岩石的各向异性和S波的分裂有重要的影响。本文利用两类不同形状孔隙对流体静压力的不同响应，利用改变流体静压力的实验对岩石中的裂纹孔隙率进行了测定；实验得到的裂纹孔隙率和岩石裂纹的闭合压力，为了解岩石各向异性、S波分裂以及地壳动力学提供了基础数据。     

具有裂纹损伤桩腿的海洋石油平台有限元分析

采用有限元分析方法和断裂力学方法,将含裂纹构件的裂纹以线弹簧处理,建立了带有裂纹损伤桩腿的等效梁和管单元的单元刚度矩阵的计算方法。对检验方法的正确性,使用该方法对几种损伤构件进行了强度计算,并与有限元细化网格计算结果和实验结果进行比较,最后将等效单元计算程序接入大型有限元程序ＳｕｐｅｒＳＡＰ,对受损后的平台整体结构进行了应力计算和强度分析。     

微机自动控向垂钻系统中测斜技术研究

在微机自动控向垂钻系统中,钻孔的倾斜角测量是系统成败的关键因素。本文提出了利用重力加速度计测量钻孔倾斜角的方法,详细地介绍了重力加速度计的结构、原理,给出了测量倾斜角的数学模型,并导出倾斜角的计算公式。     

应力比影响下的破裂角、闭锁角、摩擦系数及其耦合关系

裂纹扩展和摩擦系数分属两个学科而鲜有联系,摩擦系数理论较少,主要依赖实验获得。在Griffith椭圆形裂纹基础上讨论摩擦面状裂纹力学模型,计算了单轴、三轴压应力情况下微裂纹扩展的期望方向及应力集中,那些方向偏离宏观破裂方向较大角度的裂纹因闭锁而无法延伸,应力比 越大,可扩展的微裂纹越向宏观裂纹面方向集中,随着围压 的增加,闭锁范围增大,实现了裂纹张性向剪性的转变。摩擦系数、方向集中度、应力比呈耦合关系,一方面,摩擦系数越大越利于微裂纹方向集中;另一方面微裂纹的方向集中导致了宏观裂纹面（裂缝）上凸起角度降低,进而减小摩擦系数。围压和裂纹扩展期的应力状况是影响摩擦系数的重要因素, 往往成为裂纹扩展的应力条件,凸起斜面摩擦系数越大,临界应力比越小。裂纹粗糙度(或分维数)对形成期的应力状况具有一定记忆功能。     

正交各向异性岩体裂纹扩展的扩展有限元方法研究

石油开采和非常规天然气开采等领域经常遇到页岩、砂岩等沉积岩,这类岩石材料往往具有正交各向异性特征。采用扩展有限元方法研究了正交各向异性岩体裂纹扩展问题,并基于Matlab平台编写了数值计算程序Betaxfem2D。将由复变函数法得到的裂纹尖端渐进位移场作为裂尖位移增强函数,用相互作用积分法计算混合模式应力强度因子,采用修改后的最大周向拉应力扩展准则确定裂纹扩展方向。与传统有限元方法的对比表明,扩展有限元方法达到相同计算精度需要的自由度少,节省计算机时。分别采用扩展有限元程序和传统有限元程序模拟了岩石试件4点弯曲试验,二者所得结果一致。数值试验表明：随着正交材料坐标系与空间坐标系夹角α的增大,裂纹扩展方向角? 按照周期为? 的近似正弦函数的规律变化;保持剪切模量和泊松比不变时,正弦函数的值域随着弹性模量比值E1 /E2的减小而缩小,但相位基本保持不变;研究沉积岩断裂力学问题时,岩石的正交各向异性特征不可忽略。