三峡坝址岩心定向技术

介绍了国内外各种岩心定向技术、确定岩石结构面产状的基本基本及其优缺点，并首次将高森教授由赤平投影理论得出的定向取心公式用于三峡坝址，确定岩石结构面产状，并与孔内电视结果进行对比，结果较为一致。     

Coupled formulation and algorithms for the simulation of non‐planar three‐dimensional hydraulic fractures using the generalized finite element method

This paper presents a coupled hydro‐mechanical formulation for the simulation of non‐planar three‐dimensional hydraulic fractures. Deformation in the rock is modeled using linear elasticity, and the lubrication theory is adopted for the fluid flow in the fracture. The governing equations of the fluid flow and elasticity and the subsequent discretization are fully coupled. A Generalized/eXtended Finite Element Method (G/XFEM) is adopted for the discretization of the coupled system of equations. A Newton–Raphson method is used to solve the resulting system of nonlinear equations. A discretization strategy for the fluid flow problem on non‐planar three‐dimensional surfaces and a computationally efficient strategy for handling time integration combined with mesh adaptivity are also presented. Several three‐dimensional numerical verification examples are solved. The examples illustrate the generality and accuracy of the proposed coupled formulation and discretization strategies. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

High‐order ADE scheme for solving the fluid diffusion equation in non‐uniform grids and its application in coupled hydro‐mechanical simulation

To improve the stability and efficiency of explicit technique, one proposed method is to use an unconditionally stable alternating direction explicit (ADE) scheme. However, the standard ADE scheme is only moderately accurate and restricted to uniform grids. This paper derives a novel high‐order ADE scheme capable of solving the fluid diffusion equation in non‐uniform grids. The new scheme is derived by performing a fourth‐order finite difference approximation to the spatial derivatives of the diffusion equation in non‐uniform grid. The implicit Crank‐Nicolson technique is then applied to the resulting approximation, and the subsequent equation is split into two alternating direction sweeps, giving rise to a new high‐order ADE scheme. Because the new scheme can be potentially applied in coupled hydro‐mechanical (H‐M) simulation, the pore pressure solutions from the new scheme are then sequentially coupled with an existing geomechanical simulator in the computer program Fast Lagrangian Analysis of Continua. This coupling procedure is called the sequentially explicit coupling technique based on the fourth‐order ADE scheme (SEA‐4). Verifications of well‐known consolidation problems showed that the new ADE scheme and SEA‐4 can reduce computer runtime by 46% to 75% to that of Fast Lagrangian Analysis of Continua's basic scheme. At the same time, the techniques still maintained average percentage error of 1.6% to 3.5% for pore pressure and 0.2% to 1.5% for displacement solutions and were still accurate under typical grid non‐uniformities. This result suggests that the new high‐order ADE scheme can provide an efficient explicit technique for solving the flow equation of a coupled H‐M problem, which will be beneficial for large‐scale and long‐term H‐M problems in geoengineering.     

软弱层带夹泥物理力学特征的仿真研究

软弱层带夹泥物理力学参数是评价岩体稳定性的基础。研究表明,在天然围压条件下,软弱层带夹泥的物理力学性质与其所承受的围压具有良好的相关性。因此,本文提出应用土工压缩定律及重力压密机制在室内对夹泥的物理力学特征进行仿真研究,并对仿真效果进行了评价。这为软弱层带夹泥物理力学参数的评价、预测提供了新的途径。     

矿物成分和细观结构与岩石材料力学性质的关系

岩石材料的宏观力学性质取决于其矿物成分和细观结构。使用材料试验机,测定了岩浆岩、化学沉积岩以及碎屑沉积岩9种岩样的力学性质参数。采用X射线衍射方法,测定了相应岩样的矿物成分。使用扫描电镜,观测了相应岩样的细观结构。分析了矿物成分和细观结构分别与力学性质参数的定性关系。对各组岩样的研究分析表明：存在于颗粒边界的裂隙会显著降低岩样的抗拉强度,长石矿物是岩样脆性的主要来源,颗粒大小和面理结构会对岩石的内摩擦角造成显著的影响,细晶花岗岩中较高的方解石含量使其抗压强度和弹性模量较小,细晶花岗岩中石英含量较高,其粘聚力较大;石盐晶体的细小与紧密堆积,造成了相应岩样的膨胀或蠕变特性,有机质的存在会对岩盐的力学性能产生显著的弱化;岩样中颗粒间的弱带,会弱化岩石材料的力学性能。深灰色泥岩中石英胶结物的次生加大现象,使得深灰色泥岩的力学性能得到提高。     

新疆额尔齐斯河南湾水文站开河规律探讨及武开河成因分析

1997年3月29日额尔齐斯河南湾水文站发生了有记录资料（1985年12月至今）以来唯一一次特殊“武开河”解冻冰情现象,冰情极其特殊且影响后果严重,有必要全面分析其特殊冰情现象、特征及其影响因素。利用“1997·3·29”推冰前后的实测冰情、气温、水位等资料,对特殊“武开河”推冰现象、特征及其主要影响因素进行分析,结果显示：相较于其他年份解冻期气温缓慢稳定上升,这次“武开河”推冰现象发生前气温偏低;受气温转正时间短,气温偏低和冰厚较厚因素制约,“武开河”冰情发生前整个河流断面无推冰迹象,岸边无融冰,只有冰上流水现象;上游开河略早,来水量增加迅猛。“武开河”发生与最大冰厚间无必然因果关系,但上游来水量的急剧增加,水位快速上涨对于“武开河”解冻冰情现象的发生起了决定性作用。新疆阿勒泰地区发生冰凌溃坝型洪水的风险较低,对冰凌灾害的研究与预防方面应主要加强对推冰现象及过程的研究与预警方面。     

统一应力场中基底断裂对盖层复杂断块变形的影响——来自砂箱实验的启示

基底先存断裂的活动会对其盖层岩层的变形起到较大的影响,尤其当应力直接作用于基底时更是对变形起到了控制作用。通过一系列的砂箱实验模拟分析了在统一的构造应力场中,当深部的基底断裂作平移滑动时盖层断块的被动变形情况:当其具有伸展分量时,会形成一个近对称的走滑 伸展裂谷形态,当具有挤压分量时,会形成以逆冲走滑断裂为边界的对称的局部挠曲隆起;同时在剖面上会形成典型的走滑构造特征,变形区域的大小与伸展或挤压分量的大小有关。先存的盖层断块受到基底作用力时,除内部变形本身还会发生旋转,形成局部的拉伸和挤压区;当一个地区的基底断裂多次活动甚至发生反转时,就会使地表形成特别复杂的构造现象;郯庐断裂带中段的埕岛-垦东潜山构造带的变形是一个典型的走滑基底控制的情况,实验结果证明基底的走滑反转变形造成这些断块的旋扭,盖层的非完全反转形成了剖面上的“复式花状构造”。     

机械式自动垂钻工具偏重机构角位置测量方法研究

机械式自动垂直钻具在实际应用过程中,偏重机构由于自身的惯性以及外部环境的影响,会出现不能稳定在井眼低边的情况,导致纠斜精度降低。为研究偏重机构在钻进过程中角位置的变化规律,本文提出了基于绝对式磁编码器的一种非接触式的角位置测量方法,构建了测量数据采集界面并进行了实验室验证及可靠性分析。该方法可有效地实现偏重机构变化角度的测量,测量误差不超过3°。非接触式的角位置测量方法能够监测角位移且其误差在工程允许的误差范围内,可以为后续的机械式垂直钻井系统的研发实验和改进优化提供可靠的数据。     

页岩各向异性力学特性微观测试方法研究

页岩力学各向异性特征是地应力、井壁稳定、水力裂缝扩展相关研究的重要基础参数。针对页岩力学各向异性宏观测试中存在样品制取困难、制样成功率低的特点,采用来源丰富的钻井岩屑或破碎岩块,通过研究纳米压痕实验原理、实验方法和数据解释方法,采用连续刚度测试方法对平行层理和垂直层理的页岩试样进行纳米压痕测试;基于硬度的分类准则将纳米压痕数据分为三类主要矿物基质进行合理解释,采用接触刚度法计算硬度、杨氏模量,采用能量法计算断裂韧性,得出了页岩粘土基质的杨氏模量、硬度和断裂韧性。测试结果表明这种基于硬度的分类准则处理纳米压痕数据是方便合理的。页岩粘土基质力学特性在纳米尺度上具有各向异性,纳米尺度力学参数与层理方向相关。页岩不同力学参数的各向异性表现不同,杨氏模量各向异性较弱,断裂韧性各向异性较强。平行层理方向断裂韧性为垂直层理方向断裂韧性的80%。     

不同开挖工序对连拱隧道中墙的影响

针对筲箕湾连拱隧道的开挖过程进行两种不同工序的模拟计算,计算中墙在两种不同开挖工序下的强度、变形与稳定性,比较不同开挖工序对隧道中墙的影响。结果表明,中墙是连拱隧道最主要的受力构件,非对称开挖容易在中墙上引起较大偏心荷载。根据计算结果来评价开挖工序的优劣,对连拱隧道的开挖过程提出一些建议。