页岩数字岩心重构与水力压裂数值试验

为了实现对深部页岩油储层水力裂缝扩展规律的精细研究,以吉木萨尔凹陷芦草沟组陆相页岩油储层下甜点主要油层段为研究对象,对3684.62~3705.70 m深度范围内的20组页岩样品进行扫描并构建数字岩心,开展水力压裂数值试验.试验获得了各模型的破裂压力和水力裂缝扩展路径.结果表明:破裂压力随孔隙度的增加而降低,随着脆性矿物体积分数的增加而增加,和石英体积分数呈现较明显的线性关系.水力裂缝在孔隙位置起裂,连通独立的孔隙区域并沿着贯通的孔隙区域继续扩展.在远离孔隙区域时,水力裂缝主要沿垂直于最小主应力方向延伸.水力裂缝的复杂程度均随石英体积分数和孔隙度的增加而增加,但也会受到矿物分布形态的影响.当石英体积分数或孔隙度较高且呈现大面积连通分布时,水力裂缝的扩展受到抑制,水力压裂的增渗改造效果较弱.

压缩条件下玄武岩柱尺寸效应及破裂机理数值模拟研究

为研究压缩条件下玄武岩柱强度和变形的尺寸效应,及其破裂机理和破坏模式,本研究构建不同尺寸的玄武岩柱图像,然后将细观损伤力学、统计强度理论、连续介质力学相结合,基于RFPA3D-CT的数字图像处理,将玄武岩柱图像转化为有限元网格模型,并分别赋予节理、岩石的材料力学参数,其中,考虑节理及岩石的非均质。开展压缩条件下的玄武岩柱数值试验,分析侧压、垂直柱轴方向(Ⅰ/Ⅱ)对玄武岩柱的力学尺寸效应的影响,以及玄武岩柱破裂过程的应力场演化与损伤破裂特征。研究表明:对于垂直柱轴方向Ⅰ的情况,当侧压为0 MPa,试件抗压强度无明显的尺寸效应;当侧压为2 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为4 m;当侧压为4、6、8 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为6 m。对于垂直柱轴方向Ⅱ的情况,当侧压为0、2 MPa,试件抗压强度无明显的尺寸效应;当侧压为4 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为4 m;当侧压为6、8 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为6 m。当侧压为0~8 MPa,随着模型尺寸的增加,试件抗压强度的横观各向异性系数变化范围为0.75~1.15;试件等效变形模量的横观各向异性系数变化范围为0.90~1.15。因此,玄武岩柱可近似为横观各向同性。分析了不同侧压、模型尺寸、垂直柱轴方向(Ⅰ/Ⅱ)条件下玄武岩柱的节理开裂情况、应力集中、裂纹萌生扩展、破碎带形成的全过程,以及声发射特征。

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统，通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟，研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场，以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明，岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．

岩土工程稳定性分析RFPA强度折减法

将强度折减法的基本原理引入到岩石破裂过程分析RFPA方法中,建立RFPA-SRM岩土工程稳定性强度折减分析方法。该方法以有限元方法作为应力分析工具,不仅满足静力平衡、应变相容,且充分考虑材料的细观非均匀特性,并秉承RFPA方法的破坏过程分析优势,能够反映岩土结构随强度劣化而呈现出渐进破坏诱致失稳的演化过程。以岩土工程中的边坡为例,阐述RFPA-SRM方法在边坡稳定性分析中的应用。利用RFPA-SRM方法进行边坡稳定性分析时,不需对滑动面做任何预先假定,对复杂地质地貌的边坡稳定性分析是实用的;同时以基元的破坏次数统计作为边坡的失稳判据,不仅可直观地得到坡体的滑移破坏面,还可求得安全系数,为边坡的稳定性研究提供一种新的便捷、有效方法。特别是RFPA-SRM对边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机制具有重要意义,更有利于从边坡失稳的源头入手指导边坡防护设计。最后对RFPA-SRM方法在一连拱分叉隧道安全设计中的应用进行探讨,得到该隧道结构的安全系数及潜在破坏模式,表明RFPA-SRM方法同样适合其他岩土结构稳定分析。

孔隙水压力对岩石裂纹扩展影响的数值模拟

应用岩石破坏过程渗流-应力-损伤(FSD)耦合分析软件F-RFPA2D,通过对孔隙水压作用下岩石试件加载破坏过程的数值模拟,对孔隙水压力大小和梯度对岩石试样中裂纹的萌生和扩展进行了数值模拟研究。模拟结果再现了孔隙水压力作用下裂纹萌生扩展的全过程,表明孔隙水压力大小和梯度对岩石中裂纹的萌生和扩展模式都有很大的影响。

矿柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统，对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究．矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料．模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律．结果表明，劈裂是矿柱破坏的主要形式，并首先在矿柱表面出现，然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏．

岩石介质中多裂纹扩展相互作用及其贯通机制的数值模拟

运用岩石破裂过程分析 RFPA2 D系统 ,通过对岩石试样中预置的一组右行右阶雁列式裂纹扩展过程的数值模拟 ,研究了非均匀岩石介质中多裂纹扩展的相互作用模式及其贯通机制。数值模拟再现的受压混合型裂纹扩展过程中逐步演变的全场变形过程 ,以及与细观非均匀性有关的声发射和断续扩展模式的“岩桥”现象 ,清晰地揭示出多裂纹扩展的相互作用及其贯通机制。模拟结果说明 ,对于岩石这种地质介质而言 ,忽略其非均匀性影响 ,可能会掩盖岩石变形与破裂过程中的许多与非均匀性有关的特殊现象 ,包括声发射或微震模式。

短纤维增强复合材料破坏过程的数值模拟

利用一个材料破坏过程分析程序 ＭＦＰＡ^（２Ｄ）系统，研究了短纤维增强复合材料的破坏过 程．研究表明，对于非均匀脆性材料而言，纤维与基体的强度、弹性模量比及纤维的弹塑性性 质对宏观材料的强度和韧性有很大的影响，数值模拟再现了短纤维增强复合材料的变形、破坏 全过程，包括纤维的止裂与桥连作用及微裂纹的萌生、扩展直至最终宏观贯通．

高放废料地质处置中多场耦合作用下的岩石破裂问题

综述岩石力学中热-水-力耦合模型的研究进展,认为在热-水-力耦合作用下的岩石(岩体)破裂过程演化将直接影响高放射性废料地质处置库周围围岩的热力学特性、渗流特性和力学稳定性,进而影响高放射性核素在围岩中的迁移规律。通过建立一种描述热-水-力耦合条件下岩石破裂演化过程的细观力学模型,来揭示热-水-力耦合条件下宏观岩体结构破坏行为。计算分析结果表明,这种模型对于高放废料地质处置的可靠性分析具有重要的科学价值及现实意义。

界面性质对颗粒增强复合材料破坏模式影响的数值模拟分析

运用材料破坏过程分析ＭＦＰＡ２Ｄ系统，对颗粒增强复合材料的变形、损伤及破坏过程进行了数值模拟分析。主要分析了界面性质对破坏模式的影响。模拟结果表明，增强颗粒与基体的界面对复合材料的宏观性能有很大影响。在理想界面条件下，破坏模式以界面附近基体的破裂为主，在非理想界面（且为弱界面）条件下，破坏模式以颗粒与基体的脱粘较为明显。

岩土破裂过程分析RFPA离心加载法

将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA系统中,形成了RFPA离心加载法(RFPA-Centrifuge)。RFPA-Centrifuge的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力–应变关系;秉承了RFPA系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。

新型全长多点楔胀式管缝锚杆(竹节式锚杆)的试验研究

全长多点楔胀式管缝锚杆(竹节式锚杆)是一种作用机理及结构与普通锚杆均有所不同的新型锚杆,其锚固力由锚杆杆体与岩体的摩擦力、锚杆杆端的锚固力与多点楔胀力所提供的。对新型锚杆进行了数值模拟和物理试验,其实验室试验证实,新型锚杆的拉拔力比普通锚杆的拉拔力提高39%。结果表明,此种锚杆具有优异的力学性能、施工方便,完全可以在工程支护领域中推广应用。

含瓦斯“试样”突出现象的RFPA^(2D)数值模拟

运用新近开发的岩石破坏过程分析RFPA2D (RockFailureProcessAnalysis)系统 ,以含瓦斯煤岩的破坏过程分析为例 ,通过对含瓦斯煤岩突出孕育机制及其声发射的数值模拟 ,说明了数值模拟方法给含瓦斯煤岩突出机制及其预测理论的发展所带来的新契机 .数值模拟再现了含瓦斯煤岩突出的发生、发展过程 ,模拟结果表明 ,复杂的瓦斯煤岩断裂、突出现象可能是一些简单机理的演化结果 .

颗粒增强复合材料基体破坏过程的数值模拟分析

运用一个材料破坏过程分析ＭＦＰＡ２Ｄ系统，研究了高强度圆形颗粒增强复合材料在拉伸载荷作用下经变形、损伤直至失稳破坏的全过程。分别研究了含刚性颗粒和柔性颗粒基体的不同破坏机制。数值模拟再现了颗粒增强复合材料在变形、破裂过程中的裂纹萌生、扩展规律以及颗粒间的相互作用。

国际合作是提高研究生培养质量的有效途径

国际合作与交流在建设世界一流大学中具有非常重要的不可替代的积极作用,是把我国研究生培养成世界一流人才的一条有效途径。从学术起点、竞争力、学术环境、学术声誉等几个方面分析了国际合作与交流对提高研究生培养质量的意义,提出应以国际合作与交流为契机,采取切实有效的措施,提高高等学校研究生培养质量。

岩石破裂过程分析RFPA^(2D)系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用

论述了岩石破裂过程分析系统RFPA2D在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算．研究结果表明，RFPA2D可以从几何、岩性、变形、破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂及地表的沉陷规律，从而为采场上覆岩层移动规律的研究提供了一种新的研究手段．

岩石破裂全过程分析软件系统RFPA^(2D)

岩石破裂全过程分析软件系统ＲＦＰＡ２Ｄ唐春安赵文（东北大学岩石破裂与失稳研究中心沈阳１１０００６）数值计算已被学术界和工程界广泛接受作为一种力学状态的分析工具，用于岩石力学数值计算的有限元、边界元、离散元、刚体元、流形元、有限差分等数值计算方法，促进...

岩石破裂过程失稳的尖点灾变模型

本文针对岩石在加载系统作用下破裂过程的非稳定性问题,提出了一个简单的力学模型,用尖点灾变(Cusp)模型研究了失稳过程的机制.从理论上阐明了试验机与试样的刚度比在失稳过程中的重要作用,得到了灾变时试样的突跳量与能量释放量的简单表达式,研究结果表明,加载系统的稳定性取决于系统内部的刚度分配,失稳的条件是其刚度比不大于1.本文的讨论从整体上深化了对加载系统失稳的认识.

材料破坏过程中应力分布的数值光弹图

介绍应用材料破坏过程分析（MFPA）系统进行材料破坏过程应力场分析的“数值光弹”方法 。给出了几种材料试样在外部载荷作用下变形或破坏时的内部应力分布条纹图.结果表明（MFPA）系统为研究材料破坏过程中的应力分布提供了一种简单易行的分析方法。

岩体间隔破裂机制及演化规律初探

在地壳岩层或岩土工程结构中,有一个非常重要的破裂现象,即间隔破裂现象,其形成机制到目前仍不十分清楚。这些现象包括地层中的等间距破裂、大地干裂(龟裂)以及深部巷道围岩中的间隔破裂(分区破裂)等。此外,混凝土结构中的间隔裂纹、陶瓷表面因冷缩产生的龟裂等,都是间隔破裂现象的典型例子。以此为背景,介绍通过RFPA数值试验方法研究间隔破裂机制和演化规律的初步结果,包括:(1)条状间隔破裂(平行破裂);(2)网状间隔破裂(龟裂);(3)环状间隔破裂(分区破裂)。