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黏弹性节理岩体的位移不连续模型研究 被引量:4
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作者 王志亮 陈强 张宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2177-2183,共7页
选用三参数标准线性固体作为岩石本构,提出了一种考虑岩体黏弹性的位移不连续模型;根据一维黏弹性波的特征线法,推导了节理处质点速度、应力和应变递推公式。首先,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)对砂层进行试验,得到其应力-应变关系,并... 选用三参数标准线性固体作为岩石本构,提出了一种考虑岩体黏弹性的位移不连续模型;根据一维黏弹性波的特征线法,推导了节理处质点速度、应力和应变递推公式。首先,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)对砂层进行试验,得到其应力-应变关系,并换算出砂层节理的法向刚度;接着,通过一维强间断黏弹性波的波速公式、高频波衰减系数以及任一频率下的衰减系数,确定出数值算法中的三参数。最后,基于自制的摆锤装置,探讨了一维应力波在节理岩体中的传播规律,试验中以两根长1 000 mm、直径为68.50 m的岩杆作为入射和透射杆,以3 mm砂层模拟节理。试验和数值结果吻合度良好,进一步验证了该方法的可靠性。 展开更多
关键词 岩石 黏弹性 位移不连续模型 特征线法 波传播系数
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位移不连续模型在黏弹性节理刚度计算的应用 被引量:2
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作者 王观石 熊鹏 +3 位作者 胡世丽 孟世明 龙平 谭谈 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2175-2183,共9页
考虑节理质量对应力波传播的影响,运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式,采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化,讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节... 考虑节理质量对应力波传播的影响,运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式,采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化,讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节理模型和位移不连续模型的透射波波形相关系数为0.9时对应的节理厚度为临界厚度,岩体与节理的阻抗比对临界厚度的影响很小;临界厚度随子波中心频率增大呈负指数减小,入射角越大,临界厚度随中心频率减小得越慢。试验数据分析表明:当节理厚度为0.03 m时,采用位移不连续模型和厚黏弹性模型计算得到的节理力学参数非常接近,随节理厚度和子波中心频率增加,运用位移不连续模型的计算结果偏差越大,试验结果与理论分析是一致的。 展开更多
关键词 位移不连续模型 黏弹性节理 临界厚度 节理刚度
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改进线弹性位移不连续模型和结构面弹性模量动力法测试 被引量:2
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作者 王观石 刘单权 +1 位作者 胡世丽 龙平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期2022-2032,共11页
线弹性位移不连续模型难以准确描述应力波穿过厚度较大的宏观结构面的传播过程,对结构面透射侧的位移分量和应力分量进行多次泰勒展开,建立改进线弹性位移不连续模型,运用原模型和改进模型测试结构面弹性模量,研究阻抗比和结构面厚度对... 线弹性位移不连续模型难以准确描述应力波穿过厚度较大的宏观结构面的传播过程,对结构面透射侧的位移分量和应力分量进行多次泰勒展开,建立改进线弹性位移不连续模型,运用原模型和改进模型测试结构面弹性模量,研究阻抗比和结构面厚度对测试误差的影响,研究结果表明:当阻抗比较小时,应选择改进模型,基于反射波的波形差异测试结构面弹性模量;当阻抗比较大时,应选择原模型,基于透射波的波形差异测试结构面弹性模量;数值模拟得到测点振动波形,分析结构面厚度对测试偏差的影响,随结构面厚度增加,基于改进模型反射波波形差异的测试偏差减小,基于原模型透射波波形差异的测试偏差增加,现场试验与数值模拟的结果是一致的。 展开更多
关键词 岩石力学 线弹性位移不连续模型 结构面 弹性模量测试 测试误差
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非线性法向变形节理对弹性纵波传播的影响 被引量:35
4
作者 王卫华 李夕兵 左宇军 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1218-1225,共8页
从波的弹性位移出发,推导线性位移不连续模型,然后引入等效位移假设,建立节理非线性位移不连续模型。依据所建立的非线性模型,获得垂直入射纵波在非线性法向变形节理处传播的透射和反射系数的解析解。利用该解析解,研究节理初始刚度、... 从波的弹性位移出发,推导线性位移不连续模型,然后引入等效位移假设,建立节理非线性位移不连续模型。依据所建立的非线性模型,获得垂直入射纵波在非线性法向变形节理处传播的透射和反射系数的解析解。利用该解析解,研究节理初始刚度、节理闭合量与允许闭合量的比率以及入射波频率对节理透反射系数的影响,并与已有的数值计算结果进行比较,两者吻合很好。 展开更多
关键词 岩石力学 纵波的传播 节理 非线性变形特性 非线性位移不连续模型
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纵波在改进的弹性非线性法向变形行为单节理处的传播特性研究 被引量:15
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作者 俞缙 钱七虎 +1 位作者 林从谋 赵晓豹 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1156-1164,共9页
将传统的BB模型与经典指数模型统一起来,提出的准静态条件下改进的节理弹性非线性法向变形本构关系可定量化描述节理变形的这类差异。在不考虑加载速率对节理变形行为影响的情况下,将该本构关系推广至动态条件,建立了法向入射纵波在弹... 将传统的BB模型与经典指数模型统一起来,提出的准静态条件下改进的节理弹性非线性法向变形本构关系可定量化描述节理变形的这类差异。在不考虑加载速率对节理变形行为影响的情况下,将该本构关系推广至动态条件,建立了法向入射纵波在弹性半无限空间中干性单节理处传播的位移不连续模型,基于Lemaitre假设获得了节理透、反射系数TIMP和RIMP的近似解析解;同时结合一维波动方程特征线法推导了节理透、反射波质点速度时域数值差分格式并自编了计算程序,进而得到TIMP、RIMP、透、反射波能量etra和eref、延迟时间Tdel的半数值解,依此研究弹性纵波在单节理处的传播过程及特征。在针对节理法向初始切线刚度Kn,i、节理闭合量与最大允许闭合量比值γ=dn/dmax、入射波频率f等因素对TIMP、RIMP的影响进行探讨的同时,着重分析模型非线性程度ξ及入射波最大振幅vinc的变化对透射波振幅及能量衰减、波形及频谱畸变、时间延迟所产生的影响,并解释了一种"超越"现象。 展开更多
关键词 岩石节理 纵波 位移不连续模型 非线性程度
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水平井体积改造多裂缝扩展形态算法——不同布缝模式的研究 被引量:11
6
作者 陈铭 胥云 +4 位作者 吴奇 李德旗 杨能宇 翁定为 管保山 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期79-87,共9页
为了探索不同布缝模式的水平井体积改造多裂缝扩展形态,基于位移不连续边界元法,建立了三维非平面裂缝应力干扰计算模型,并根据亚临界裂缝扩展模型和最大周向应力准则,提出了多裂缝扩展形态算法。根据该算法,编程求解了不同布缝模式的... 为了探索不同布缝模式的水平井体积改造多裂缝扩展形态,基于位移不连续边界元法,建立了三维非平面裂缝应力干扰计算模型,并根据亚临界裂缝扩展模型和最大周向应力准则,提出了多裂缝扩展形态算法。根据该算法,编程求解了不同布缝模式的裂缝扩展形态,研究发现:(1)多簇压裂模式外侧裂缝为主扩展裂缝,内侧裂缝扩展变短且发生非平面扩展,有利于产生复杂裂缝,单簇压裂有利于单簇缝长的有效延伸;(2)应力干扰只作用于发生交叠的裂缝,并不作用于对称分布的未交叠裂缝;(3)在交错布缝模式下,后续压裂缝与邻近裂缝发生交叠时会向邻近裂缝靠近,偏转角度为5°-6°;交错布缝同步压裂时,井间裂缝以9°-10°的偏转角相互靠近,不利于远井的储层改造,而交错布缝拉链式压裂可提高裂缝延伸长度,增大远井改造体积;(4)多井间隔布缝模式增大了施工缝间距,可减小裂缝偏转幅度,而采用先压裂一段中间井,后在邻井围绕该段压裂的布缝顺序,能够增大裂缝复杂度,提高改造体积。 展开更多
关键词 水平井 体积改造 位移不连续模型 平台作业 布缝模式 裂缝转向 数学模型
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纵波垂直入射层状非线性节理岩体的半数值时域解 被引量:3
7
作者 郭力群 俞缙 +2 位作者 张亚洲 蔡燕燕 彭兴黔 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第S2期158-165,共8页
基于改进的节理弹性非线性法向变形本构关系,建立可描述纵波垂直入射层状非线性节理岩体的波传播位移不连续模型,结合一维波动方程特征线法推导层状非线性节理岩体透射波质点速度半数值时域解。利用该解建立差分格式并编写计算程序,通... 基于改进的节理弹性非线性法向变形本构关系,建立可描述纵波垂直入射层状非线性节理岩体的波传播位移不连续模型,结合一维波动方程特征线法推导层状非线性节理岩体透射波质点速度半数值时域解。利用该解建立差分格式并编写计算程序,通过参数研究初步探求弹性纵波在层状非线性节理处的传播过程及特征,着重分析节理条数N、无量纲节理间距ζ、变形非线性系数ξ、入射波最大振幅vinc与频率f等因素对透射系数|TIMP|、透射波能量比etra、首波波形畸变和时间延迟Tdel产生的影响。研究表明,随着节理条数增加和变形非线性系数增大,|TIMP|、etra减小,Tdel增大;随着节理间距增大,|TIMP|、etra、Tdel均先增大后减小并最终稳定。 展开更多
关键词 层状岩体 纵波 节理间距 位移不连续模型 非线性系数 半数值时域解
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频域分析方法在层状节理岩体波动问题中的应用 被引量:2
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作者 王帅 盛谦 +1 位作者 朱泽奇 周春梅 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2013年第4期62-66,共5页
考虑波的多次反射,采用频域分析方法研究一维波在层状节理岩体中的传播问题。首先基于波动理论、线性位移不连续模型在频域内建立一维波沿多条平行节理传播的总体传递矩阵,结合边界条件解得层状节理岩体中一维波传播的频域解,然后采用... 考虑波的多次反射,采用频域分析方法研究一维波在层状节理岩体中的传播问题。首先基于波动理论、线性位移不连续模型在频域内建立一维波沿多条平行节理传播的总体传递矩阵,结合边界条件解得层状节理岩体中一维波传播的频域解,然后采用离散傅里叶变换和反变换将频域解过渡到时域解,最后运用上述方法研究了SV波在不同间距、不同条数节理组处的传播,并与离散元程序UDEC模拟结果进行对比。结果表明:随节理间距增大,位移透射系数|TN|(透射波与入射波振幅比值)的变化趋势呈现上升、下降、平稳3个阶段;在透射系数|TN|呈上升阶段的节理区间内,透射系数|TN|对节理条数依耐性很小;通过与UDEC计算结果对比表明本文求解方法是可行的。 展开更多
关键词 多条节理 应力波 离散傅里叶变换 频域 线性位移不连续模型
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穿越位移不连续结构面的随机地震波模拟 被引量:3
9
作者 宋博学 俞缙 林从谋 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期145-148,共4页
基于非线性位移不连续模型,用半数值半解析方法得到岩体结构面处透射波与反射波质点速度时域显式数值差分格式,编制计算程序模拟随机地震纵波在简单平行多结构面处的传播规律。研究结果表明:随着传过的结构面数目的增多,在特定频率处振... 基于非线性位移不连续模型,用半数值半解析方法得到岩体结构面处透射波与反射波质点速度时域显式数值差分格式,编制计算程序模拟随机地震纵波在简单平行多结构面处的传播规律。研究结果表明:随着传过的结构面数目的增多,在特定频率处振幅有先增益后衰减的现象,透射波在时间上有一定延迟。 展开更多
关键词 位移不连续模型 岩体结构面 随机地震波
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弹性纵波垂直通过非线性结构面的傅里叶级数分析法 被引量:1
10
作者 龙平 王观石 胡世丽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1807-1814,共8页
利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性,基于位移不连续模型,结合波振面处动量守恒定律,推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设... 利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性,基于位移不连续模型,结合波振面处动量守恒定律,推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设应力波在含结构面岩体中传播时,结构面的存在不改变应力波波形函数的最小正周期,运用傅里叶级数理论和周期延拓方法,得到了任意函数形式的弹性纵波垂直入射时透射波和反射波速度波形的傅里叶级数解,并验证了傅里叶级数解是合理的。利用傅里叶级数解,分析了单一频率的正弦谐波入射至结构面时,透射波中各阶谐波的振幅和相位与谐波阶数的关系。研究结果表明,各阶谐波的振幅与阶数呈负指数关系衰减,前7阶谐波振幅的衰减指数为谐波阶数的二次函数,当谐波阶数大于7时,衰减指数为谐波阶数的一次函数;各阶谐波的相位与谐波阶数呈线性关系。 展开更多
关键词 弹性纵波 非线性结构面 位移不连续模型 傅里叶级数解
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岩石裂纹扩展微观机制声发射定量反演 被引量:14
11
作者 王笑然 李楠 +1 位作者 王恩元 刘晓斐 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2627-2643,共17页
岩石受载内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为.借助声发射监测手段,本文建立了仅涉及微裂纹张开/闭合和剪切滑移的位移不连续震源模型,通过各位置处传感器耦合质量标定及点源远场P波矩张量... 岩石受载内部微裂纹扩展及其震源机制反演有助于认识宏观裂纹扩展过程的非线性断裂力学行为.借助声发射监测手段,本文建立了仅涉及微裂纹张开/闭合和剪切滑移的位移不连续震源模型,通过各位置处传感器耦合质量标定及点源远场P波矩张量反演获得了含预制裂纹砂岩受载过程的震源机制解及时变响应特征,在全局坐标系下分析了微裂纹的三种断裂力学行为.结果表明:在位移不连续模型中,震源矩张量特征值与试样泊松比之间必须满足特定约束条件,该约束条件下的优化问题可采用拉格朗日乘子和Levenberg-Marquardt迭代法求解;受载砂岩裂纹扩展过程中,声发射震源以剪切滑移机制占优,微裂纹空间取向及运动方向与试样宏观主裂纹夹角平均值分别为40.9°和17.7°;对微裂纹体积分解表明岩体微观破裂机制以沿X方向Ⅰ型张开为主,而沿Y方向的Ⅱ型断裂滑移方向与试样全局变形方向相一致,由于试样内部晶粒分布非均质性造成了少量沿Z方向的Ⅲ型平面外微裂纹滑移行为;受载砂岩裂纹扩展过程中微裂纹模式角与震源极性值变化趋势一致、利用震源震级评估的局部应力降值与实验观测结果相吻合,这两者均表明了位移不连续模型在震源机制定量反演中的适用性. 展开更多
关键词 砂岩 裂纹扩展 位移不连续模型 矩张量反演 微观机制 震源极性法
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充填节理岩体中应力波传播特性研究 被引量:5
12
作者 贾帅龙 王志亮 +2 位作者 熊峰 田诺成 卢志堂 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第8期1073-1081,共9页
在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将... 在考虑节理接触面与充填材料共同变形的前提下,文章基于时域递归法推导了应力波在充填节理处的传播方程,并对其进行了对比验证;分析了节理接触界面刚度、节理厚度及入射角度对波在充填节理处传播特性的影响规律;依据应力均匀性假定,将充填节理简化为不考虑厚度的位移不连续模型,考察了充填节理法向与切向力学性质的变化规律。结果表明:所推导的波传播方程计算值与相关研究结果吻合较好,通过迭代可求出反射波与透射波的数值解;在相同的节理厚度和波入射角度下,透射系数随节理接触界面刚度的增加而增大,反射系数则逐渐减小;不同节理厚度下等效法向与切向刚度均随接触面刚度的增加而增大,而随节理厚度增加,等效法向与切向刚度呈降低趋势。研究结果对揭示应力波在节理岩体中传播规律具有一定参考价值。 展开更多
关键词 应力波 时域递归法 充填节理 接触界面刚度 位移不连续模型
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冲击作用下节理岩体应力波波速衰减规律研究 被引量:2
13
作者 潘珍颖 刘军 甄梦阳 《河南科学》 2022年第2期208-215,共8页
为探究冲击荷载下节理岩体中应力波波速衰减规律,用水泥砂浆梁状结构模拟岩体,填充黏土层模拟软弱薄夹层,采用自行设计的摆锤冲击装置作为动力源进行冲击加载试验.研究了节理存在与否、节理数量和厚度对冲击荷载下节理岩体应力波衰减规... 为探究冲击荷载下节理岩体中应力波波速衰减规律,用水泥砂浆梁状结构模拟岩体,填充黏土层模拟软弱薄夹层,采用自行设计的摆锤冲击装置作为动力源进行冲击加载试验.研究了节理存在与否、节理数量和厚度对冲击荷载下节理岩体应力波衰减规律的影响,并利用特征线法和位移不连续模型推导节理面对应力波衰减的影响.结果表明:随着距离增大,振动衰减速度减慢,呈现出近端衰减快,远端衰减慢的规律;梁状结构表面的振动响应与节理厚度、数量呈负相关;节理引起的振动响应差异随节理数量的增加逐渐降低;理论的峰值和变化规律与试验结果吻合.通过分析节理对应力波波速衰减规律的影响,为日后实际工程作业中减小对周边建筑物的安全风险提供一定的参考. 展开更多
关键词 振动衰减 节理岩体 应力波波速 位移不连续模型 摆锤冲击试验
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Numerical modeling of simultaneous hydraulic fracturing in the mode of multi-well pads 被引量:5
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作者 YAO Jun ZENG QingDong +2 位作者 HUANG ZhaoQin SUN Hai ZHANG Lei 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期232-242,共11页
In order to investigate propagation regularity of hydraulic fractures in the mode of multi-well pads, numerical modeling of simultaneous hydraulic fracturing of multiple wells was conducted. The mathematical model was... In order to investigate propagation regularity of hydraulic fractures in the mode of multi-well pads, numerical modeling of simultaneous hydraulic fracturing of multiple wells was conducted. The mathematical model was established coupling rock deformation with fluid flow in the fractures and wellbores. And then the model was solved by displacement discontinuity method coupling with implicit level set method. The implicit method was based on fracture tip asymptotical solution and used to determine fracture growth length. Simulation results showed that when multiple wells were fractured simultaneously, adjacent fractures might propagate towards each other, showing an effect of attraction other than repulsion. Fracture spacing and well spacing had significant influence on the propagation path and geometry of multiple fractures. Furthermore, when multiple wells were fractured simultaneously, stress reversal regions had a large area, and stress reversal regions were distributed not only in the area between fractures but also on the outside of them. The area of stress reversal regions was related to fracture spacing and well spacing. Results indicated that multi-well fracturing induced larger area of stress reversal regions than one-well fracturing, which was beneficial to generating complex fracture network in unconventional reservoirs. 展开更多
关键词 hydraulic fracturing multi-well pads displacement discontinuity method implicit level set method stress reversal region
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