基于DIC技术的钢筋混凝土梁剪切裂缝自动提取与量化方法

针对钢筋混凝土梁实验中剪切斜裂缝的自动化定位、全域范围内各方向宽度量化及扩展追踪问题,该文提出一种基于数字图像相关技术(DIC)的裂缝自动提取与宽度量化的计算方法。由DIC计算得出的水平、竖直、剪切应变场来计算试件表面的主拉伸应变场,并将试件表面主应变大于某一阈值的部分视为开裂。对开裂部分进行形态学操作,提取出裂缝骨架线。在骨架线两侧定义裂缝运动参考点,根据参考点的运动来计算裂缝的发展规律。该计算方法实现了混凝土梁加载过程中任意方向上裂缝自动化检测及高精度量化,并且能够处理试件局部旋转的问题,充分了利用DIC测量技术的潜力。通过实验室内四组钢筋混凝土梁剪切实验验证该方法的有效性与精度。结果表明:该方法能够在多加载阶段实时追踪全域范围内各方向的裂缝开展并量化。

四川须家河组页岩剪切裂缝导流能力研究

利用页岩体内部天然裂缝劈裂形成粗糙导流岩板,测试了页岩气藏清水压裂网络裂缝的导流能力,重点研究了裂缝剪切错位对页岩裂缝导流能力的影响.实验结果表明,不同支撑形式裂缝的导流能力差异显著,裂缝中缺少支撑剂时,需要形成剪切错位才能提供足够的导流能力,否则非支撑裂缝导流能力不足以利用复杂裂缝网络.非支撑裂缝导流能力至少在2个数量级内变化,主要受错位程度、粗糙度、岩石力学性质等影响.粗糙度较大的剪切裂缝更易形成高导流能力,但导流能力与粗糙度并没有绝对相关性,粗糙度对裂缝导流能力仅在低闭合应力条件下影响显著.低硬度页岩的剪切裂缝导流能力可比高硬度页岩低一个数量级以上.

页岩压裂剪切裂缝形成条件及其导流能力研究

页岩气藏清水压裂形成的缝网中存在大量非支撑剂充填裂缝,粗糙裂缝面的剪切错位是其主要的导流机理。理论分析了剪切裂缝形成条件及裂缝错位程度,并通过实验研究了缝面错位程度和粗糙度对导流能力的影响。理论分析表明,水力裂缝诱导天然裂缝发生剪切滑移的条件是裂缝内净压力超过地层水平主应力差。高应力差、低杨氏模量和低泊松比地层中的天然裂缝易形成较大的错位程度。在压剪闭合状态下形成最大错位的有利天然裂缝角度是arccotKf/2。实验结果表明,页岩裂缝发生滑移错位,导流能力可提高2个数量级以上;但错位程度的影响存在随机性。粗糙度较大的裂缝更易形成高导流能力,但没有绝对的相关性,粗糙度对剪切裂缝导流能力仅在低闭合应力条件下影响显著。软页岩缝面凸起易破碎,粗糙度相近情况下软页岩错位裂缝的导流能力可比硬页岩的低一个数量级以上。

断层转折褶皱剪切裂缝发育模式探讨

围绕库车前陆盆地内某典型断层转折褶皱剖面,实测统计该剖面不同构造部位的剪切裂缝,分析断层转折褶皱中剪切裂缝的发育规律,进而建立断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式。统计结果表明,研究区剪切裂缝有2种类型,一类是与岩层面高角度相交的高角度缝,广泛发育在构造各个部位;另一类是与层面近于平行的顺层裂缝,主要发育在断层面附近,并随岩层的变形,产状发生改变。远离断层面,剪切裂缝发育程度整体上呈减小趋势,下盘裂缝发育强度的减小大于上盘,上盘裂缝发育强度整体大于下盘。褶皱内层剪切裂缝较外层发育,褶皱两翼裂缝发育强度大于褶皱枢纽。断层产状的改变,会引起上盘运动状态的改变,使得在上盘活动轴面附近出现应力集中,局部剪切裂缝发育强度出现增大现象。断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式可以分为3个阶段,断层形成前主要发育与层面高角度相交的区域性剪切裂缝;断层形成初期,断层面附近两盘牵引变形不明显,上盘穿过断坡下部破折点处活动轴面的部分会产生新的剪切裂缝,即与岩层高角度相交剪切缝和与断层面低角度相交剪切缝;牵引构造明显时,断层面附近两盘弯曲部位会产生顺层剪切裂缝,两翼的裂缝发育强度大于枢纽。

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.

基于临界剪切裂缝理论的钢筋混凝土板冲切破坏准则及验证

各国规范针对板柱节点抗冲切计算时采用的力学模型不尽相同,导致各国关于冲切承载力计算公式并不统一。瑞士混凝土结构规范SIA 262以及规范MC 2010针对冲切承载力所应用的物理模型为临界剪切裂缝理论,经大量试验验证临界剪切裂缝理论形式简单且具有较好的精度。鉴于我国对临界剪切裂缝理论研究的匮乏,针对临界剪切裂缝理论发展及原理进行了概述,并深入研究基于临界剪切裂缝下的破坏准则及验证分析。将中国规范计算公式与破坏准则进行对比分析,建议我国规范修订时参考基于临界剪切裂缝理论下的破坏准则。

混凝土框架剪切裂缝加固处理

介绍某厂房框架梁出现剪切裂缝的的处理情况，内容包括对裂缝情况的调查和检测、产生裂缝的原因分析、处理方案的选定、加固处理的具体做法。

页岩平行/垂直层理剪切裂缝导流特性对比研究

在页岩气开采过程中,储层中的剪切裂缝作为重要的渗流通道,受页岩层理方向的影响,表现出不同的导流特性。为揭示层理对页岩剪切裂缝导流特性的具体影响,选取中国重庆涪陵地区龙马溪组页岩,制作平行层理与垂直层理2个方向的剪切裂缝,采用三维形貌扫描仪对裂缝表面进行表征,分析裂缝初始形貌与机械开度,采用煤岩三轴流变实验系统开展不同有效应力下的气体导流实验,分析裂缝导流特性。研究结果表明:垂直剪切裂缝表面具有较大的粗糙度、较大的开度分布标准差、较多的小开度裂缝(<200μm)等特征;在有效应力较低时(<8 MPa),垂直剪切裂缝的等效水力开度(17~100μm)高于平行剪切裂缝(22~66μm),此时垂直剪切的导流能力更强,随着有效应力的增加,平行剪切裂缝具有更强的导流能力;相较于平行剪切裂缝的临界雷诺数(4.2~8.5),垂直剪切裂缝的临界雷诺数(3.1~15.6)整体较大,在相同条件下更不易发生非线性流动,对裂缝的气体流态分析也表明垂直剪切裂缝中同时存在层流、过渡流和紊流,而平行剪切裂缝中只存在过渡流和紊流。

剪切裂缝对连续梁桥承载能力的影响

本文以一座5跨变截面连续箱梁为例,通过对箱梁梁端剪切裂缝的现状分析,并采用静载试验方式,评估剪切裂缝对桥梁不同断面承载能力的影响,同时分析裂缝在荷载作用下应变的变化规律,推断其可能产生的结果。

四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征

通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。

武当群片岩隧道剪切型纵向裂缝破坏机理

根据现场隧道监控测量数据分析武当群片岩隧道变形破坏特征,利用Phase2.Tunnel有限元软件与实际监测结果相对比的方式,从围岩岩性特征,构造应力和片理面力学性质3个方面,探究十房高速公路通省特长隧道拱顶纵向裂缝形成机理。研究结果表明:该围岩不含蒙脱石,伊利石质量分数同样较低,因此,围岩内部膨胀力的作用可忽略;由于片理面的存在,拱顶两侧围岩发生差异破坏,片理面较低的抗剪强度是导致纵向裂缝的内在因素,其产状控制纵向裂缝的发生位置;随着片理面间距的减小,拱顶右侧产生类似偏压形成的拉伸破坏,是控制纵向裂缝次生裂缝的主导因素;而侧压力系数λ≥1.0的地质构造环境是产生该裂缝的诱发因素。

剪切斜裂缝发生后钢筋混凝土梁抗剪加固实验研究

为了研究已有剪切斜裂缝对钢筋混凝土梁抗剪加固效果的影响，探讨带斜裂缝钢筋混凝土梁的有效抗剪加固构造措施，先后采用有间隔外包钢箍及全面包裹薄钢板的方法对一批已出现剪切斜裂缝的梁进行加固后静载破坏试验。结果表明在几乎同样的耗钢量条件下采用全面包裹薄钢板的方法能显著提高裂缝梁的承载能力及刚度、并使其破坏形态发生改变。

剪切滑移裂缝对井眼声波传播的影响

裂缝对储层含油气性和产能有直接的影响,裂缝的测井识别与评价是致密砂岩储层油气勘探开发的关键。在研究过程中发现,如果将天然裂缝视为光滑裂缝,理想平板模型所计算的结果会与实际结果有误差。通过分析,造成这种误差的原因,一方面与裂缝结构的粗糙性有关,另一方面与裂缝结构有关。非常规储层通过压裂形成的裂缝结构有拉张型裂缝结构和剪切滑移裂缝结构,通常将粗糙裂缝视为拉张型裂缝结构,在剪切滑移作用下,裂缝的结构会产生变化。斯通利波反射系数对裂缝宽度反应灵敏,常用来识别裂缝,对井孔模型进行数值模拟,研究粗糙裂缝对斯通利波的影响。采用迂曲度对裂缝表面的粗糙程度进行描述,在研究过程中发现粗糙裂缝的剪切滑移会对斯通利波的衰减造成一定的影响,通过拟合得到斯通利波的衰减系数与滑移距离、迂曲度的计算公式。

低渗透储层构造裂缝的成因类型及其形成地质条件

低渗透储层中构造成因的裂缝包括剪切裂缝、扩张裂缝和拉张裂缝3种类型。剪切裂缝是在压应力作用下形成的,理论上以两组共轭剪切裂缝的形式出现,但岩层强烈的非均质性通常可以抑制其中一组发育,而只留下另一组。剪切裂缝以高角度缝为主,具有透入性分布特征。此外,还常见有两类低角度剪切裂缝:一类为在泥质岩中发育的滑脱裂缝;另一类为在逆冲构造带中发育的近水平剪切裂缝。扩张裂缝和拉张裂缝都是垂直于最小主应力方向分布的,规模小,延伸短。但是扩张裂缝是在压应力作用下形成的,因而常与剪切裂缝同时出现;而拉张裂缝的形成要求至少最小主应力是张应力,通常呈透镜状局部发育,并被沥青、方解石等脉体充填。除了岩层弯曲派生的拉张应力形成的纵张裂缝外,沉积盆地中拉张裂缝的形成通常有异常高压流体的参与,异常高压流体可以使逆冲构造带中的挤压应力变为拉张应力,从而在挤压应力环境中形成拉张裂缝。拉张裂缝是沉积盆地古异常高压流体存在的重要指示标志。

四川盆地九龙山构造致密砾岩储层裂缝特征及其贡献

致密块状砾岩作为油气储层比较少见,其裂缝的成因类型、分布特征及控制因素尚不清楚。为此,以四川盆地九龙山构造下侏罗统珍珠冲组致密砾岩储层为例,根据野外露头、岩心、成像测井和岩心测试分析资料,在研究砾岩储层裂缝成因类型和分布特征分析的基础上,就裂缝对该类储层及产能的贡献大小进行了评价。珍珠冲组致密砾岩储层主要有构造裂缝、成岩裂缝和原岩裂缝3种成因类型,并以构造剪切裂缝为主,可分为东西向、近南北向、北西西向和北东东向4组裂缝;裂缝非常发育,岩心裂缝面密度平均为31.4m/m2,溶蚀以后的裂缝在地层围压条件下的平均开度为221.28μm;裂缝及其溶蚀孔洞的平均总孔隙度为2.26%,占该区岩心总孔隙度的67.4%,裂缝的渗透率主要分布在20.0～160.0mD,比储层孔隙的渗透率高2～5个数量级,说明裂缝及其溶蚀孔洞是珍珠冲组致密砾岩储层的重要储集空间和主要渗流通道,控制了该区天然气藏的分布和单井产能。

剪切作用及剪切构造与生、储油

对湘西沪溪县白沙含油瘤状灰岩的研究发现，剪切作用不仅会使油源岩在剪切破裂过程中摩擦生热，提供有机质成熟热能，还会导致颗粒紧密排列，形成应力梯度，促使石油初次运移。剪切构造（尤其是开放性剪切构造）既是良好的运移通道，也可使致密岩石成为裂缝性储层。

体积压裂复杂裂缝开启力学条件研究

通常针对具有天然裂缝的储层进行压裂时,沿裂缝壁面的天然裂缝产生的裂缝主要有两类,张性裂缝与剪切裂缝。在不同应力状态下,不同方向的天然裂缝扩展为张性裂缝所需要的力学条件不同。分析表明,在水平最大主应力为最大应力的状态下,垂向裂缝能够开启的角度范围不大,但是容易出现水平裂缝,裂缝网络纵横交错,且倾向于沿储层横向发展;而垂向应力为最大主应力的条件下,裂缝网络倾向于沿储层纵向发展。因此,详细分析储层的地应力状态至关重要。通过剪切裂缝的开启力学条件分析可知,理想垂直裂缝开启后,影响剪切裂缝开启的因素是最大主应力、垂直应力的大小,与最小主应力无关。假设各个方向的裂缝均有开启,则裂缝壁面上开启剪切裂缝的净压力与三个主应力之间的两两差值有关,只要有一组差值达到开启条件(虽然比较小),则存在剪切裂缝开启的可能性。

页岩岩心人工裂缝导流能力室内模拟实验研究

为了研究页岩储层不同类型裂缝导流能力的差异及导流能力与围压的关系,利用渗流应力耦合拟三轴实验系统,展开页岩人造裂缝室内模拟实验,测定3种类型裂缝导流能力随围压的变化关系。研究结果表明:裂缝导流能力随围压增加而减弱,与围压呈负指数关系;张开裂缝导流能力对围压最敏感,相同围压下张开裂缝导流能力最小;剪切裂缝和支撑剂充填裂缝导流能力对围压敏感度相差不大,由于剪切裂缝具有自支撑作用,其导流能力与低支撑剂密度的张开裂缝导流能力相当。

鄂尔多斯盆地中西部下白垩统露头区裂缝研究

通过对研究区野外露头宏观裂缝的详细观测与统计，研究了鄂尔多斯盆地中西部下白垩统裂缝系统的发育特征与成因类型，同时依据构造解析（Tectonic Analysis）的相关理论与方法，分析了裂缝形成的构造应力场。其结果表明：研究区下白垩统主要发育了4组高角度或近直立裂缝，其走向分别为北东东向、北东向、北北西向及北西向；裂缝的横向延伸长度比纵向切深大得多，两者的主体布范围（或峰值）分别介于为3～20m与0．1～0．6m；裂缝间距总体呈对数正态分布，大小主要集中在0～0．8m，约占85％；从裂缝地质成因来看，上述4组裂缝均为直接受控于区域构造应力场的区域构造裂缝，而从裂缝力学性质角度看，则又普遍表现出剪切裂缝的典型特征，都归属于剪裂缝范畴，并且在区域上构成早晚两期平面X型共轭剪切裂缝体系，其中北东东-北西向共轭剪切裂缝主要形成于盆地燕山期构造应力场，北北西-北东向共轭剪切裂缝则主要在盆地喜山期构造应力场的控制下形成．