不同接触状态下节理三维组合形貌的计算方法

当节理处于不同的接触状态时,其组合形貌也是不同的。为有效地计算节理的三维组合形貌,在获得节理上下面形貌数据的基础上,提出节理上、下表面稳定接触的判断条件和以此为依据的节理面移动接触算法,然后用VC++语言编制节理三维组合形貌计算程序,利用该程序可以方便地计算节理在不同接触状态下的三维组合形貌参数。最后,以大理岩人工张节理为研究对象,采用自行研制的TJXW–3D型便携式岩石表面形貌测量仪对节理表面进行扫描,得到节理面的形貌数据,然后对大理岩人工张节理人为地分别设定1,2,3,4,5 mm的错开位移形成节理上、下表面不同的接触状态,利用组合形貌计算程序计算不同接触状态下的节理三维组合形貌参数,分析不同接触状态对节理三维组合形貌参数的影响,为研究不同接触状态下单节理的力学和渗流特性与其组合形貌特征的关系奠定基础。

考虑三维形貌特征的粗糙节理渗流空腔模型研究

为研究粗糙节理中的渗流,建立节理渗流空腔模型。将节理平面离散成1 mm×1 mm的单元格,单元格节点处的隙宽值由节理三维空腔组合形貌确定,假设单元格内渗流服从立方定理,逐一对单元格进行分析,用连续性方程求解整个节理面渗流,编制MATLAB程序进行计算。用大理岩人工节理试件沿节理长度方向将同一节理上表面相对下表面分别错开1,2,3,4,5和6 mm,形成节理不同的接触状态,计算这6种情况下的节理三维空腔组合形貌,得到不同接触状态下节理的隙宽分布和平均隙宽值。将节理渗流空腔模型和立方定理在不同接触状态下的渗流计算结果与节理试件在不同接触状态下的室内试验结果进行比较。分析结果表明:节理渗流空腔模型计算结果比立方定理更接近室内渗流试验结果,但是空腔模型计算结果和试验结果还有一定的差距,并对其误差存在的原因进行分析。

玛湖区块易漏地层防漏堵漏技术

通过玛湖区块易漏地层的漏失量、地层孔隙度和裂缝发育以及漏失压力剖面,分析玛湖区块漏失特征和漏失机理,采用形貌分析和粒径匹配方法,筛选防漏堵漏材料,评价和优化区域防漏堵漏体系。研究发现,玛湖区块二、三开漏失量大且复杂时率高,其中八道湾组、白碱滩组、克拉玛依组和乌尔禾组等地层孔隙和裂缝发育,承压能力差,为漏失多发地层;针对现场使用的防漏堵漏材料,提出了新的形貌优化组合以及微米级、毫米级的粒径匹配原则;所构建的SDSZ防漏体系砂床滤失深度较现场体系降低50%左右,SDDL堵漏体系的承压封堵能力可达7 MPa以上,且堵漏剂土酸酸溶率达60%以上。现场应用效果显著,漏失易发井的防漏成功率高达75%,堵漏作业一次堵漏成功率可达80%。研究结果表明,该防漏堵漏体系,可有效解决玛湖油田易漏地层的井漏问题。

节理在不同接触状态下的渗流特性

将取自雅砻江水电站锦屏二期工程施工现场的白色大理岩,采用劈裂法制成张拉性人工节理试件,用TJXW–3D型岩石节理表面形貌仪测量节理的表面形貌,并采用自行编制的表面形貌和组合形貌参数计算软件,分析其用以表征节理表面形貌的节理面二维分形维数,以及用以表征组合形貌的节理内空腔的三维分形维数。对节理面进行错位,以改变其接触状态,然后进行不同接触状态下节理的渗流试验。将试验实测结果与传统的经验公式及各种修正公式的计算值进行比较,发现利用现有经验公式分析试验结果存在较大的偏差。通过对实测数据做进一步分析,发现表征节理表面形貌和组合形貌特征的分形维数也是影响节理渗透率的重要因素之一。综合考虑节理透过率以及表征节理形貌的分形维数等因素对节理渗透特性的影响,得到更为合理的节理渗流经验公式,该公式具有更广阔的应用前景。

节理接触机理与闭合性质研究

介绍了节理闭合试验技术和节理初始开度的测试方法，探讨了节理闭合时非线性和不可恢复变形的机理，研究了节理在不同接触状态下组合形貌的特征和闭合变形性质，得到了能反映节理接触状态和受载历史的包含有节理无量纲初始开度等节理组合形貌参数的法向力－法向变形本构方程．

考虑基体变形的节理闭合变形理论模型

节理的表面形貌对其法向闭合变形有重要影响,对给定的节理而言,接触状态也是影响闭合变形的重要因素,不同接触状态得出的闭合变形曲线差异较大。基于Hertz理论的Greenwood模型不能考虑接触状态对闭合变形的影响,Brown模型引入不同接触状态节理的组合形貌拓展了Greenwood模型。对单个微凸体的弹性分析表明:Greenwood模型与Brown模型均没有考虑基体变形的影响,基于统计理论将考虑基体变形的单微凸体变形模型应用于整个粗糙节理表面得到一个新的节理闭合模型。最后,采用该模型分析处于不同接触状态的节理闭合变形数据并与Brown模型的计算结果进行比较,验证该模型的合理性。

Effect of different casting methods on microstructure and mechanical properties of Mg-10Gd-3Y-0.6Zr alloy

The effects of two different casting methods on the microstructures and mechanical properties of as-cast and T6-cast states of Mg-10Gd-3Y-0.6Zr alloy were studied by using metal mold casting and squeeze casting.The results show that the microstructure of Mg-10Gd-3Y-0.6Zr alloy is mainly composed ofα-Mg primary phase and Mg 24(Gd,Y)5 eutectic phase.The squeeze cast grains are small with a dendrite like morphology,and the tensile strength of the alloy in T6 state can reach 285 MPa.While the metal grains are coarse,the eutectic phases are distributed in the grain boundary,and the tensile strength of the alloy in T6 state is only 250 MPa.

基于正交试验-组合优化的钢-镁车架设计

以某国产SUV车架为研究对象,建立车架的有限元模型,运用OptiStruct对车架进行弯曲、扭转刚度和模态分析,并进行模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成镁合金,得到钢-镁车架。针对钢-镁车架刚度和模态性能的减弱问题,采用拓扑-形貌组合优化方法对部件进行优化设计,提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明,使用镁合金结合拓扑-形貌优化方法,设计的钢-镁车架相比原车架在质量减轻19.0kg的同时,刚度和模态性能得到一定的保证。