大直径盾构隧道中隔墙顶裂缝模式及扩展机制研究

为揭示盾构隧道中隔墙顶部混凝土开裂机制,依托南京地铁某大直径盾构隧道区间,采用现场调研和扩展有限元分析相结合的方法,对隧道中隔墙顶部混凝土裂缝模式、分布特征以及开裂过程开展研究。结果表明:1)区间内中隔墙顶部出现96处裂缝,模式包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Y型和Z型,其中Y型和Z型裂缝是Ⅰ型裂缝的亚类型。2)裂缝起裂于烟道板水平向差异位移施加的对侧,Ⅰ型和Ⅱ型裂缝的长度和末端宽度发展曲线呈现3阶段变化特征;裂缝末端宽度与长度之间为非线性关系,250 mm和225 mm是Ⅰ型和Ⅱ型裂缝末端宽度快速增长的临界裂缝长度。3)Ⅱ型裂缝中,同一工况下2条裂缝的扩展曲线基本吻合,板缝间距对曲线各阶段长度与斜率影响较大;Ⅲ型裂缝中,首条裂缝扩展过程与Ⅰ型和Ⅱ型裂缝基本一致,其余2条裂缝的扩展均具有明显的脆性特征。

基于黄金分割率模型的钢筋混凝土梁桥裂缝模式研究

从新的视角出发,引入黄金分割率来评价钢筋混凝土梁桥的裂缝分布模式。基于混凝土"单筋张拉模型"并编写程序来预测混凝土开裂后裂缝宽度和间距,结合模型实验和数值模拟验证了参数的准确性。研究结果表明:采用黄金分割率来剖析钢筋混凝土梁的裂缝分布具有深刻的物理意义,研究结果也揭示了混凝土梁裂缝间距具有尺寸效应,该方法的重要意义在于可以通过缩尺模型来预测大型桥梁的裂缝分布模式,对于评价混凝土梁桥的安全性有指导作用。

裂缝性砂岩油藏裂缝发育模式及注采调整研究——以码头庄油田庄2断块为例

码头庄油田庄2断块为裂缝性砂岩油藏，通过对近年密闭取心井岩心以及研究区老井岩心的观察，裂缝分为原生裂缝和压裂缝两种，原生裂缝又可分为高角度缝和水平缝，高角度缝规模较大、穿层性明显，高角度裂缝为构造应力释放形成的构造裂缝；水平缝规模小，但往往集中出现，呈层性分布；研究区发育了一套以高角度裂缝为骨架、由原生裂缝和压裂缝穿插形成的复杂裂缝体系。通过取心实验分析，认为在裂缝上、下1～2m范围内水洗明显，无裂缝发育段剩余油饱和度较高，研究区仍有较大的潜力。根据研究成果在研究区优化实施了周期注水、关停井两种试验措施，均取得了较好的开发效果。

红车断裂带石炭系构造特征及裂缝发育模式

红车断裂带位于准噶尔盆地西北缘,受多期构造运动影响,石炭系发育多条南北向大型逆冲断裂和自东向西抬起的断阶带,不同的构造运动阶段形成了与区域构造相匹配的裂缝系统。利用构造解析方法,对红车断裂带石炭系构造演化历史及构造特征进行分析,并以此为基础,探讨了不同构造运动阶段裂缝的发育模式。对构造及断裂发育模式的研究将有助于该区油气勘探开发工作的进一步开展。

克拉苏构造带盐下超深层储层裂缝组合模式及分布规律

克拉苏构造带盐下超深层储层属于裂缝性低孔砂岩储层,构造裂缝普遍发育,分布复杂且对单井产量影响较大。目前针对该地区储层裂缝的研究已投入大量的工作,主要体现在裂缝的描述、表征和预测等方面,但由于该地区地震资料分辨率低、岩心资料少、成像测井多解性强,裂缝的研究受到一定程度的限制,生产中仅应用了裂缝密度、开度等统计数据。笔者综合野外露头、岩心和测井等资料,从裂缝组合的角度出发,系统开展了该地区储层裂缝及其组合特征研究。发现构造裂缝存在主次之分,主裂缝规模相对较大,一般垂直于地层,多为张性或张剪性,次级裂缝一般是主裂缝的伴生缝。裂缝之间存在多种接触关系,主要表现为"T"、"λ"、"y"、"τ"字等形状。依据裂缝之间的排列接触关系,建立了该地区储层裂缝四种组合模式,即"平行状"、"扫帚状"、"调节状"、"雁列状"。结合各裂缝组合成因的差异和断背斜形成过程中的构造演化过程,划分了裂缝组合平面三类成因区,即调节成因区、褶皱成因区、断裂成因区,与之对应的是高产井部署的一类区、二类区、三类区。

川南泸州地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩裂缝发育模式及意义

通过岩心、电成像测井及常规测井等资料,对川南泸州地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩地层开展了电成像测井图像上的裂缝类型及组合特征、裂缝信息提取、裂缝发育模式等研究,分析了不同裂缝发育模式的声波测井响应及对后期压裂改造的影响。研究结果表明:(1)川南泸州地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩随地层深度增加裂缝倾角逐渐减小、构造裂缝种类复杂程度逐渐降低,离构造活动强烈带较近的井靶体段可见明显的中、高角度构造裂缝发育。(2)按照构造裂缝和层理发育的关系,可将研究区裂缝发育模式分为构造裂缝与层理混合发育型、中密度层理型、紧密层理型、强构造裂缝弱层理型、大尺度构造裂缝型、致密型等6种,其中构造裂缝与层理混合发育型和中密度层理型是压裂的优选类型。(3)引入L曲线(σ=k/n,k为常数,σ为平均开度,n为层理条数),σ和n值的范围能够有效表征构造裂缝和层理的相对发育程度,从而可在坐标系内对不同裂缝发育模式进行划分与识别。(4)不同裂缝发育模式在纵、横波时差和岩石力学性质方面具有一定差异:构造裂缝与层理混合发育型和强构造裂缝弱层理型的纵波时差小于中密度层理型和紧密层理型,中密度层理型的抗剪强度小于紧密层理型。

F_n指标法在建立保靖复式构造裂缝分布模式中的应用

复式构造裂缝分布模式和裂缝密集带的预测是油气勘探中的难点和关键技术 .本文在地质模型、数学模型和力学模型的基础上 ,提出了 Fn 指标法 ,建立了模拟复式构造裂缝分布模式的方法 ,直接预测了复式构造裂缝密集带 .并对保靖复式构造横剖面的裂缝分布模式进行 Fn 指标法的实际应用 ,得出本区最有利的油气圈闭构造为腾家湾背斜裂缝带 ,解决了最大剪应力法难以解决的问题 .

白云凹陷西南潜山储层发育条件及裂缝预测技术研究

惠州26-6潜山勘探的成功,表明珠江口盆地具备潜山勘探潜力。白云凹陷西南基底在中生代为陆源岩浆弧,与惠州26-6基岩潜山具备相似的构造背景,已钻井钻遇岩性以花岗岩为主,具备潜山发育的物质基础。通过岩性分析、构造演化史、断裂活动期次分析明确潜山储层发育的主控因素,潜山岩性以脆性花岗岩为主,受多期构造运动的影响具备构造裂缝发育及后期活化的条件。基岩潜山经历长时间风化暴露剥蚀,多期构造裂缝为风化淋滤提供了通道,具备形成风化型储层的发育条件。建立早期挤压褶皱裂缝、晚期伸展断裂诱导裂缝的裂缝发育模式,在地质模型指导下,通过3Dmove软件实现构造裂缝的离散建模,形成一套离散裂缝的预测技术。研究表明,目标区基底以断裂诱导缝为主,潜山内幕裂缝更为发育,发育褶皱和断层相关裂缝的复合裂缝体系,具备更好的储层物性。

高桩承台裂缝有限元分析

高桩承台结构的裂缝验算,各国现行规范均按简化方法处理。结合某桥设计实践,为全面了解该桥高桩承台结构的开裂荷载及受力后台身裂缝开展的情况,采用分布式裂缝模式,对高桩承台的裂缝开展进行了模拟。分析结果显示,高桩承台桩顶处反力集中现象较为突出,裂缝的开展有明显的规律性,建议在此类结构的设计中采取相应工程措施来消除桩顶的应力集中以约束裂缝的开展。

砂泥岩互层裂缝发育的地层厚度效应

为了研究砂泥岩互层型地层的厚度效应对裂缝发育的影响,塔里木盆地库车坳陷克深气田辫状河三角洲前缘砂泥岩互层型储集层为例,分析了裂缝发育机制,应用数值模拟方法计算了不同厚度砂泥岩互层型地层裂缝的密度、开度和孔隙度,提出了6种砂泥岩组合的裂缝发育模式。数值模拟结果显示,砂岩、泥岩单层厚度越薄,越容易产生裂缝,砂泥岩互层型地层裂缝发育还受到岩层厚度的影响。在相同应力条件下,中、厚层（1.5-10.0 m）砂岩可以产生开度大和延伸长的裂缝,裂缝能够延伸至或刺穿泥岩层;薄层（小于1.5 m）砂岩裂缝规模小,对泥岩影响较弱。泥岩厚度相同时,与其组合的砂岩厚度越大,泥岩越容易产生裂缝。当泥岩厚度小于1.0 m时,泥岩受力后自身就容易破裂而产生裂缝。在构造变形相似的区域,辫状河三角洲前缘水下分流河道裂缝孔隙度高,连通性好,可以形成良好的储集层;其次为河口坝;远砂坝和席状砂以及水下分流河道间砂体裂缝孔隙度较低,且裂缝连通性差,难以成为有利储集层。泥岩厚度大于1.0 m且与泥岩组合的砂岩厚度小于5.5 m时,可以成为隔夹层,对油气起到封隔作用。

异常高压碳酸岩油藏水力破裂缝成因

从水力破裂缝形成机理和条件入手,分析水力破裂缝形成的潜在原因。以某异常高压油田为例,通过对构造演化史进行研究,确定了该油田具有水力破裂缝形成的条件。对岩心照片观察结果表明,该油田存在水力破裂缝,其形成方式主要分为:重新开启缝、后期延伸缝及新形成缝;这三类裂缝主要分布在渗透率较低的隔夹层,形成的水力破裂缝可大大改善储层渗流能力,形成高产储层。

含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形态及影响要素

随着煤矿开采深度向千米级发展以及大采高特大采高技术的研发应用,大空间远场坚硬顶板问题突出,其结构失稳显著影响工作面矿压以及工作面临空侧巷道变形。地面钻井水力压裂是治理远场坚硬顶板的防治措施之一,但是水压裂缝形貌受地应力控制、形态单一,难以达到顶板“横切纵断”目标,限制了其弱化远场坚硬顶板的效能。因此,基于试验和理论分析开展了含径向水力割缝钻孔导向压裂形成“横切纵断”裂缝的研究,揭示了水力压裂裂缝和导向裂缝的竞争扩展规律,建立了基于Iwrin等效模型的割缝导向起裂扩展模型、钻孔裸眼起裂扩展模型以及钻孔割缝压裂裂缝起裂模式判定准则,探究了塑性区临界特征长度、割缝半径、钻孔半径、埋深对于裂缝起裂模式的影响。研究结果表明:含径向水力割缝钻孔导向压裂存在3种裂缝形貌:“横切”型单一主裂缝、“纵断”型单一主裂缝、“横切纵断”复合型裂缝网络;割缝塑性区特征长度和钻孔塑性区特征长度与流体压力均呈正相关关系,形成“横切纵断”复合型裂缝网络对应的塑性区临界特征长度随割缝半径的增大而增大,但是随钻孔半径的增大而减小;储层埋深对含径向水力割缝钻孔导向压裂裂缝形貌存在显著影响,随着埋深增加,裂缝形貌逐渐由“横切”型单一主裂缝向“横切纵断”复合型裂缝网络和“纵断”型单一主裂缝演变。特定埋深下,可以通过设计调整钻孔半径和割缝半径以使得钻孔塑性区长度和割缝塑性区长度同时达到塑性区临界长度,形成“横切纵断”复合型裂缝模式。

弯曲荷载作用下PP-ECC梁裂缝发展规律试验研究

本文通过四点弯曲试验,研究PP-ECC梁在弯曲荷载作用下的裂缝发展规律,并与RC梁进行对比.研究结果表明:新裂缝的产生几乎贯穿了PP-ECC梁的整个加载阶段,并且在极限阶段呈现出多条主裂缝共同发展的破坏状态,同时,裂缝的发展模式以及发展形态也更为多元化.而RC梁表面不再有新裂缝产生,在加载后期则会出现单条较为明显的主裂缝;相同配筋率下,PP-ECC梁破坏时产生的裂缝数量远高于RC梁,裂缝数量增长率分别为420%和780%,并且随着配筋率的提高,RC梁与PP-ECC梁受拉区产生的裂缝数量逐渐减小;RC梁受拉区底部裂缝的延伸率达到了100%,而PP-ECC梁底部受拉区裂缝的延伸率则随着配筋率的提高而逐渐提高,平均延伸率为66.83%,远低于RC梁,较低的裂缝延伸率说明了PP-ECC梁具备比RC梁更好的受拉区裂缝控制能力.PP-ECC梁的最大裂缝宽度远小于RC梁,其最大裂缝宽度分别为RC梁试件的35.3%和38.5%,主裂缝的宽度随着加载级别的提升而呈现出近线性发展规律,PP-ECC梁的主裂缝的发展更为均匀稳定,并且随着配筋率的提高,RC梁与PPECC梁的最大裂缝宽度不断增大;PP-ECC梁裂缝最大延伸高度小于相同配筋率下RC梁的裂缝最大延伸高度,同时,加载过程中,PP-ECC梁的主裂缝宽度和裂缝数量发展以及主裂缝延伸高度和开裂宽度发展均体现出较高的一致性和同步性.

中国、美国、欧洲混凝土规范的裂缝宽度计算

运用国内外钢筋混凝土受弯构件的短期裂缝宽度试验资料,从计算方法、计算参数及计算精度3个方面对中国、美国、欧洲混凝土规范的裂缝宽度计算模式进行了比较分析.在此基础上,结合我国规范的裂缝宽度计算模式,提出了钢筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算的建议公式.结果表明,建议公式计算值与实测值符合得更好.

腰英台油田青山口组致密砂岩储层构造裂缝特征及形成期次

通过岩芯构造缝的交切关系、流体包裹体均一温度测试、岩石声发射试验,并结合研究区的区域构造演化背景对裂缝的形成期次进行分析。

页岩结构面原位剪切特性及裂缝扩展试验研究

针对次生断裂构造挤压形成倾角差异的外倾单斜页岩,通过原位直接剪切试验,研究页岩结构面抗剪强度特性与裂缝扩展模式。试验结果表明:页岩结构面剪切应力与剪切位移曲线具有明显的阶段性,当结构面倾角处于24°~30°时,岩体存在峰值强度与残余强度阶段,当结构面倾角处于30°~38°时,岩体处于无残余强度阶段;页岩压剪裂缝扩展形态主要有4种,即沿单一层面开启的单裂缝、沿多个层面开启的裂缝网、贯穿基质体的转向裂缝,以及沿天然裂缝尖端开启的裂缝;胶结较弱的结构面易形成裂缝,岩层薄弱处易发生裂缝方向转向并形成贯穿多个层面的"台阶状"裂缝网,在主裂缝周边会产生定向排列的"雁列式"裂缝,进一步扩展与结构面贯通,使得岩体形成多条贯通性裂缝;页岩结构面压剪试验裂缝贯通模式为结构面剪切贯通裂缝、基质体张拉贯通裂缝、天然裂缝处张拉贯通裂缝、拉剪复合型贯通裂缝。研究成果有利于进一步认识倾斜岩层层面剪切力学特性,为顺层岩质边坡稳定性评价提供参数。

超深层气藏裂缝发育模式及水侵规律——以塔里木盆地克深2、9、8气藏为例

裂缝发育程度是塔里木盆地超深层气藏高产及水侵主控因素,但针对不同气藏间裂缝发育模式划分及不同模式下水侵规律研究较少。为此,以塔里木盆地超深层气藏典型代表克深2、9、8气藏为主要研究对象,基于野外露头、岩心观察、成像测井、泥浆漏失、试井解释、生产动态等资料,结合水侵物理模拟实验及气藏开发实践验证,系统研究了不同气藏裂缝发育模式及水侵规律。结果表明:①克深2、9、8气藏分别发育方向型、过渡型、缝网型3种裂缝模式,裂缝发育程度、分布均匀性、连续性逐渐增高;②克深2、9、8气藏主要发育EW向高角度构造裂缝,裂缝规模、有效性、物性、无阻流量、泥浆漏失量等裂缝定量表征静动态参数均值及其井间差异程度依次增高;③气水分布主要受裂缝发育模式控制,克深2、9、8气藏气水分异程度逐渐增高,分别对应厚气水过渡带、薄气水过渡带、正常气水分异3种气水分布模式;④裂缝发育模式决定水侵速度和采收率,方向型克深2气藏非均匀水侵速度快,物理模拟水驱气效率低,气藏最终采收率低,缝网型克深8气藏水侵规律反之,过渡型克深9气藏表现居中。研究成果可为气藏全生命周期控水开发提高采收率技术的形成提供理论模型和地质指导。

塔里木盆地克拉苏构造带超深层储层裂缝发育模式及开发意义

塔里木盆地克拉苏大气区是我国“西气东输”的重要战略气源地,构造裂缝对油气井高产稳产具有控制作用,但分布规律认识仍不明确.通过露头区激光雷达扫描、岩心及井下电成像,结合铸体薄片、激光共聚焦、CT扫描、碳氧同位素分析、阴极发光等实验方法,开展了裂缝成因机制分析及开发策略总结.认识到克拉苏大气区整体发育4类典型构造变形样式、3种构造裂缝类型、3类微裂缝与基质孔喉配置关系.该区构造裂缝具有“疏密相间、成簇分布”的特征,裂缝带宽度为2~6.5 km;自北向南,采取垂直裂缝优势走向钻进大斜度井并采取差异化改造措施,可提高有效缝网的钻遇率及规避底水上侵.

层理方位对页岩断裂性能与裂缝延展模式的影响

对层理与试样底面夹角θ为0°、30°、45°、60°、90°的四川盆地海相页岩SCB试样实施三点弯加载,获取试样在三点弯加载条件下载荷-位移关系和临界断裂荷载,并计算页岩断裂韧度K_(IC)和断裂功,结合页岩储层压裂实践,探讨了层理方位对压裂裂缝曲折度的影响模式。研究表明:(1)随θ增大,页岩试样断裂韧度呈递减趋势,K_(IC)均值由1.88降至0.43 MPa·m^(0.5),层理方位对页岩断裂性能具有显著控制;(2)三点弯加载下页岩试样载荷-位移曲线包括加载初期缺陷压缩、弹性压缩变形及破裂卸载阶段。载荷增大到临界断裂荷载后页岩试样瞬时破坏,反映研究区页岩脆性显著;(3)按断裂力学机制,本次试验页岩断裂形式包括张性断裂和剪切断裂2种,按裂缝曲折度分为平直裂缝与曲折裂缝,当θ<45°时,页岩裂缝延展受加载方向和层理综合影响,易形成复杂曲折裂缝网络,反之θ≥45°时,则形成沿层理方向的单一平直裂缝;(4)页岩断裂功与页岩断裂韧度间具有较好的线性相关性,表明页岩断裂性能能够影响裂缝的延展路径选择;(5)选择大角度相交层理方向实施射孔或预切缝,使压裂裂缝沿该方向开裂扩展,能够最大程度营造压裂裂缝网络,提升页岩储层压裂改造效率。

高家堡矿井煤层顶板原生裂缝带分布

高家堡矿井严重的水害威胁与煤层顶板原生裂缝带的分布密切相关。依据三维地震数据及首采工作面生产及水害治理情况,在应用多属性融合技术预测原生裂缝带分布的基础上,建立原生裂缝带分布模式,分析不同分布模式下原生裂缝带对形成水害威胁的影响,利用裂缝预测成果确定工作面回采发生突水水害威胁的潜在区域,为矿井水害防治工作提供依据。