基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10000 m^(3)。

基于RFPA^(3D)不同加载方法的边坡渐进破坏分析

以锦屏一级左岸边坡为例,建立简化、含软弱结构面的三维地质模型,采用RFPA^(3D)基于离心加载法(Centrifuge)和强度折减法(SRM)模拟边坡渐进破坏过程,通过再现边坡渐进破坏过程,探讨RFPA^(3D)不同加载方法在边坡稳定性分析中的适用性。模拟结果显示:与FLAC、离散元等有限元数值计算方法相比,RFPA^(3D)模拟的边坡渐进破坏过程更加简单直观高效;渐进破坏过程分析表明,在自然工况下左岸煌斑岩脉X、断层F5、F8、F2是控制边坡整体破坏模式的关键因素,在进行边坡开挖时应予以重点关注。稳定性分析表明,采用Centrifuge法计算得到的边坡安全系数为1.75,比采用SRM法计算得到的安全系数1.52高,且Centrifuge法模拟得到的边坡破坏模式与实际工程勘察结果更为一致;因此,分析边坡破坏模式时,推荐采用RFPA-Centrifuge法。

多孔材料的孔结构对其力学性能及破裂机制的影响

针对多孔材料的孔结构对其宏观力学性能及其破裂机制与耐久性的影响,对两种不同孔结构的多孔材料进行了单轴压缩和冻融循环试验,建立了能反映材料内部孔隙结构的三维非均匀数值模型,对两种多孔材料在单轴压缩下的破裂机制进行了分析.实验结果表明:孔结构对于金尾矿多孔材料的力学性能有显著影响.较大的孔隙率除会显著降低材料的抗压强度外,吸能性能会显著增加;在±25℃范围内冻融循环10次条件下的试验结果表明,当金尾矿多孔材料的孔隙率较小且为闭孔结构时,孔洞因冻融造成的孔壁颗粒脱落填塞而造成材料的抗冻性能有所提高;孔隙率较小时,金尾矿多孔材料在单轴压缩下的裂纹扩展主要从试件两端向试件中部扩展贯通为一条连续主拉裂纹,次生裂纹较少;而孔隙率较大时,压缩过程会出现大量微裂纹,最终主裂纹附近会伴随大量次生裂纹.

黑山铁矿挂帮矿回采对西加固边坡岩体的扰动模式

黑山铁矿处于露天转地下开采阶段,该矿西帮为加固帮,挂帮矿体厚大,回采主要采用无底柱分段崩落法。能够顺利诱导顶板围岩冒落形成覆盖层,探明岩体边坡的失稳滑坡模式是矿山需解决的问题。为此,根据现场原位试验得到岩石的点荷载强度指标,利用三维不接触结构面测量Shape Metrix 3D系统对黑山铁矿西帮边坡结构面进行扫描处理,根据广义的Hoek-Brown计算准则得到边坡岩体的强度参数指标,通过建立RFPA数值模型,研究了西帮矿体回采对边坡岩体的扰动规律,定性给出了边坡的滑坡模式,为黑山铁矿露天转地下安全生产提供了依据。

泥—砂互层地层水压致裂过程的三维数值分析

在油气田开采工程中,水压致裂技术已经成为油气开采、低渗透油藏增产的主要技术措施。基于RFPA3D并行计算程序,建立了泥—砂岩互层条件下水力压裂的大规模计算模型。数值计算结果表明:拉应力在水力裂纹的形成、发展、延伸和贯通过程中都起到了至关重要的作用,即两种情况下的水力裂纹都是张拉型的;水力压裂破裂面总是在最大主应力面内,并且垂直于最小主应力方向;岩石破裂过程具有声发射特征,同样在水力压裂过程中,声发射可以用来衡量水力裂纹发生扩展的部位和能量的大小。在泥砂互层条件下,由于泥岩的残余强度较砂岩高,在受拉状态下岩石仍保持一定的强度,可压性要比砂岩低,因此在压裂过程中,需要采取相应的缝高控制技术,以增大裂缝长度。

龙游石窟5号洞室的破坏机理研究"

龙游大型古地下工程洞室群具有大跨度、超浅埋的特点,其独特的结构形式和高超的施工工艺是我国古人智慧和创造力的结晶,也是世界地下空间开发利用的一大奇迹。已对外开放的5号洞室多处出现了开裂,且裂缝不断扩展。为了深入了解石窟围岩的破坏机理,为石窟的保护工作提供理论依据,基于三维地质扫描技术建立5号洞室的几何模型,利用RFPA-3D数值计算软件,对构成5号洞室的顶板、岩柱、洞口围岩的应力场分布规律以及变形破坏特征进行分析。研究发现,在洞口顶板产生拉伸裂缝,岩柱产生压剪裂缝。数值模拟结果中洞室顶板和岩柱的裂缝分布情况与现场调查结果吻合较好。研究结果可为5号洞室围岩力学行为的科学分析、预测及石窟的保护等提供依据。