国家自然科学基金(41202228)
- 作品数：9 被引量：52H指数：6
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- 带钻孔的致密砂岩试样在劈裂状态下的声发射特征
- 通过对鄂尔多斯盆地致密油气储层的致密砂岩试样进行巴西劈裂实验,获取了岩石破坏过程中的时间-载荷曲线,以及声发射定位事件累计数、声发射定位事件能量随时间的变化曲线,观察岩石破裂的整个过程,分析在岩石破坏过程中声发射特征随加...
- 司凯崔振东郭保华彭增林韩伟歌张建勇
- 关键词：岩石力学声发射致密砂岩
- 文献传递
- 流体注入工程诱发断层活化的风险评估方法被引量：10
- 2018年
- 人类向地球深部要资源和空间的需求与日俱增,增强型地热能开发、二氧化碳地下封存和页岩气开采等深部地质工程活动趋于活跃,但向深部地层注入高压流体有可能导致已有断层活化并诱发低级别有感地震。为了研究该类地震的机理、影响因素、风险评估方法以及应对措施,基于大量文献调研,结合国内外注入流体诱发断层活化的典型工程案例,分析影响断层活化的主要因素及关键评价指标,探讨流体注入诱发断层活化的机理,分析总结流体注入诱发断层活化的评估方法和判别准则,提出了目前研究中存在的问题和亟待突破的研究方向。研究结果表明:(1)断层活化的主控因素是地应力,断层是否活化受地应力状态的控制,当地应力对断层滑移起约束作用时,断层活化的风险相对较低;(2)断层的渗透率、内摩擦角、黏聚力等物理力学性质是断层活化的内因,流体注入速率及注入量是引发断层活化的诱发因素;(3)目前断层活化风险评估方法主要是摩尔—库伦有效应力原理的拓展和延伸,对该评估方法的绝对准确性尚存有疑问,实际运用应根据实际工程地质情况灵活处理、不断改进和创新;(4)目前向深部注入高压流体的新型地质工程领域实践经验不足、研究水平不高,尚有大量问题亟待解决。结论认为,加强监测、科学选址、重视对历史流体注入资料的研究,尽快制定完善地下流体注入规范至关重要。
- 张建勇崔振东崔振东韩伟歌于慧王燚钊
- 关键词：地球深部断层活化影响因素风险评估
- 页岩微纳观断裂的原位观测被引量：7
- 2017年
- 为了准确理解岩石微纳观裂纹起裂、扩展及演化规律,在带有拉伸加载装置的扫描电子显微镜下,对含有预制边缘裂纹的"拱形"页岩试样进行单轴拉伸试验,实时观测预制边缘裂纹尖端部位的微纳观裂纹起裂及扩展过程。在裂纹贯通后,继续原位观测主断裂裂纹边缘次级微纳观分叉裂纹的展布特征。取出样品后,在扫描电子显微镜下观测断口形貌,基于上述显微观测分析了页岩微纳观裂纹扩展的力学过程。研究表明:(1)采用含有预制裂纹的"拱形"试样更易于成功观测到页岩预制裂纹尖端微纳观裂纹的起裂及稳定扩展过程。(2)微纳观裂纹一般从预制裂纹尖端部位萌生、起裂,裂纹的横向伸展与纵向延伸相伴发生,在快速的脆性断裂前,经历短暂的裂纹稳定扩展过程。(3)微纳观次级分叉裂纹一般从主断裂裂纹边缘的天然微裂纹等弱结构面处起裂和扩展,最终在主断裂裂纹边缘区域止裂,或者前缘发生转向并与主断裂裂纹汇合。(4)主断裂面揭露出页岩矿物晶体内部的天然微孔洞和解理面、层片状矿物的层理面以及天然微裂纹,这有利于在微纳观尺度上形成微孔洞和微裂纹网络,为页岩气开采提供有效的微观通道。
- 崔振东刘大安李晓司凯韩伟歌
- 关键词：页岩预制裂纹扫描电子显微镜
- 膨胀土(岩)地区常见铁路路基病害及整治研究被引量：11
- 2014年
- 膨胀土(岩)因含较多的亲水矿物,在干湿循环条件下的胀缩特性易引发各种病害。以某铁路为例,分析膨胀土(岩)路基病害的主要表现形式及形成机理,有针对性地提出技术可行、经济合理的路基病害整治措施。膨胀土(岩)地区路基工点常见病害有基床下沉和翻浆冒泥,边坡冲蚀、溜坍和滑坡等。路基病害整治应分别从基床整治、边坡防护加固和防排水等方面综合考虑。
- 周海
- 关键词：膨胀土(岩)既有铁路路基病害整治
- 不同围压下致密砂岩破裂过程声发射特征研究被引量：8
- 2017年
- 揭示致密砂岩的破裂机制对致密油气储层压裂设计和压裂缝网改造具有重要的指导意义。本文采用鄂尔多斯盆地延长组长6储层致密砂岩试样,开展了不同围压下的常规三轴压缩试验,分析了围压对岩石力学性质的影响。采用声发射定位技术研究了试样破裂过程,分析了不同围压下声发射定位事件的信号特征及其时空演化序列。此外,对破裂后试样进行了CT扫描,基于CT切片图像观测了试样内部破裂特征。得到以下几点认识:(1)不同围压下,声发射时空演化差异主要表现在压密阶段。随着围压的增加,声发射事件主要发生时段后移。(2)围压对声发射特征参数累计振铃计数的影响主要表现在压密阶段,其他阶段累计振铃计数呈相似变化趋势。不同围压下均可将累计振铃计数快速增加的瞬间作为岩石即将破裂的标志。(3)随着围压的增加,岩石破裂形态趋于简单化,由拉张破裂为主的复杂形态逐渐转变为单一的剪切破裂形态。(4)CT扫描切片直观地反映了试样的破裂形态,与声发射定位所得试样整体破裂形态相吻合,并且在声发射定位的基础上进一步刻画了裂纹分布情况与各裂纹相互作用过程。采用声发射定位技术与CT扫描双重方法,研究试样破裂过程,对于深入研究岩石破裂机制具有一定的意义。
- 韩伟歌肖吉崔振东司凯司凯张建勇
- 关键词：致密砂岩声发射三轴压缩CT扫描
- 三点弯曲条件下薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响被引量：4
- 2018年
- 为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定(512 mm×128 mm),分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm。提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律。研究结果表明:(1)薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的。(2)在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果。同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状。(3)在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小。(4)裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主。(5)薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现。到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大。研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据。
- 王燚钊崔振东李明韩伟歌张建勇
- 关键词：层状岩体数值模拟声发射
- 页岩微纳观尺度雁列式断续裂纹的原位观测被引量：8
- 2018年
- 在自然界岩石和工程围岩中,宏观尺度雁列式断续破裂现象较为常见。然而,在微纳观尺度上,是否也存在类似的雁列式断续破裂特征?其扩展与演化过程又是怎样的?这是非常值得探讨的基础科学问题。采用带切槽的弧形页岩试样,在扫描电子显微镜(SEM)下开展原位拉伸与微纳观破裂过程观测试验。基于原位观测分析,获得如下几点认识:(1)在微纳米尺度,依然存在断续破裂现象,呈"S"形或反"S"形雁列式展布,是由裂纹尖端部位拉张-剪切复合应力场及矿物非均质性共同诱导形成的。(2)微纳观雁列式断续裂纹总体展布特征和扩展、演化过程是有规律可循的,相邻微裂纹近似平行展布。对单个裂纹来讲,中间的拉张裂纹近似平行于最大拉张应力方向,而两端翼裂纹转向朝着最大剪切应力方向扩展。(3)微纳观雁列式断续裂纹仅代表着主裂纹路径形成过程中的暂时的剪切变形状态或某个中间扩展阶段。(4)雁列式断续裂纹在微米至纳米尺度上具有多尺度分层级结构特征:相对较大尺度的雁列式断续裂纹包含着更小尺度的次级雁列式断续裂纹。该研究提供了微纳观尺度页岩雁列式破裂的观测证据,为分析页岩多尺度裂纹演化过程提供了重要支撑。
- 崔振东李晓李晓王博楠刘大安张建勇王燚钊
- 关键词：扫描电子显微镜原位拉伸
- 三点弯曲条件下不同层理面强度对裂纹扩展过程的影响被引量：5
- 2019年
- 煤矿、页岩气开采等工程均涉及到层状岩体力学问题,层状岩体的裂纹破裂模式直接决定了工程施工稳定性及能源高效开发利用。为了揭示层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响,利用ABAQUS模拟软件,通过全局嵌入0厚度cohesive单元的方法,创建了与最大主应力方向垂直的层理面,并且基于页岩XRD矿物成份分析结果,利用Python语言对软件进行二次开发,实现了页岩的层理各向异性与矿物颗粒非均质性。通过控制层理面的强度参数,研究了在三点弯曲条件下,层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响。通过MATLAB编程处理模拟结果,实现了加载过程中的声发射(AE)模拟,根据声发射定位图和声发射能量数据,进一步分析了裂纹破裂类型及动态扩展过程。结果表明:层理面抑制了裂纹沿着最大主应力方向扩展,层理面强度越弱抑制效果越强;层理面强度较弱时,裂纹先从层理界面处起裂,产生顺层横向裂纹,阻隔应力波的传递,导致预制裂纹尖端应力场波及范围变小应力集中程度变强;层理面的存在导致裂纹扩展路径复杂,穿层破裂与顺层破裂交替出现,裂纹表现为断续位错式的破裂特征,层理面强度与最大主应力共同决定了裂纹路径;穿层破裂主要沿着最大主应力方向产生,表现为拉张破裂类型,顺层水平迁移裂纹表现为剪切破裂类型;层理面强度越弱,克服顺层破裂所需能量越大,峰值载荷越大;层理面强度与声发射事件数呈负相关性,层理面越弱声发射事件数越多,拉张、剪切破裂越多,顺层裂纹长度越长。
- 韩伟歌崔振东唐铁吾唐铁吾王燚钊
- 关键词：ABAQUS各向异性MATLAB声发射
- 二氧化碳注入砂岩透镜体中裂缝扩展模拟被引量：7
- 2019年
- 二氧化碳地质封存技术是一种减少二氧化碳排放量的有效方式。砂岩透镜体具有良好的储-盖组合,是较为理想的二氧化碳封存场址。砂岩透镜体中注入超临界二氧化碳引起的裂缝萌生、扩展、演化等一系列复杂问题直接决定着封存的安全性。利用ABAQUS数值模拟软件,基于扩展有限元法(XFEM)建立流-固耦合模型,通过将超临界二氧化碳注入砂岩透镜体,观察透镜体内部砂岩储层裂缝破裂过程。数值模拟研究得出结论:在透镜体产状不同的条件下,倾斜透镜体相对于水平透镜体封存能力较差,不适宜进行二氧化碳封存;将二氧化碳以3种不同的流速充注到砂岩透镜体中,流速增加不利于封存的安全性,但是裂缝长度和形态没有发生明显变化;裂缝在扩展过程中裂缝首先变宽成为导流通道,然后变长扩展,裂缝尖端应力先增大达到峰值然后逐渐降低,最终裂缝停止扩展。
- 于慧王昕崔振东韩伟歌张建勇张建勇
- 关键词：二氧化碳地质封存砂岩透镜体
- 基于二维裂缝扩展的二氧化碳注入砂岩透镜体封存模拟
- 2020年
- 为保证砂岩透镜体中超临界二氧化碳封存的安全性,对裂缝萌生、扩展、演化过程进行了研究。建立透镜体地质模型和数值计算模型,分析超临界二氧化碳流体在裂缝中的运移机理;利用ABAQUS数值模拟软件建立流-固耦合模型,进行裂缝扩展模拟。结果表明:在有初始裂缝时,裂缝扩展呈现出长、快、曲的趋势;在无初始裂缝时,裂缝扩展呈现出短、慢、平的趋势;在初始裂缝角度为0°、30°情况下,裂缝的宽度、面积随孔隙水压力的变化较为一致,整体上呈线性递增趋势;在初始裂缝角度为60°情况下,裂缝的扩展主要取决于初始注入点和运移通道的选择。
- 于慧崔振东丁航航姚义庞振忠朱柯
- 关键词：砂岩透镜体二氧化碳封存
