国家杰出青年科学基金(51125017)
- 作品数：25 被引量：431H指数：13
- 相关作者：鞠杨杨永明谢和平高峰孙华飞更多>>
- 相关机构：中国矿业大学（北京）中国矿业大学四川大学更多>>
- 发文基金：国家杰出青年科学基金国家自然科学基金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：建筑科学矿业工程石油与天然气工程理学更多>>
- 土石混合体变形破坏及细观机理研究的进展被引量：24
- 2014年
- 土石混合体是一种特殊的工程地质材料,其非均质、非连续和非线性特征决定了土石混合体变形破坏及细观机理的复杂性,常规岩土力学的试验方法和分析理论难以应用.目前土石混合体变形破坏研究尚不深入,特别是对细观机理以及定量描述方法缺乏足够的认知,未形成系统的实验方法和理论分析体系.从现场原位试验、室内试验、结构模型和数值分析4个方面对国内外近些年来土石混合体研究进展进行综述,分析了目前研究存在的困难与挑战,探讨了未来发展方向.
- 孙华飞鞠杨王晓斐行明旭张钦刚杨永明
- 关键词：土石混合体细观机理
- 页岩气储层改造的体破裂理论与技术构想被引量：29
- 2016年
- 中国页岩气可采储量居世界第一位,但是中国页岩气开发面临气藏赋存条件复杂、地质构造运动剧烈、储层渗透性极低、气藏富集区水资源匮乏等一系列难题,迫切需要创新页岩储层改造的理论和方法,探索适合中国页岩气高效开发的非常规理论与技术.本文简要分析了目前储层压裂改造的主要方法、原理及面临的难题和挑战,提出了储层改造的体破裂理论及技术构想.定义体破裂是三维岩体在载荷作用下,内部孔隙、层理裂隙及人工裂隙互相作用、充分发展和贯穿、并形成新的三维裂隙网络系统这一完整力学过程,是岩体大尺度、多裂隙、高强度的破坏和能量释放的过程.指出页岩三维断裂形态和扩展机理、人工裂隙与结构裂隙相互作用、缝网形态和演化、实现高度体破裂的载荷类型、方式与介质以及真实三维断裂过程的可视化与计算模拟新技术等构建了体破裂力学理论的研究框架.基于早期实验室以及现场实验的探索,提出和分析了实现体破裂的新技术及有待研究的关键科学问题和技术难点.
- 谢和平高峰鞠杨谢凌志杨永明王俊
- 关键词：页岩气储层改造压裂
- 低渗透非均质砂砾岩的三维重构与水压致裂模拟被引量：19
- 2016年
- 运用?CT成像、X射线衍射等方法,构建了考虑砂砾矿物成分与分布特征的非均质砂砾岩的三维重构模型,采用基于连续介质的离散元程序(CDEM)模拟分析了不同水平地应力下砂砾岩水力压裂裂缝的起裂与扩展行为.通过与均质砂岩计算结果的对比,阐述了水平应力比变化和砾石颗粒对砂砾岩压裂裂缝起裂、扩展和空间展布的影响.同时,完成了非均质砂砾岩和均质砂岩物理模型的水力压裂试验,并与数值模拟结果进行了对比.研究表明,砂砾岩的非均质性显著影响压裂裂缝的起裂和扩展行为.相同应力条件下砂砾岩压裂裂缝的起裂压力小于均质砂岩起裂压力,随水平应力比增大两者起裂压力的差异逐渐减小,非均质性强的砂砾岩的起裂压力受水平应力比变化的影响较小.无论非均质砂砾岩或均质砂岩,水平应力比变化均影响压裂裂缝的空间展布和形态.
- 鞠杨杨永明陈佳亮刘鹏戴涛郭迎春ZHENG LianGe
- 关键词：水力压裂砂砾岩
- 储层射孔压裂裂缝起裂与扩展的数值分析被引量：15
- 2016年
- 掌握储层水力压裂裂缝的起裂与扩展规律对非常规油气资源开采和提高采收率至关重要。采用水泥砂浆模拟天然页岩,获得了与页岩基本力学参数和断裂韧性一致的相似材料。运用FRANC3D和ANSYS,模拟分析了不同水平应力比和射孔布置方式对水力压裂起裂和扩展的影响。研究表明:利用FRANC3D+ANSYS可以较好地模拟射孔压裂裂缝的起裂和三维空间中的扩展行为。射孔压裂裂缝的起裂压力随水平应力比的增大而减小。射孔方向与最大水平主应力方向一致时起裂压力较小,射孔方向与最大水平主应力成夹角时,裂缝扩展面扭转并趋向于平行最大水平主应力方向。相对于射孔对称排布和交错排布,射孔线性排布时的起裂压力较小。
- 赵熙戴涛鞠杨胡慧芳杨永明龚文波
- 关键词：水力压裂断裂韧性
- 三轴应力下致密砂岩裂纹展布规律及表征方法被引量：12
- 2014年
- 利用三轴试验机和CT扫描设备,开展了多组不同围压作用下的致密砂岩三轴压缩试验及CT扫描试验,得到了不同三轴应力条件下砂岩破坏裂纹的CT图像;利用图像处理技术和统计学原理提取了裂纹展布的几何形态。引入裂纹的宽度、长度、面积和分形维数等几何参数描述了破坏裂纹的空间形貌,分析了不同围压条件下岩石破坏裂纹面积、长度、宽度和分形维数的分布特征,揭示了围压应力对上述裂纹几何特征的影响规律。研究表明:围压应力对破坏裂纹的面积、长度、宽度和分形等几何特征有显著的影响,低围压条件下,裂纹的面积、长度和宽度都较小,随着围压的增加裂纹的面积、长度和宽度也增大,且概率密度分布函数有了明显的差异;破坏裂纹的分形维数随着围压的增大呈指数递减趋势,低围压条件下裂纹的分形维数大,说明裂纹形态复杂,曲线边界粗糙,产生的小裂纹较多,且相互交错分布,形成的裂纹网络结构占据了整个试件二维横截面图。随着围压的增大,破坏裂纹的分形维数减小,说明裂纹形态趋于规则,小裂纹减少,形成了近似直线的光滑主裂纹。
- 杨永明鞠杨毛灵涛
- 关键词：致密砂岩展布规律CT扫描
- 温度作用对孔隙岩石介质力学性能的影响被引量：10
- 2013年
- 利用模型材料制作了孔隙岩石物理模型,利用CT扫描和统计学原理获得了物理模型内部孔隙数量、孔隙空间位置和孔隙间距等分布特征,通过不同孔隙率物理模型温度作用下的单轴压缩试验,分析了温度作用后孔隙物理模型的抗压强度、弹性模量和泊松比等力学参数与温度和孔隙率之间的关系,运用CT扫描试验探讨了温度作用下孔隙微观结构的演化规律。研究发现:孔隙物理模型与天然孔隙岩石相比具有较好的几何相似性和一致的孔隙结构分布特征;随着作用温度点的升高,同一孔隙率的物理模型的抗压强度基本呈上升趋势,孔隙率的增大减弱了温度对物理模型抗压强度的影响作用;在相同温度条件下,随着孔隙率的增加,物理模型的抗压强度呈下降趋势。随着作用温度点的升高,同一孔隙率的物理模型的弹性模量基本都呈下降趋势;随着温度的升高孔隙率对泊松比的影响逐渐减弱;温度引起物理模型内部孔隙几何形态和孔隙数量的改变是引起宏观力学参数发生变化的主要内因。150℃似乎可以作为温度对孔隙物理模型力学参数影响的一个门槛值。研究成果揭示了温度对岩石宏观力学性能及微观孔隙结构演化规律的影响机理。
- 杨永明鞠杨陈佳亮赵熙
- 关键词：孔隙岩石温度作用力学性能
- 高温作用下活性粉末混凝土(RPC)孔隙结构的分形特征被引量：7
- 2013年
- 为能定量表征温度作用下RPC内部孔隙结构的变化特征,采用压汞测孔法对高温后活性粉末混凝土(RPC)内部的孔隙结构和孔隙的分形特征进行了实验研究。分析了孔隙体积、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律;计算分析了毛细孔和过渡孔等有效孔径区间内RPC的体积分形维数及其随温度的变化规律。研究表明:温度影响下,RPC内部孔隙结构表现出劣化特征,孔隙率、孔隙体积等特征参数明显增大;RPC内部的损伤过程可以采用分形方法去描述,150℃时,RPC初步呈现分形效应,在毛细孔和过渡孔的孔径范围内RPC的体积分形维数整体表现出增大趋势。
- 刘红彬鞠杨孙华飞刘金慧田开培王里葛志顺
- 关键词：高温孔隙结构压汞法
- 三轴应力下致密砂岩的裂纹发育特征与能量机制被引量：30
- 2014年
- 开展致密砂岩三轴压缩试验及CT扫描试验,获得不同围压作用下岩石破坏裂纹的几何形态CT图像;利用图像处理、统计学等方法构建破坏裂纹形态的三维空间模型,分析不同围压对破坏裂纹几何形态和分布特征的影响规律,基于能量理论揭示不同三轴应力下岩石破坏时裂纹扩展的能量机制。研究表明:围压对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征有很大的影响。当围压较低时,破坏裂纹数量众多、形态复杂,最终形成主裂纹和次生裂纹交叉分布的裂纹网络结构;围压较高时,最终形成的破坏主裂纹数量减少,次生裂纹消失,形态复杂的裂纹网络被近似直线的破坏裂纹所取代;围压对岩石破坏裂纹扩展的能量耗散和能量释放特征有显著的影响。随着围压的增加,单位体积内的可释放弹性应变能线性增加,而耗散能则呈线性递减趋势。低围压时破坏裂纹的耗散能较大,从而产生几何形态复杂、数量众多的微裂纹。而高围压时的耗散能较少,产生的破坏裂纹数量减少,几何形态趋于简单化、规则化。
- 杨永明鞠杨陈佳亮高峰
- 关键词：岩石力学三轴应力CT扫描
- RPC高温爆裂的微细观孔隙结构与蒸汽压变化机制的研究被引量：14
- 2013年
- 活性粉末混凝土(RPC)高温下易发生爆裂破坏,升温时RPC微细观孔隙结构与内部蒸汽压的变化与爆裂密切相关.本文采用压汞和SEM方法测试了素RPC200在室温至350°C七个温度水平下的微细观孔隙结构特征,分析了比孔体积、阀值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律.通过自行研制的蒸汽压装置量测并分析了温升过程中素RPC200内部蒸汽压的变化机制.采用"薄壁球"模型定量分析了孔隙内部蒸汽压引发RPC爆裂的力学机理,并给出了球壁任意点的应力随饱和蒸汽压q(T)、球壁特征尺寸K变化的力学计算模型.研究表明:随温度升高,素RPC200的比孔体积、平均孔径、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数明显增大,200°C是阈值孔径和最可几孔径明显增加的门槛温度.单位质量的RPC孔隙体积增大主要来自于过渡孔与毛细孔的数量与体积增加.由于未形成有利于蒸发水逃逸的孔隙通道,快速达到饱和且难以有效释放的内部蒸汽压是导致RPC高温爆裂的直接原因.作者利用"薄壁球"模型给出了对爆裂起控制作用的壁厚范围.
- 鞠杨刘红彬田开培刘金慧王里葛志顺
- 关键词：孔隙结构蒸汽压压汞法
- 基于3D打印技术的岩体复杂结构与应力场的可视化方法被引量：58
- 2014年
- 准确表征与直观显示岩体复杂的内部结构与应力场是解决诸多地下工程问题的基础和关键.本文运用CT成像、三维重构和3D打印技术制备了包含复杂裂隙的天然煤岩模型,借助三维应力冻结和光弹技术,直观定量地显示了单轴压缩载荷作用下复杂裂隙煤岩内部的应力场分布特征.研究表明:通过3D打印技术制备的煤岩模型具有与天然煤岩一致的裂隙结构特征;3D模型的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比等力学性能指标接近于天然裂隙煤岩;在不连续裂隙周边的高应力分布区域以及应力级差等方面,3D模型的实验结果与数值模拟结果具有较好的一致性;该方法能够直观定量地显示不连续不规则裂隙对煤岩的强度、变形以及应力集中区的影响.3D模型打印与应力冻结技术相结合为实现地下岩体内部复杂结构与三维应力场分布的定量表征与可视化,以及印证数值模拟结果提供了新途径.
- 鞠杨谢和平郑泽民卢晋波毛灵涛高峰彭瑞东
- 关键词：裂隙岩体应力场可视化
