页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

复杂地质条件下顶拱大型不稳定块体分析与预测

锦屏一级水电站2#尾水调压室所处位置地质条件复杂,在桩号0+320°~0+360°和0+0°~0+120°之间开挖时局部掉块严重。本文综合分析后,提出了2#尾调室顶拱未开挖域产生大型不稳定块体的必要条件是：(1)由节理①④F183组结构面和开挖临空面切割产生;(2)块体大小主要取决于节理组①和④的延伸长度;(3)较大不稳定块体的产生区域,必然位于F18断层带下盘。对2#尾调室顶拱进行搜索预测,预测结果表明该潜在块体位于未开挖区域桩号0+180°～0+260°之间,规模约为50m3,重达133.5t。根据块体理论分析,其稳定性系数为1.052,处于临界状态,应采取相应的应急支护补强措施。     

基于GSI的锦屏地下厂房岩体参数研究

工程开挖卸荷后岩体参数研究一直是工程界关注的焦点,是稳定性评价的基础性工作。本文以锦屏地下厂房开挖工程为背景,通过对上下游边墙不同桩号段开挖揭露的岩体进行工程地质岩组划分,进行了开挖后岩体质量评价并对其进行分类,通过在GSI(Geological Strength Index)评价体系中引入Jv(节理数/m³),使评价体系相对合理化,经回归分析,对不同风化程度的岩体进行了力学参数求解,发现内聚力及内摩擦角的计算值与建议值吻合较好。     

交叉隧道塑性区分布规律、成因及支护探讨

在既有隧道区间上方近距离进行新车站的施工,是地下工程研究中难度较大的问题。本文运用数值模拟方法对北京市地铁五号线东单站上跨地铁一号线,采用浅埋暗挖法施工过程中隧道塑性区分布问题进行了研究,得出在杂填土、砂土、粘土互层条件下大跨度车站底板受既有线存在的影响其塑性区基本以车站轴线为对称轴的矩形分布、既有隧道区间塑性区不同部位的变化幅度,其中以两侧壁最大,并进行了锚杆支护模拟,保证了土体的稳定。