不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟

从岩石细观非均匀性的特点出发,提出一个描述非均匀材料渗流和破裂相互作用的数值模型。在这个数值模型中,单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化,以体现材料的随机不均质性,材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流,损伤耦合迭代来实现。算例表明,该模型能较好地模拟出岩石类材料在水力压裂作用下,微结构非均匀分布和不同围压比对破裂模式、失稳压力的影响,非均匀性导致试件的开裂压力、失稳压力明显不同,裂纹扩展路径不规则发展,模拟结果和实验结果较为一致。     

脆性岩石破裂过程损伤与渗流耦合数值模型研究

大量的实验结果表明，脆性岩石的渗透性不是一个常量，而是应力和应力诱发损伤破裂的函数．建立了一个描述非均匀岩石渗流-应力-损伤耦合数学模型(FSD Model)，开发出岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合分析计算系统(F-RFPA^2D)．在该系统中，单元的力学、水力学性质根据统计分布而变化，以体现材料的随机不均质性，材料在开裂破坏过程中流体压力传递通过单元渗流-损伤耦合迭代来实现．该系统能够对岩石试件在孔隙水压力和双轴荷载作用下裂纹的萌生、扩展过程中渗透率演化规律及其渗流-应力耦合机制进行模拟分析．最后，给出两个算例：算例1模拟载荷作用下岩石应力应变-渗透率全过程．模拟结果表明，非均匀性对岩石的应力峰值强度、峰值前后其渗透性演化规律及其破裂机制影响十分明显，模拟结果和实验结果较为一致；算例2模拟孔隙水压力作用下岩石拉伸断裂过程，通过和物理实验对比验证，验证了模型计算结果的可靠性。     

脆性材料破坏过程分析的数值试验方法

文中运用作者新近开发的材料破坏过程分析MFPA2D系统,以岩石、混凝土等非均匀脆性材料的破坏过程分析为例,说明了数值模拟方法给脆性材料破坏理论发展所带来的契机,并简述了MFPA2D在煤层移动、地下工程稳定性、地震孕育机制,以及复合材料破坏问题研究中的应用前景．     

岩石试样弹塑性破裂过程的数值模拟分析

依据岩土类材料的非匀质性特性,并采用对材料参数进行随机赋值的方法研制了弹塑性破裂过程数值分析程序,并用实例证明了程序的可靠性。应用该程序对岩石试样弹塑性破裂过程进行数值模拟研究．分析表明：数值模拟结果与试验研究结果是吻合的。从而为工程岩体断裂分析提出了一种可能的方法与途径。     

对厚水层及多层间隙金属靶平面斜侵彻全物理过程的数值模拟研究

2D平面斜侵彻的数值模拟 ,可再现对应的 3D斜侵彻中最严重非对称受力面内的终点弹道效应 ,并为近似估算 3D斜侵彻等效弹迹及等效扩孔横截面积提供基础数据。利用重新设计和改造的LTZ 2D程序 ,解决了阻抗差异大的多物质厚靶的平面斜侵彻的计算问题 ,得到了定性上合理、定量上适用的结果。     

模拟冻-融过程的热-水-应力耦合模型及数值分析

考虑低温条件下出现水-冰相变并有潜热产生的特点,将所开发的热-水-应力耦合模型及其二维有限元程序作了改进,使之可用于岩土体冻融问题的分析.并以Neaupane等的岩石室内冻一融试验为对象进行了数值模拟,将计算、试验和Neaupane的计算中所得的岩石试样上特定点的温度-时间曲线、温度-径向应变曲线作了对比,看到三者的接近程度较好,同时考察了本计算所得的一个岩石试样中不同时刻的温度、位移及应力分布,得出了若干结论.     

基于混合方法的二维水力压裂数值模拟

水力压裂在页岩气开采中被广泛使用,采用数值方法研究压裂机理具有重要意义.基于连续-非连续单元法(CDEM) 和中心型有限体积法(FVM),提出解决水力压裂流固耦合问题的二维混合数值计算模型.该混合模型中,使用CDEM 求解应力场和裂缝扩展过程,使用FVM 求解裂隙渗流场.应力场裂缝扩展和渗流场均使用显式迭代求解, 并通过相互之间数据交换实现流固耦合.通过与KGD 理论模型进行对比, 验证数值模型的正确性.通过与颗粒离散元数值结果进行对比,验证数值模型的有效性.通过计算复杂缝网压裂模型,研究水力压裂机理,并说明该数值模型在水力压裂模拟中具有很好的前景.      

爆炸载荷下顺层台阶边坡渐进破坏规律数值分析

在连续–非连续单元方法（continuum−discontinuum element method,CDEM）框架中引入了岩体损伤破裂模型及爆生气体绝热膨胀模型,开展了爆炸载荷下顺层台阶边坡渐进破坏过程的数值分析,探讨了爆破距离、结构面产状、结构面强度等因素对边坡顺层结构面破坏特征的影响规律。结果表明,爆破作用下,顺层结构面将发生拉剪复合型破坏,结构面倾角越大、结构面强度越低、爆破距离越小,顺层边坡越容易出现失稳破坏。相较于爆破距离,结构面强度对结构面破裂面积的影响更大,随着结构面强度的增大,破裂面积迅速减小。

     

PROGRESSIVE FRACTURE MODELING OF THE FAILURE WAVE IN IMPACTED GLASS

The failure wave has been observed propagating in glass under impact loading since 1991. It is a continuous fracture zone which may be associated with the damage accumulation process during the propagation of shock waves. A progressive fracture model was proposed to describe the failure wave formation and propagation in shocked glass considering its heterogeneous meso-structures. The original and nucleated microcracks will expand along the pores and other defects with concomitant dilation when shock loading is below the Hugoniot Elastic Limit. The governing equation of the failure wave is characterized by inelastic bulk strain with material damage and fracture. And the inelastic bulk strain consists of dilatant strain from nucleation and expansion of microcracks and condensed strain from the collapse of the original pores. Numerical simulation of the free surface velocity was performed and found in good agreement with planar impact experiments on K9 glass at China Academy of Engineering Physics. And the longitudinal, lateral and shear stress histories upon the arrival of the failure wave were predicted, which present the diminished shear strength and lost spall strength in the failed layer.     

页岩气储层压裂数值模拟技术研究进展

页岩气储层水力压裂数值模拟既要考虑页岩储层岩石的特性,又要兼顾水平井分段压裂施工工艺,是一个非常棘手的力学难题.本文简述了页岩气储层岩石具有的地质力学特征和页岩气储层开发常用的水平井分段压裂技术;详述了扩展有限元、边界元、离散元在水力压裂裂缝模拟上的应用现状,指出了它们在处理裂缝问题的局限性和优越性,总结出边界元三维位移不连续法是模拟多裂缝扩展的有效方法.     

AN ADAPTIVE FINITE ELEMENT SCHEME FOR HYDRAULIC FRACTURING WITH PROPPANT TRANSPORT

A mathematical model and adaptive finite element scheme are developed for describing the distribution of proppant in a propagating hydraulic fracture. The governing equation for proppant concentration is derived by applying the conservation law of mass to the proppant and to the proppant-laden fluid. Shah's empirical equation, which relates the proppant concentration and the indices of the non-Newtonian fluid, is used to describe the proppant-laden fluid. The proppant distribution inside a hydraulic fracture can then be obtained by solving the proppant concentration equation together with the governing equations of fluid and elasticity for a hydraulic fracturing. A novel moving grid scheme is developed that combines grid point insertion with redistribution. Four examples corresponding to different in situ stress distributions are computed to demonstrate the scheme. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

疏松砂岩水力压裂裂缝形态研究综述

疏松砂岩水力压裂裂缝的典型特征是大量分支缝、微裂缝和一定钝度的裂缝尖端及剪切带的形成等. 主要通过对相关文献的调研,分析了剪切作用、拉伸作用等对裂缝形态特征（起裂、转向、延伸）等力学行为所产生的影响,通过针对一些疏松砂岩的压裂实验研究发现,其滤失过程主要受到缝尖区域的影响,而且滤失一般发生在裂缝扩展之前. 裂缝缝尖周围的局部应力往往是影响裂缝起裂和裂缝开度的主导参数,裂缝的形态特征则是应力、渗透率、流态等综合作用的结果,对疏松砂岩裂缝形态特征的形成做了进一步的解释.     

非匀质材料弹塑性破裂过程的数值模拟研究

阐述了岩土类材料的非匀质特性, 根据这种特性提出了对材料参数进行随机赋值的方法. 为了对非匀质类材料的弹塑性破裂过程进行数值模拟研究,必须在有限元计算中实现材料的参数随机赋值.还给出了实例------平面应力状态下试样的弹塑性破裂过程的数值模拟分析.     

岩石声发射Kaiser效应的数值模拟试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统,对岩石破裂过程中声发射Kaiser效应进行了数值模拟试验研究,得到了与物理试验现象十分吻合的模拟结果。     

材料破坏过程中应力分布的数值光弹图

介绍应用材料破坏过程分析(MFPA)系统进行材料破坏过程应力场分析的“数值光弹”方法. 给出了几种材料试样在外部载荷作用下变形或破坏时的内部应力分布条纹图. 结果表明(MFPA)系统为研究材料破坏过程中的应力分布提供了一种简单易行的分析方法.