盐岩夹层蠕变特性实验研究与理论分析

通过对湖北应城盐岩夹层160 d的单轴压缩蠕变试验研究,可知湖北应城盐岩夹层具有良好的蠕变特性,盐岩夹层蠕变来自两部分,一部分为盐岩蠕变,另一部分来自夹层蠕变,且纯盐岩蠕变率高于夹层,横向应变率大于夹层。根据试验结果,拟合试验曲线得出了盐岩夹层蠕变经验公式,由最小二乘法得到盐岩夹层蠕变经验公式拟合参数;并分析了曲线特征,建立了盐岩夹层蠕变理论模型,得出了盐岩夹层的粘弹塑性本构方程,为盐岩矿床油气储库的稳定性分析提供了依据。     

盐岩时效特性实验研究与理论分析

通过对盐岩单轴、三轴的强度与蠕变实验结果的分析,研究了应力状态对盐岩的强度及其时间相关性特征的影响。分析结果表明:盐岩是一种软岩,围压对盐岩力学性质影响较大;盐岩稳态蠕变率是应力状态的函数。通过实验获得的蠕变曲线和岩石参数,回归出了盐岩的蠕变本构方程,结果表明该方程能较好的模拟实验结果。     

盐岩层大位移井蠕变规律影响因素分析

中东油田碳酸盐岩上方往往覆盖着巨厚盐岩层,在应力作用下会发生蠕变造成缩径,大位移钻井时容易出现钻具卡钻事故。现有的盐岩层蠕变分析模型或者是基于二维平面模型,或者是利用有限元进行数值模拟,缺少定向井三维蠕变解析模型,不利于表征盐岩层蠕变规律和影响因素之间的关系。在黏弹性理论的基础上,采用开尔文-沃伊特蠕变模型,结合直角坐标系和圆柱坐标系下斜井井壁应力公式,推导了大位移井三维蠕变解析表达式。利用此解析模型,定量分析了盐岩层在不同钻井液密度、蠕变时间、方位角以及井斜角下的蠕变规律,对现场大位移钻井成功钻穿盐岩层提供了指导作用。     

不同加载路径下盐岩蠕变特性试验

为了研究加载路径对盐岩蠕变特性的影响,利用RLW-2000岩石流变试验机对盐岩试件进行了3种不同加载路径的蠕变试验,分析了盐岩在不同加载路径下的蠕变变形规律。结果表明,在恒围压、分级增加轴压加载路径下,随着轴向应力增加,盐岩瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率均逐渐增大,衰减蠕变阶段持续的时间也逐渐延长;在恒轴压、分级卸围压加载路径下,当围压小于某个特定值时,围压的变化对盐岩蠕变特性产生一定的影响,当围压高于该值时,盐岩的蠕变特性似乎与围压无关,且从试验结果来看,该值应在4 MPa以上;在恒轴压、循环围压加载路径下,围压及其循环周期对盐岩蠕变特性的影响非常大,降围压阶段盐岩蠕变速率明显高于升围压阶段,且围压循环周期越小,降围压阶段蠕变速率与升围压阶段蠕变速率的比值越大,周期越大,该比值越小。     

盐岩地层中蠕变对石油套管强度的影响

采用常蠕变速率假定,研究了盐岩地层中石油套管的长期蠕变变形和强度问题。结合具体实例,考虑套管本身及盐岩地层的蠕变,给出了石油套管轴对称平面应变问题变形与强度的计算方法,并用有限元方法进行了比较验证。分析了套管壁厚及岩层特性等主要因素对套管强度的影响。为石油套管的强度设计和寿命预测提供了参考理论。     

层状盐岩力学特性与蠕变机理研究

对层状盐岩力学特性进行实验与分析,获取相应的力学特征参数,是盐岩地下溶腔蠕变特性数值模拟的必要步骤,是数值计算中力学模型的组成要素。本文通过单轴压缩、三轴压缩和压缩蠕变等实验,获取层状盐岩短期强度特性和长期蠕变特性的力学特征参数,为盐岩蠕变模拟提供必要的参数支持。在此基础上,本文对层状盐岩蠕变机理进行分析,并将对盐岩蠕变率方程进行解析,为构建盐岩蠕变本构模型作铺垫。     

含杂质盐岩典型蠕变模型的参数识别与对比分析

通过分级加载蠕变试验,测定了两组成分相近、杂质随机分布的盐岩蠕变数据。基于一组试验数据,对目前常用的几种盐岩蠕变模型,Bailey-Norton模型、伯格斯(Burgers)模型、西原模型和分数阶蠕变模型蠕变模型参数进行参数识别,并采用识别的参数计算另一组的蠕变变形,对比分析各个模型在描述含杂质岩盐蠕变变形方面的适用性。结果表明:分数阶蠕变能较好地刻画盐岩蠕变损伤引起的力学性能变化。本文给出的典型盐岩蠕变模型参数和模型对比分析结果,含杂质盐岩蠕变研究中,模型选用和参数识别具有一定的指导意义。     

基于多元正态分布理论的盐岩蠕变参数概率分布

 根据某拟建储气库库址盐岩的蠕变实验数据和蠕变变化规律,基于伯格斯蠕变模型拟合得到该库区盐岩的蠕变参数。将各蠕变参数当作随机变量,考虑盐岩形成过程及蠕变实验过程中多种随机因素对蠕变参数的影响。考虑各蠕变参数之间的相互联系,假设由各蠕变参数变量共同构成的五维总体随机样本服从五元正态分布,求解得到该五元正态分布的联合密度函数,通过协方差阵揭示各蠕变参数之间的联系,并利用χ²统计量的Q-Q图检验法对多元正态假设进行检验。结果表明,由各蠕变参数变量共同构成的五维总体随机样本可以很好地服从五元正态分布。研究结果可为盐岩蠕变参数概率分布的研究提供参考。     

深部矿井煤系地层软岩蠕变特征试验

采用在预定围压下先固结后径向卸载的三轴蠕变试验方法,模拟软岩巷道开挖过程应力状态变化,通过三轴卸载剪切蠕变试验表明随剪应力水平的降低蠕变速率显著减小.当剪切应力高于一临界值时,深部矿井软岩蠕变过程历经减速、定常和加速蠕变三个阶段破坏.根据试验结果,为描述非线性加速阶段蠕变规律,采用改进的元件,提出了软岩非线性的黏弹塑蠕变本构模型,通过有限元本构程序的二次开发,将提出的本构模型嵌入到ADINA非线性有限元程序中.对某矿井巷道软岩开挖支护过程进行数值模拟,表明弹黏塑蠕变本构力学模型能够较好地反映软岩的变形特征,数值模拟和实测结果吻合良好,可为矿井深部软岩巷道设计与施工提供参考.     

预蠕变—塑性的本构描述及其实验验证

基于热力学相容的本构模型并合理地定义广义时间标度，得到了描述蠕变，塑性及其交互作用的统一型本构方程。进而通过对蠕变、塑性及其交互作用过程中材料内部子结构及其变化的分析，将材料的强化分解为对应于累积非弹性变形的强化和由蠕变变形导致的附加强化。对对高温环境二维应力路径下３１６不锈钢的预蠕变－塑性变形过程进行了分析，取得了与Ｏｈａｓｈｉ等的实验数据相吻合的结果。     

盐层内油气储库建造稳定性建模分析

岩盐是一种特殊的岩体,具有良好的流变性、裂隙少、孔隙率低、渗透率低等优良的物理性质;同时水溶采矿的发展比较快,溶腔的利用得到了广泛的关注。就圆形溶腔作为油气储库的稳定性方面,建立了数值模型,以此作为长期稳定性计算的依据。     

考虑损伤的岩石非线性蠕变模型

蠕变行为广泛地存在于岩石类材料中,并对岩体的稳定性有着重要的影响。因此,对岩石类材料的蠕变行为进行深入的研究是很有必要的。为了更好地揭示岩石的蠕变机制,结合分数微积分理论,建立了一个考虑损伤的蠕变模型。通过推导元件的蠕变方程,得到了整个模型的蠕变本构方程;并基于广义塑性力学理论对此方程进行了三维应力状态下的扩展。结合一系列的煤岩、泥岩和盐岩三轴蠕变实验,对此模型进行了验证。将此新模型的验证结果和西原正夫模型进行了对比研究。结果表明,此模型能够更好地模拟岩石蠕变的全过程,尤其是加速蠕变。     

基于改进PSO算法的岩石蠕变模型参数辨识

微粒群优化(PSO)算法是一类随机全局优化技术,具有收敛速度快、规则简单、易于实现的优点.针对岩石蠕变本构模型参数的辨识问题,本文利用FLAC软件自带的fish语言实现了改进PSO算法对本构模型参数的辨识.该方法从岩石本构模型参数的随机值出发,以蠕变过程中试件变形的实验值与计算值的误差大小作为适应度函数来评价参数的品质,利用改进PSO算法规则实现模型参数的进化,搜索出全局最优的模型参数值,从而实现了岩石蠕变本构模型参数的自适应辨识.利用该方法对页岩蠕变实验进行了仿真研究,实验结果表明:改进的PSO算法用于岩石蠕变模型的参数辨识是有效的.     

基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型

结构面普遍存在于工程岩体中,影响工程安全。对含结构面岩体的蠕变特性及本构模型的研究对揭示岩质边坡蠕变机制及边坡失稳预测具有较大的意义。利用水泥砂浆制作非贯通硬性结构面试样,进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行分析。将整数阶黏壶元件改进为分数阶微积分软体元件,并替换Kelvin模型中整数阶黏壶元件,同时引入能够模拟结构面加速蠕变过程的非线性黏性元件并将其非定常化,采用元件组合方式,构建基于分数阶微积分的岩石硬性结构面蠕变本构模型。以非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面试样剪切蠕变试验数据为基础,分别对本构模型进行验证并对待定参数进行辨识。结果证明,试验值和预测值之间相关性程度R~2均较高,非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面相关性R~2分别达0.94和0.97,表明该模型能较好地模拟非贯通硬性结构面和贯通型硬性结构面岩体蠕变特性,对揭示岩质边坡蠕变机制和时效演化有重要意义。     

岩盐的蠕变损伤破坏分析

蠕变损伤破坏是岩盐的主要破坏形式之一，为此对长山岩盐和乔后岩盐进行了蠕变试验研究。通过对岩盐试件裂纹的产生、发展直至破坏过程的观察分析得出2种岩盐在蠕变损伤过程中有较大的差别。产生差别的原因主要是2种岩盐中NaCl的含量、晶粒大小、晶粒之间的胶结不同。造成2种岩样在蠕变过程中表现的现象不同，其岩盐力学性质也有差异。其次是岩盐在晶粒结晶过程中，因地质、环境等因素的影响，使晶粒内部存在着大量的缺陷，晶粒之间的交界面极不规则。因此，位措在这些晶体内占有重要地位，位措就控制了该晶粒的力学性质。     

岩盐钻井开采井底非自由淹没场的模拟分析

采用玻璃仪器对岩盐钻井开采井底非自由淹没射流场及循环场进行了模拟实验研究及理论分析．结果表明,采用正循环注水形成非自由淹没水射流场时,在三角瓶容器中开始出水时示踪粒由瓶底向瓶口螺旋上升;广口瓶中喷距、容器高度及示踪粒直径较小时,示踪粒上、下移动的速率较大。在反循环注水,三角瓶中中心管开始出水时瓶中水位与其下端相切并维持稳定;在量杯中循环场刚形成时,容器中的水位高于进水套管下端,随后其逐渐下降直至与出水管下端相切．理论分析和计算表明,流场中上返速率与轴向速率互相竞争,致使示踪粒受二者的同时影响而表现为螺旋上升运动,而贴线的飘动亦是VH与Vm矢量和的方向。     

岩盐流变特性的研究

用自行设计的械杆式流变仪，对长山、乔后岩盐的蠕变、松驰、弹性后效流变力学特性进行了试验研究。研究表明，长山岩盐的变形受位错及晶闸界面的控制，在长期蠕变中以位错滑移为主，该岩该主要呈现脆性破坏。