天然裂缝影响下的花岗岩水力裂缝扩展数值模拟     

王璜  王贵玲  岳高凡  甘浩男 《地质学报》2020,94(7):2124-2130

水力压裂技术是成功实现干热岩资源开发利用的重要手段之一,数值模拟技术能够精准预测水力裂缝扩展。针对典型花岗岩,借助黏性单元法,分别模拟了致密花岗岩和天然裂缝存在情况下的水力裂缝扩展特征,得出以下结论：致密花岗岩的水力裂缝形态单一,天然裂缝的存在增加了压裂后裂缝的复杂性;致密花岗岩水力裂缝拓展主要分为憋压和拓展两个交替往复的阶段,当存在天然裂隙时,水力压裂过程会变得复杂;天然裂缝存在时,水力裂缝的缝长和缝宽分别为致密花岗岩的5. 7倍和1. 7倍;缝网的形成需要借助复杂的压裂工艺实现。研究结果可以为增强型地热系统(EGS)储层水力刺激工作提供理论支持。  相似文献   

基于新型单相MICP技术改性黏性土力学特性的试验研究     

张宽  唐朝生  刘博  张天生  程青  施斌 《工程地质学报》2020,28(2):306-316

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是一种绿色低碳的新型土体改性技术.该技术当前主要适用于渗透性较好的砂土,普遍使用两相处理方法,即菌液和胶结液分开施用.然而,对于渗透性相对较差的黏性土,传统的两相处理方法难以适用.为此,引入新的单相胶结方法,即菌液和胶结液混合施用,通过调节溶液的初始pH值为细菌水解作用提供窗口期,避免微生物絮凝阻塞孔隙,使混合液均匀分布于土体一定深度范围内,从而达到显著提升胶结效果的目的.利用喷洒法将混合液喷洒至土体表层进行MICP处理,处理完成后使用超微型贯入仪SMP-1测试土体表层不同深度处的结构强度,分析土体力学特性的空间差异,对土体的胶结效果进行定量评价.此外,探究了胶结液浓度(0.2M、0.5M和1.0M)及胶结方法(调节pH与否)对于土体结构强度及MICP改性效果的影响.结果表明:采用单相MICP技术对黏性土进行改性,能够显著提高其结构强度,具有较好的适用性;在不高于1.0 M的胶结液浓度范围内,黏性土的胶结效果随着胶结液浓度增加而提升;相比较而言,调节pH的单相胶结方法对于提升土体胶结的深度和均匀性有明显积极作用.新型单相MICP技术简单易行,能够节约成本,在黏性土表层加固方面具有潜在推广应用价值.  相似文献   

颗粒离散单元法动力人工边界设置方法     

周兴涛  盛谦  崔臻  冷先伦  付晓东  马亚丽娜 《岩土力学》2018,39(7):2671-2680

采用颗粒离散单元法进行动力计算时,人工截断边界上需设置吸收边界条件,以防止波的反射。鉴于颗粒离散单元数值计算模型的人工边界上颗粒单元半径大小不一、边界面凸凹不平,在连续介质的黏性、黏弹性、自由场边界条件方程基础之上,推导出适用于离散介质的等效方程。在离散介质的黏性边界条件等效方程中引入微调系数,提出比值迭代法以快速确定其最优值,以实现对波的最佳吸收。采用二维颗粒离散单元计算软件PFC2D,分别建立黏性、黏弹性、自由场边界条件相关数值分析模型,探讨颗粒分布模式对黏性边界上颗粒单元半径、速度分布及比值迭代过程的影响;采用外源波动算例及经典Lamb问题算例验证黏弹性边界设置方法的正确性;通过隧洞算例检验提出的自由场边界条件设置方法的正确性。  相似文献   

移动状态边界面法在黏性土不排水蠕变孔压分析中的应用     

高彦斌 《岩土力学》2018,39(11):4176-4182

在黏性土的各种流变现象的数学模拟研究中,不排水蠕变孔压方程几乎是空白。基于临界状态土力学理论,采用与时间相关的移动状态边界面法,给出了适用于正常固结黏性土的不依赖状态边界面具体形态的不排水蠕变孔压公式。正常固结黏性土的不排水蠕变孔压可以看作是体积蠕变势和剪应力水平增大造成的剪缩这两种作用的结果,前者与参数 有关（ 为次压缩指数, 为压缩指数）,后者则与状态边界面的具体形态有关。在此基础上进一步给出了可方便用于试验数据分析的双对数和单对数形式的两个公式。以修正剑桥模型椭圆形状态边界面为例,分析了双对数和单对数坐标系下蠕变孔压曲线的斜率m和m′与土的流变参数 的关系。采用提出的方法,很好地预测了Walkers给出的Leda clay黏土的蠕变孔压系数,并基于以上两种作用解释了Leda clay黏土的蠕变孔压形成的机制。  相似文献   

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义          下载免费PDF全文

何丽娟 《地球物理学报》2014,(1)

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数(η)控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg(η)成正比.流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素.全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90km,很好地验证了流变边界层的存在.研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小:由西部鄂尔多斯的约80km减少至渤海湾盆地的约20km.反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.  相似文献   

InSAR约束下的2008年汶川地震同震和震后形变分析   总被引：7，自引：3，他引：4       下载免费PDF全文

温扬茂  许才军  李振洪  刘洋  冯万鹏  单新建 《地球物理学报》2014,57(6):1814-1824

2008年5月12日,青藏高原东缘的龙门山断裂带上发生了M_w7.9级汶川地震.本文通过分析覆盖汶川地震震中区域的ALOS/PALSAR像对的方位向偏移量来选择无明显电离层扰动影响的像对进行干涉处理,获取了高精度、连续的InSAR地表形变场.在此基础上,结合高精度GPS同震形变数据,采用同震、黏弹性松弛震后形变联合反演模型同时确定了汶川地震的同震滑动分布和龙门山地区的流变结构参数.研究结果表明,汶川地震是一个断层破裂非常复杂的地震事件,其中,北川段、岳家山段、虹口段和汉旺段的滑动以逆冲为主,而青川段以右旋走滑为主.滑动主要发生在10 km深度以上的区域,最大滑动量位于虹口段的东北端,达10.7 m.地震释放的总能量为9.28×10²⁰ N·m（M_w7.91）,与地震学的结果一致.联合反演模型确定的龙门山地区中下地壳的黏性系数为2×10¹⁸ Pa·s,为青藏高原东部地区的黏性系数提供了一个可靠的下限值.如果有更长时间的震后形变观测时间序列,将为该区域提供更为可靠的流变结构.  相似文献   

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义   总被引：8，自引：5，他引：3       下载免费PDF全文

何丽娟 《地球物理学报》2014,57(1):53-61

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.  相似文献   

大陆岩石圈塑性流动网络的延性弱面效应   总被引：1，自引：1，他引：0       下载免费PDF全文

王绳祖 《地震地质》2004,26(3):405-415

岩石圈下层的网状塑性流动 ,作为包含塑性流动网络的黏塑性流动 ,控制着大陆板块内部的构造变形和动力学过程。塑性流动网络由两组网带共轭相交而成 ,而塑性流动网带是黏塑性流动过程中因剪切局部化、黏性摩擦生热和网带介质的弱化而形成的延性弱面 (弱带 )。研究表明 ,类似于断裂和节理等脆性弱面 ,延性弱面对介质强度的影响也具有条件性 ,即当应力方向改变时 ,只有在滑移角θ不超出一定限值的条件 (θ1≤θ≤θ2 )下才可能沿原有弱面滑移 ,显示其弱化效应 ;延性弱面可以用弱化度R表示其屈服限的相对降低程度 ,弱化度与滑移角下限值之间的关系为R =sin2θ1;根据亚洲中东部地区“塑性流动 -地震”网络的最大共轭角推算 ,网带的弱化度R近似于 0 81。基于延性弱面效应的认识 ,文中就网带由剪切滑移向压性褶皱的转化、网带的继承与弃置以及应力方向的允许偏角等问题进行了探讨  相似文献   

砂土地基的黏性特性及其有限元模拟     

彭芳乐  史文政  谭轲 《岩土力学》2015,36(Z2):648-654

采用非线性弹塑黏性有限元法模拟了砂土地基变速率加载室内试验,再现了砂土地基荷载-沉降曲线对加载速率突变、砂土蠕变以及应力松弛等加载情况下的响应和瞬时黏性中砂土黏性随加载进行的衰减现象。在有限元分析中,以非线性三要素模型为理论框架构建了可以综合考虑砂土黏性特性的弹塑黏性本构模型,用动态松弛法进行有限元求解,最后通过有限元与室内试验的对比分析研究了砂土地基所具有的黏性特性,同时验证了非线性三要素弹塑黏性模型用于模拟砂土黏性特征的合理性和正确性。  相似文献   

金沙江下游金坪子Ⅱ区低速滑坡活动机理初探     

蒋树  王义锋  唐川  潘洪月  王坤 《工程地质学报》2017,25(6):1547-1556

金坪子滑坡是金沙江下游乌东德水电站下游方向距离大坝最近的一处巨型深厚崩坡积碎屑土古滑坡,以Ⅱ区活动部分为研究对象,在大量勘察试验成果以及长达11a的精确监测基础上,分析滑坡岩土体的物理力学性质以及滑坡的长期动态特征,特别是滑坡与降雨和地下水的动态响应关系,并基于Green-Ampt降雨入渗模型研究了降雨直接入渗补给地下水的可能性,利用极限平衡法探讨了理想刚塑性条件下该滑坡所受力的平衡关系,进而分析滑坡的活动机理。研究结果表明,滑坡的长期持续活动是滑带土黏性流变特征的表现,地表和深部位移均表现为牵引活动模式,地表自2005~2016年的平均位移速率为0.19~0.87mm ·d-1,深部以基底滑动为主,不同部位具有不同程度的内部变形。降雨是影响滑坡动态的最主要因素,在理想情况下,降雨很难直接入渗补给滑区地下水,地下水动态变化缓慢,与滑坡活动有一定正相关关系,但作用并不显著。与一些动态特征直接受地下水位影响的浅层低速滑坡不同,金坪子Ⅱ区的活动机理更可能是降雨在滑坡上部一定深度范围内形成暂态饱和区,滑体容重和渗透作用的变化影响了滑坡的动态。  相似文献