Improved algorithms for generalized finite element simulations of three-dimensional hydraulic fracture propagation     

Nathan Shauer  Carlos Armando Duarte 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(18):2707-2742

This paper reports improvements to algorithms for the simulation of 3-D hydraulic fracturing with the Generalized Finite Element Method (GFEM). Three optimizations are presented and analyzed. First, an improved initial guess based on solving a 3-D elastic problem with the pressure from the previous step is shown to decrease the number of Newton iterations and increase robustness. Second, an improved methodology to find the time step that leads to fracture propagation is proposed and shown to decrease significantly the number of iterations. Third, reduced computational cost is observed by properly recycling the linear part of the coupled stiffness matrix. Two representative examples are used to analyze these improvements. Additionally, a methodology to include the leak-off term is presented and verified against asymptotic analytical solutions. Conservation of mass is shown to be well satisfied in all examples.  相似文献   

雅鲁藏布江流域极端降水模拟及预估     

高佳佳  杜军 《冰川冻土》2021,43(2):580-588

为了解雅鲁藏布江流域汛期极端降水的变化规律,推算一定重现期的极端降水量分位数,通过百分位法、Hill图法、年交叉率法选取阈值,借助广义帕累托分布函数（GPD）对流域极端降水频率进行了分析。结果表明：99百分位时的阈值为流域内各站点的最佳阈值,且各站点超阈值序列通过了M-K的平稳性检验,无明显突变。拟合效果通过K-S检验,各站点拟合的极端降水理论频数和实测频数基本相符。尺度参数的大值区位于流域下游,表明该地区的极值波动大;形状参数正值区位于流域中上游地区,说明发生破纪录降水事件的概率较大,拟合结果与实际观测一致。从5年一遇和10年一遇的极端降水值来看,雅江流域除拉孜站外,其他地区降水极值均超过30 mm,日喀则地区的降水极值达50 mm;各地区20年一遇和30年一遇的降水极值增长的非常缓慢。通过与实际极端降水值对比分析得出,GPD拟合计算出的重现期水平基本符合实际,即具有一定的合理性。  相似文献   

非饱和土中水平入渗方程显式求解     

李纪伟  林法力  韦昌富  汪华斌  陈盼  朱赞成  刘子振 《岩土力学》2021,(1):203-210

在求解非饱和态土中水分入渗问题时,水力函数是体积含水率或者吸力的函数,致使其控制方程呈现出强非线性的特征,进而使得其求解变得十分困难。基于水分在土体介质中流动耗时取极值路径的选择这一假定,引入时间泛函,基于变分法原理将水平入渗问题转化为泛函极值问题。通过求解Euler–Lagrange方程,结合边界条件,得到非线性瞬态水平入渗问题的显式解析解。结合Brooks-Corey型水力函数,显式地求解出该类型非饱和态土的体积含水率发展分布规律。通过计算4种不同类型土体的水平入渗规律,将求解结果与已有结果以及数值结果进行对比,验证了该方法的有效性。结果表明:体积含水率分布与位置距离和湿润峰距离比值呈幂函数关系,指数取决于土-水特征曲线的形状参数;初始条件与边界条件会对体积含水率分布造成不同程度的影响。  相似文献   

超临界态甲烷密度研究     

张新宾  宋党育  李云波  齐永安  范顺利 《煤田地质与勘探》2021,49(1):137-142,150

超临界甲烷密度不仅是非常规天然气资源量计算与吸附能力测定的重要参数,同时也是衡量超临界甲烷扩散效率与溶解有机物能力的主要指标。通过对比分析各种气体状态方程的适用性,认为基于亥姆霍兹能量基本状态方程可以准确计算0~30 MPa、270~360 K条件下甲烷的密度。利用Microsoft Office Excel编写了甲烷密度的计算程序,与NIST （美国国家标准与技术研究院）商业软件计算结果相比,误差小于0.05%。分析了0~100 MPa、270~360 K范围内甲烷密度的变化规律。结果表明,甲烷密度随压力增大而增大,在低于30 MPa时增速较大且对温度的敏感性较强,高于30 MPa时增速逐渐变缓,且敏感性减弱。在煤层原位条件下随着埋深的增大,甲烷密度随温度升高而减小,随压力增大而增大;在温度与压力共同作用下,甲烷密度呈先增速不变、近似线性增加,后增速逐渐减小、凸曲线形增加的变化规律。游离态甲烷密度受温度的影响比吸附态甲烷小,是深部煤层气资源增量的主要贡献者。研究结果为深部煤层气赋存及其潜力预测提供了基础参数。   相似文献   

香溪河岩溶流域水系结构与洪峰特征关系     

范威  陈植华  牛俊强  李伟  王亮  黄荷 《中国岩溶》2021,40(3):430-438

为研究香溪河岩溶流域地表水系结构特征与洪峰流量衰减过程规律,采用统计方法分析典型子流域的水系结构特征,采用流量衰减方程分析其典型退水过程。地表水流量衰减过程存在若干个亚动态,将各个亚动态的水量分配比例作为描述洪峰特征的特征值,将水系数目比例、水系长度比例作为描述水系结构的特征值,把两者作相关分析。结果表明:岩溶区水系长度比例与水量比例在第一和第三亚动态具有较高的相关性,相关性判定系数高达0.84,使用水系长度比例更能反映水系结构的特征。   相似文献   

基于Origin的渗透系数衰减方程在地热水回灌中的应用     

赵鹏飞 《地质与资源》2021,30(1):71-74

孔隙型热储层的回灌过程中,由于物理堵塞、生物化学堵塞、悬浮物堵塞和气体堵塞,热储层的渗透性下降,回灌能力变弱.为了定量查明渗透系数的衰减,以辽南地区某回灌试验为例,使用Origin软件计算出研究区渗透系数衰减方程,在此基础上计算了回灌井灌压-时间关系曲线和回扬周期.研究表明,利用Origin软件求取渗透系数衰减方程具有方便快捷、规范性好等优点,可在回灌试验数据处理中推广使用.  相似文献   

静压桩承载力时间效应的研究进展     

王永洪  黄永峰  张明义  李长河  苏雷  仉文岗  林沛元  崔纪飞  焉振 《吉林大学学报(地球科学版)》2021,51(5):1490-1505

由于静压桩沉桩后桩周土重塑,静压桩承载力表现出随着休止期的延长而增长的特性。本文从静压桩沉桩后桩周土体内孔隙水消散固结的角度出发,对静压桩承载力时间效应的理论和试验分别进行归纳,结合孔隙水消散路径及固结模型,对桩周土体初始超静孔隙水压力大小及其分布特征进行总结,分析承载力各种测试方法的优缺点,对静压桩承载力的时效性进行深化研究,并探讨了不同地质条件、不同桩的类型对休止期内静压桩承载力的影响,进一步对基于实测数据得出的经验公式进行总结。讨论了基于不同本构关系模型的应力场及位移场解答和沉桩后孔隙水压力消散解答,在此基础上总结了桩基极限承载力理论公式;探讨了黏性土、砂土条件下,考虑超固结比、不排水抗剪强度和塑性指数比对桩基极限承载力系数A的影响,在此基础上归纳了桩基极限承载力经验公式。建议在经验公式基础上设置多重参数,以提升经验公式的精确度,并完善对不同桩、土类型的参数解答;利用BP神经网络,导入静压桩承载力相关参数,以得到针对不同地质条件、桩型、休止期的承载力最优解。  相似文献   

围压-孔压改变条件下致密砂岩及泥页岩泊松比变化特征及机制     

杜书恒  梁耀欢  师永民  关平 《地学前缘》2021,28(1):411-419

在围压(外压)或孔压(内压)发生变化的条件下,致密砂岩及泥页岩泊松比的变化特征及机制仍有待厘清。本研究从Terzaghi有效应力理论和国内学者提出的新有效应力概念出发,基于松辽盆地高台子组致密砂岩、青山口组泥页岩三向动、静态泊松比测定结果,剖析了两类岩石泊松比的变化特征及机制。岩石样品三向泊松比变化曲线的分布呈现显著的各向异性,这将对压裂缝的延展规律产生一定的影响;就“有效应力”概念厘定的科学性而言,“Terzaghi有效应力”适用于裂缝较为发育的储层,而“新有效应力”适用于孔隙度较大且分布较为均匀的泥页岩。结论将为致密油气的有效开发提供较为重要的理论依据。  相似文献   

结构方程模型及其在地学数据建模中的回顾与展望     

刘江涛  赵洁  吴发富 《地质力学学报》2021,27(3):350-364

结构方程模型是一种建立、估计和检验因果关系的方法。它可以替代多重回归、路径分析、因子分析、协方差分析等方法,清晰分析单项指标对总体的作用和单项指标间的相互关系,是一种主要应用于验证性模型分析的多元统计建模技术。由于能够通过可观测变量来度量潜变量得分以及分析不同子模型下潜变量之间的协同效应等优点,结构方程模型被广泛应用在心理学、行为学、市场学等领域的数据建模分析研究中,提供了从提出概念—设计模型—获取数据—验证模型的成熟应用路径。地学数据的建模技术一直是地学研究的热点之一,其目的是在海量、多元、高维、多时态的地学数据中,提取出有价值的模型结构以及潜变量,研究不同地学变量以及潜变量之间的交互关系,从而支撑环境治理、灾害防治、资源勘察、生态评价等相关应用和研究。随着地学数据规模变化和建模工具的不断发展,地学数据建模的样本逐渐从抽样建模变为全样本建模,建模方式从有地学模型指导下的建模变为无约束/弱约束建模,建模依据从基于变量因果关系建模变为基于变量相关性的建模,模型复杂度从单模型/单过程建模变为多模型/多过程的综合建模。结构方程模型作为一种综合的建模方法,其可以同时包含因子分析、潜变量估计、路径分析等多种多元分析技术,这种多层次、多分支的建模方法融合了知识驱动建模和数据驱动建模的特点。结构方程模型在地学数据建模中主要面临以下三个方面的挑战,一是从主要面向验证性建模分析的方式向探索性建模分析的方式转变;二是从有完整地学模型约束的建模型方式向弱模型/无模型约束的地学数据建模方式转变;三是从无空间属性的统计变量建模向空间统计变量建模的转变。这对模型本身和数据建模的方法都提出了新的要求。针对以上三个问题,文章在回顾结构方程模型的概念和发展历程的基础上,介绍了三个结构方程模型在地学数据建模中的应用案例,一是利用湖泊沉积物地球化学数据在弱约束条件下提取地球化学金矿内生控矿因子的建模案例;二是利用结构方程模型的综合参数优化方法,通过计算后验概率与观察后验概率的匹配约束来弱化、校正证据权模型中证据独立性问题在计算金矿找矿后验概率中的影响;三是利用结构方程模型来研究墨西哥马格达莱纳流域森林保护策略,通过对不同区域的森林区块进行编号,将空间分布数据转变为传统的无空间属性的统计变量,并分析了不同环境策略对森林保护的影响。   相似文献   

基于HYSPLIT4的一次四川盆地夏季暴雨水汽路径和源地分析   总被引：12，自引：6，他引：6  

王佳津  王春学  陈朝平  任伟 《气象》2015,41(11):1315-1327

利用四川省156站气象资料、全球同化系统(GDAS)资料,引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT4),定量分析了2013年7月7—11日四川盆地西部暴雨的水汽输送情况。结果表明：此次暴雨过程的水汽主要来自950和850 hPa,并且两者的水汽路径和来源有着显著差别。后向追踪1天,950和850 hPa的水汽来源大值区都出现在四川盆地区;追踪3天,950 hPa的水汽来源大值区仍然在四川盆地附近,但是850 hPa上则追踪到孟加拉湾东部;追踪到9天时,950 hPa的水汽主要来源出现在阿拉伯海到我国南海地区,850 hPa上则追踪到索马里半岛东部。总体上950 hPa的水汽输送路径有五条,其中两条是北方路径,另外三条为南方路径。850 hPa的水汽输送路径有两条,一条是北方路径,另一条是南方路径。定量分析指出,950 hPa的水汽源地主要有四个,其中阿拉伯海—孟加拉湾地区的水汽输送贡献率最大（44.1%）,中南半岛—南海地区的水汽贡献率次之（33.1%）,巴尔喀什湖地区（15.7%）和贝加尔湖地区（7.1%）的水汽贡献率相对较弱。850 hPa上的水汽源地也有四个,其中从阿拉伯海地区,沿南亚夏季风爆发路径而来的暖湿空气最重要（89.4%）,其次从西北部巴尔喀什湖—贝加尔湖地区而来的干冷空气相对较弱（6.3%）,而来自孟加拉湾（3%）和局地（1.3%）的水汽则非常少。  相似文献