Fully coupled hydraulic fracture simulation using the improved element partition method     

Shujun Peng  Zhennan Zhang  Jianye Mou  Bing Zhao  Zhiyuan Liu  Jiading Wang 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(1):441-460

The improved element partition method (IEPM) is a newly developed fracture simulation approach. IEPM allows a fracture to run across an element without introducing extra degrees of freedom. It can also simulate any number of fractures in a prescribed mesh without remeshing. In this study, the IEPM is extended to hydraulic fracture simulation. First, the seepage and volumetric storage matrix of a cracked element are derived using virtual nodes (the intersection points of a crack with element edges). Subsequently, the fully coupled hydromechanical equation is derived for this cracked element. To eliminate the extra degrees of freedom (virtual nodal quantities), the water pressure and displacement of the virtual nodes are associated with their adjacent nodes through least squares interpolation. Finally, the fully coupled equation in terms of nodal quantities is obtained. The verification cases validate the method. By using this method, the field-scale hydraulic fracturing process is well simulated. The proposed approach is simple and efficient for field-scale hydraulic fracture simulation.  相似文献   

Robust numerical implementation of a 3D rate-dependent model for reservoir geomechanical simulations     

Giovanni Isotton  Pietro Teatini  Massimiliano Ferronato  Carlo Janna  Nicolò Spiezia  Stefano Mantica  Giorgio Volonte 《国际地质力学数值与分析法杂志》2019,43(18):2752-2771

A 3D elasto-plastic rate-dependent model for rock mechanics is formulated and implemented into a Finite Element (FE) numerical code. The model is based on the approach proposed by Vermeer and Neher (A soft soil model that accounts for creep. In: Proceedings of the International Symposium “Beyond 2000 in Computational Geotechnics,” pages 249-261, 1999). An original strain-driven algorithm with an Inexact Newton iterative scheme is used to compute the state variables for a given strain increment.The model is validated against laboratory measurements, checked on a simplified test case, and used to simulate land subsidence due to groundwater and hydrocarbon production. The numerical results prove computationally effective and robust, thus allowing for the use of the model on real complex geological settings.  相似文献   

利用综合评分方法评估CMIP5模式对北极海冰的模拟能力     

吴利萍  杨小怡  胡建宇 《海洋学报(英文版)》2019,38(9):48-58

北极海冰冰盖自20世纪以来经历了前所未有的缩减，这使得北极海冰异常对大气环流的反馈作用日益显现。尽管目前的气候模式模拟北极海冰均为减少的趋势，但各模式间仍然存在较大的分散性。为了评估模式对于北极海冰变化及其气候效应的模拟能力，我们将海冰线性趋势和年际异常两者结合起来构造了一种合理的衡量指标。我们还强调巴伦支与卡拉海的重要性，因为前人研究证明此区域海冰异常是近年来影响大尺度大气环流变异的关键因子。根据我们设定的标准，CMIP5模式对海冰的模拟可被归为三种类型。这三组多模式集合平均之间存在巨大的差异，验证了这种分组方法的合理性。此外，我们还进一步探讨了造成模式海冰模拟能力差别的潜在物理因子。结果表明模式所采用的臭氧资料集对海冰模拟能力有显著的影响。  相似文献   

大地水准面高的计算及其在海底地形反演中的应用     

范雕  李姗姗  苏明晓  孟书宇  邢志斌  张驰  冯进凯 《海洋技术学报》2019,38(5)

为充分挖掘海洋重力数据在反演海底地形中的应用潜力,尝试探索利用大地水准面高反演海底地形的技术途径,并以夏威夷—皇帝海山链拐点所在海区作为反演试验区进行验证。首先采用Belikov列推法计算伴随(缔和)勒让德函数,利用EIGEN-6C4地球重力场模型解算获取了分辨率为1'的大地水准面高格网数值模型;然后通过综合分析反演比例函数和转换函数特点、研究海区大地水准面高与海底地形的相干特性以及大地水准面高本身尺度特征,获得了利用大地水准面高反演海底地形的频段范围;最终以试验海区大地水准面高为数据输入,构建了相应的海底地形模型(BNT模型),并与ETOPO1等海深模型进行比对分析。试验结果表明:BNT模型检核差值在一倍均方差范围检核点数量占比70.60%,相比正态分布更加集中;BNT模型检核精度低于ETOPO1等海深模型;海深模型检核精度随着水深增加不断提升,水深小于1 000 m时,海深模型相对误差出现较大发散现象;计算海域ETOPO1模型精度最高,GEBCO模型和DTU10模型检核精度相当。  相似文献   

冻融循环下花岗岩剪切蠕变试验与模型研究     

张峰瑞  姜谙男  杨秀荣  申发义 《岩土力学》2020,41(2):509-519

为探讨冻融对寒区工程岩石剪切蠕变特性的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对经历不同冻融循环次数的试样开展细观特征分析和剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）随着冻融次数的增加，试样裂隙、孔隙不断扩展，岩石表面损伤现象愈发明显；（2）试样主要以中小孔隙为主，孔隙度随着冻融次数的增加呈非线性增长趋势；（3）随着冻融循环次数增加，蠕变变形量和蠕变速率逐渐增大，而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低趋势。根据试验结果，进行冻融岩石非定常蠕变参数的表达，提出了冻融岩石损伤黏性元件，构建了花岗岩冻融剪切蠕变本构模型。将蠕变试验曲线和理论模型拟合曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性。通过对蠕变参数进行敏感性分析，研究了其对花岗岩蠕变变形的影响，并给出了蠕变参数随冻融循环次数的变化规律。该研究结果对于寒区岩体工程长期稳定性评价具有指导意义。  相似文献   

鄂尔多斯盆地北部东胜地区侏罗系—白垩系钻孔数据库与三维地质模型          下载免费PDF全文

张天福  张云  程先钰  孙立新  程银行  周小希  王少轶  马海林  鲁超 《中国地质》2020,47(S1):220-230

随着砂岩型铀矿找矿工作的进一步开展，其对以往钻孔资料集成应用的需求尤为迫切。在煤田钻孔资料“二次开发利用”和“煤铀兼探”新方法、新思路的指导下，通过采集东胜地区钻孔资料属性数据，按照统一的标准和要求，将煤田、铀矿等类型的重要钻孔资料，通过整理、扫描、数据类型转换、录入和集成，建成了东胜地区侏罗系—白垩系综合钻孔数据库，实现了对多源钻孔数据的统一管理。该数据库共包含3个Access数据库和相应的成果图件。每个Access数据库均包含钻孔基本信息表、综合柱状分层表、岩性描述分层表、地层名称及代号表、地层颜色表、测井曲线数据表、测井曲线配置表和钻孔弯曲度测量数据表等8张数据表，分别详细记录了地质编录岩性信息、地层分层信息、岩石颜色信息、测井曲线信息、水文分层信息、钻孔样品采样信息、弯曲度测量信息等。通过应用实践，该钻孔数据库成果可实现连井剖面、含煤含铀目的层的顶底板标高、地层等厚图、砂体等厚图及含砂率图等重要基础地质图件的快速生成，从而提高数据的使用效率并为铀矿勘查及研究工作提供重要数据基础。  相似文献   

耦合土地利用回归与人口加权模型的PM2.5暴露风险评估     

邹雨轩  吴志峰  曹峥 《地球信息科学学报》2019,21(7):1018-1028

PM_2.5已成为人群健康的重要威胁之一,科学精准的暴露评估是PM_2.5风险防控的前提,为提升PM_2.5暴露精准评估,本文利用土地利用数据、道路数据、气象数据等构建PM_2.5土地利用回归反演模型,实现了2013年12月1日-2014年2月8日（冬季）广佛都市区PM_2.5时空动态演变监测,在此基础上将PM_2.5反演结果与人口密度数据耦合,分别从PM_2.5污染浓度与人口加权PM_2.5浓度2个方面,评估广佛都市区PM_2.5污染暴露风险。研究结果表明：① 土地利用回归模型能够较好的反映研究区域内PM_2.5的空间分布特征,R²大于0.78;② 2013年12月1日-2014年2月8日,广佛都市区PM_2.5浓度平均值呈现波动变化趋势,研究时段内,最高平均浓度为97.91 μg/m³ （12月29日-1月11日）,最低平均浓度为53.40 μg/m³ （1月26日-2月8日）,全时段PM_2.5浓度超WHO健康标准的面积占比达99.8%;③ 广佛都市区PM_2.5的空间分布具有异质性规律,其高值区分别位于广州市天河区、越秀区、番禺区北部、花都区北部及佛山市禅城区、南海区中部、三水区中部,低值区主要位于广州市白云区、番禺区东南部及佛山市顺德区南部。人口加权暴露风险存在2个高值中心,分别位于广州市和佛山市的主城区;④ 耦合人口加权模型前后,广佛都市区PM_2.5暴露风险高风险区空间分布发生变化,未考虑人口加权模型时,广佛深高值区较为分散,主要位于南海区、天河区、越秀区、禅城区,考虑人口加权模型后,高值区更加集中于广州市和佛山市的主城区。  相似文献   

非等间距GM(1,1)模型的总体最小二乘算法及其病态问题     

陶武勇  花向红  鲁铁定  陈西江  张伟 《大地测量与地球动力学》2019,39(1):45-50

在非等间距GM(1,1)模型中，系数矩阵中有无误差的常数项和有误差的随机项，并且系数矩阵与观测向量误差同源，即系数矩阵与观测向量中有相同的元素存在，这些相同元素应该有相同的改正数，为此本文推导了一种适合非等间距GM(1,1)模型求解的总体最小二乘算法。同时，考虑到非等间距GM(1,1)模型中存在病态问题时影响总体最小二乘计算结果的稳定性，提出对系数矩阵常数列乘以某一常数的方法，以改善病态问题。  相似文献   

鄂尔多斯地块周缘垂直形变场负位错反演与应变积累研究     

张希  刘立炜  郝明  白卓立 《大地测量与地球动力学》2019,39(6):551-556

利用鄂尔多斯地块及其周缘1970～2014年的垂直形变速率场资料，借助负位错反演研究该区域长期应变积累。结果表明，地块东北缘山西断陷带中北段年均能量积累增量、剪应力强度都较高，西南缘六盘山断裂与渭河断裂西段次之；山西断陷带中南段至晋陕交界处年均剪应力强度较高且显示一定程度的能量积累；西秦岭构造区尤其西秦岭北缘断裂西段、晋冀蒙交界区也反映一定程度的能量积累特性。  相似文献   

Three-dimensional finite element simulation of fracture propagation in rock specimens with pre-existing fissure(s) under compression and their strength analysis     

Ramin Pakzad  Shanyong Wang  Scott W. Sloan 《国际地质力学数值与分析法杂志》2020,44(10):1472-1494

A FORTRAN program, consistent with the commercially available finite element (FE) code ABAQUS, is developed based on a three-dimensional (3D) linear elastic brittle damage constitutive model with two damage criteria. To consider the heterogeneity of rock, the developed FORTRAN program is used to set the stiffness and strength properties of each element of the FE model following a Weibull distribution function. The reliability of the program is assessed against available experimental results for granite cylindrical specimens with a throughgoing, flat and inclined fissure. The calibration procedure of the material parameters is explained in detail, and it is shown that the compressive to tensile strength ratio can have a substantial influence on the failure response of the specimens. Numerical simulations are conducted for models with different levels of heterogeneity. The results show a smaller load bearing capacity for models with less homogeneity, representing gradual coalescence of fully damaged elements forming throughout the models during loading. The maximum load bearing capacity is studied for various combinations of inclination angles of two centrally aligned, throughgoing and flat fissures of equal length embedded in cylindrical models under uniaxial and multiaxial loading conditions. The key role of the compressive to tensile strength ratio is highlighted by repeating certain simulations with a lower compressive to tensile strength ratio. It is proven that the peak loads of the rock models with sufficiently small compressive to tensile strength ratios containing two throughgoing fissures of equal length are similar, provided that the minimum inclination angles of the models are the same. The results are presented and discussed with respect to the existing experimental findings in the literature, suggesting that the numerical model applied in this study can provide useful insight into the failure behaviour of rock-like materials.  相似文献