非均匀岩石破裂过程渗透率演化规律研究
低渗透岩石非线性渗流机理与变渗透率数值方法研究共3篇
低渗透岩石非线性渗流机理与变渗透率数值方法研究共3篇低渗透岩石非线性渗流机理与变渗透率数值方法研究1低渗透岩石非线性渗流机理与变渗透率数值方法研究岩石渗透性是指岩石孔隙系统对流体流动的阻力大小，是岩石物理特性中最重要的一个参数之一。
然而，许多石油和水资源的储集层都是低渗透性的，岩石的渗透性很小，甚至同一层中不同岩性的渗透性也可能有所不同。
在这种情况下，岩石孔隙结构的非线性特性将对流体渗流产生重要影响。
与此同时，由于天然储集层中存在着不均匀性和随时间变化的渗透性，这些因素将在模拟过程中产生更大的影响，需要使用变渗透率数值方法进行研究。
低渗透岩石的非线性渗流机理主要表现在两个方面：渗透率与压力梯度之间呈非线性关系，而渗透率与孔隙度之间也呈非线性关系。
这意味着在压力过高的情况下，渗透率将逐渐衰减，并且随着孔隙度的减少，岩石的渗透性将逐渐变小。
这是因为孔隙结构的变化将影响渗透率，导致非线性渗流的产生，从而使得渗流行为变得更加复杂。
在数值模拟方面，为了解决低渗透岩石非线性渗流的问题，需要采用一种变渗透率数值方法，以准确地模拟天然储集层的渗透性变化。
这种方法可以在渗透率变化过程中使模拟计算更加准确，并且可以考虑到随时间变化的渗透性。
同时，为了模拟岩石的孔隙结构、渗透率和压力等因素的相互作用，需要采用多相介质模型来模拟多种流体相互作用的效应。
变渗透率数值方法主要基于有限元或有限体积法，采用渗流方程、多相渗流理论等方程设置复杂边界条件和物理量耦合关系，以提高模拟精度。
在模拟过程中，需要对孔隙结构、渗透率和压力等进行精细的建模，并进行合理的参数设定，以减小误差。
这种数值方法的理论基础比较强，具有广泛的适用性，并且可以与现场测试数据进行比对。
总之，低渗透岩石非线性渗流机理与变渗透率数值方法研究日益受到重视，并且在岩石渗透性变化的模拟中具有重要的应用价值。
通过这种研究，有望为天然能源提供更多有效的开采技术和管理策略。
震后地下岩层分形渗透率的时间演化规律研究
震后地下岩层分形渗透率的时间演化规律研究郑懿;曹俊兴;何晓燕【期刊名称】《地球物理学报》【年(卷),期】2018(061)010【摘要】天然地震发生后,地震波及区域内的地下岩层渗透率常常会发生显著改变,其变化曲线显示出独有的特征,造成这一现象的机理较为复杂,传统渗流理论尚不能给出合理解释.针对这一问题,从震后渗透率变化规律入手,深入分析了地下岩层裂缝体系对渗透率的影响,给出了裂缝结构参数与渗透率之间的定量关系.结合岩层黏弹特性以及天然地震所产生的地下岩层体应变特征,基于裂缝体系分维度正比于外部应力的实验事实,将黏弹体应力松弛机制引入该体系,对裂缝分形渗透率模型进行了含时推广,建立起震后地下岩层渗透率的时间演化模型,理论预测曲线与实验曲线吻合较好.在此基础上提出‘分形裂缝渗透率松弛效应’这一全新概念.本研究为震控流体运移研究提供了新思路,对于揭示震后断层恢复机制,探讨断层活动与孕震的关联有一定的理论价值和现实意义.【总页数】10页(P4126-4135)【作者】郑懿;曹俊兴;何晓燕【作者单位】“油气藏地质开发工程”国家重点实验室(成都理工大学),成都610059;成都理工大学地球物理学院,成都610059;“油气藏地质开发工程”国家重点实验室(成都理工大学),成都610059;成都理工大学地球物理学院,成都610059;成都理工大学地球物理学院,成都610059【正文语种】中文【中图分类】P631【相关文献】1.煤炭地下气化气化区上覆岩层温度场演化规律研究 [J], 王喆;周松;张晓春;梁杰2.选择性地改变地下岩层渗透率的配方和方法 [J],3.芦山地震后初期余震时间序列的分形演化特征 [J], 覃发超;史凯;张斌;刘春琼;邓青春;罗明良;王磊4.利用分形统计模型解释震后岩石裂缝体系发育因素导致的渗透率增加现象 [J], 郑懿;曹俊兴5.金属矿海底开采岩层裂隙的分形演化机理 [J], 刘志祥; 韩科文; 杨珊; 刘雨曦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩石裂隙损伤演化及其对渗透性影响研究
岩石裂隙损伤演化及其对渗透性影响研究在地质学和工程学领域中，岩石裂隙是一个重要的研究对象。
裂隙能够对水和油气等流体的运移产生重要影响。
因此，了解岩石裂隙的形成、演化以及对渗透性的影响，对于工程、地质和环境等方面具有重要意义。
岩石裂隙的形成和演化过程是一个复杂的综合效应，主要受到地质构造、力学作用和水化作用等多种因素的交互影响。
在不同的条件下，裂隙的发育和演化过程也是不同的。
一般来说，岩石裂隙的形成机制可以分为自然和人为两种。
自然裂隙指的是自然地质过程（如构造变形、岩石风化）所形成的岩石裂隙。
人为裂隙是人类工程活动或开采作业等人为因素造成的岩石裂隙。
同时，岩石裂隙的演化过程也是非常复杂的。
最初，岩石裂隙是一些微小的裂缝或者微裂隙。
随着岩石中的应力场和孔隙水压力的变化，这些裂缝和微裂隙逐渐发展成为更大和更连续的裂隙。
在这个过程中，岩石中的各种粒子（如孔隙水、矿物颗粒）也会对裂隙的演化产生重要的影响。
在岩石裂隙的演化过程中，裂隙的尺度和形状、裂隙面的粗糙程度以及裂隙间的连通性等因素会影响岩石的渗透性。
因此，岩石裂隙的渗透性研究是非常重要的。
渗透性通常指流体在岩石中渗透的能力，是衡量岩石渗透性大小的重要参数之一。
渗透率是衡量岩石渗透性的基本指标。
研究表明，岩石裂隙的结构和性质对于渗透率具有重要的影响。
岩石裂隙的连通性越好，渗透率就越高。
此外，裂隙面的粗糙程度和裂隙面的分布密度也对渗透率产生一定的影响。
岩石裂隙的损伤和破坏也会对其渗透性产生重要影响。
在岩石中，裂隙受到应力作用后会发生变形、扩展；当应力增大到一定程度时，裂隙会出现断裂。
研究发现，当裂隙达到破坏临界点时，岩石的渗透率会急剧下降。
此外，渗透性与温度和压力等因素也有关。
一般来说，温度越高，岩石的渗透性越高。
而压力则会抑制岩石中裂隙的扩展和发育，从而降低渗透性。
总的来说，岩石裂隙的演化和渗透性研究是一个复杂而有趣的研究领域。
研究人员需要利用适当的模型和实验手段，深入研究裂隙的形成和演化机制，建立起适用于不同裂隙类型和岩石类型的渗透性模型，从而更好地理解和掌握岩石裂隙在工程、地质和环境等方面的重要性，为人类提供更可持续的发展和保护环境的有效措施。
岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究
岩石变形破坏过程中渗透率演化规律的试验研究
王环玲;徐卫亚;杨圣奇
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2006(27)10
【摘要】利用伺服试验机对灰岩和砂岩进行了应力应变全过程渗透性试验,研究了岩样变形和破坏过程中的轴向应变与渗透率之间的关系,分析了岩样环向应变对渗透率的影响规律,探讨了岩样变形破坏前后渗透压差随时间的变化关系。
结果表明,岩样渗透率与应力状态密切相关,渗透率的峰值滞后或超前于应力应变峰值,这与岩石介质本身的特性有关;渗透率-环向应变曲线与渗透率-轴向应变曲线有相同的变化趋势,但岩石环向变形比轴向变形更能灵敏地反映渗透率的演化规律;岩样变形破坏峰值前后的渗透压差与时间均遵循负指数关系。
最后对岩石变形破坏过程中的渗透机理作了讨论。
【总页数】6页(P1703-1708)
【关键词】岩石力学;变形破坏;渗透率;环向应变;渗透压差;试验研究
【作者】王环玲;徐卫亚;杨圣奇
【作者单位】河海大学岩土工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.低渗透岩石渗透率与孔隙率演化规律的气渗试验研究 [J], 王环玲;徐卫亚;左婧;邵建富;贾朝军
2.致密岩石变形破坏过程中渗透率演化的试验研究 [J], 王欣;徐卫亚;贾朝军
3.煤岩变形破坏过程中渗流演化规律试验研究 [J], 张波;胡书宝;余东合;王越之;张登文;张彬
4.岩石破坏全场变形演化规律的试验研究 [J], 王龙飞;张盛;韦四江;王猛
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岩体间隔破裂机制及演化规律初探
第27卷 第7期岩石力学与工程学报 V ol.27 No.72008年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2008收稿日期：2008–01–25；修回日期：2008–04–03基金项目：国家自然科学基金资助项目(10672028，40638040)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2007CB209404)作者简介：唐春安(1958–)，男，博士，1982年毕业于中南工业大学采矿工程专业，现任大连理工大学特聘教授、博士生导师，主要从事岩石破裂失稳方面的教学与研究工作。
E-mail ：tca@ ，tang_chunan@岩体间隔破裂机制及演化规律初探唐春安，张永彬(大连理工大学 岩石破裂与失稳研究中心，辽宁 大连 116024)摘要：在地壳岩层或岩土工程结构中，有一个非常重要的破裂现象，即间隔破裂现象，其形成机制到目前仍不十分清楚。
这些现象包括地层中的等间距破裂、大地干裂(龟裂)以及深部巷道围岩中的间隔破裂(分区破裂)等。
此外，混凝土结构中的间隔裂纹、陶瓷表面因冷缩产生的龟裂等，都是间隔破裂现象的典型例子。
以此为背景，介绍通过RFPA 数值试验方法研究间隔破裂机制和演化规律的初步结果，包括：(1) 条状间隔破裂(平行破裂)；(2) 网状间隔破裂(龟裂)；(3) 环状间隔破裂(分区破裂)。
关键词：岩石力学；间隔破裂；条状间隔破裂；网状间隔破裂；环状间隔破裂中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)07–1362–08DISCUSSION ON MECHANISM AND EVOLUTION LAWSOF FRACTURE SPACING IN ROCK MASSTANG Chun ′an ，ZHANG Yongbin(Research Center for Rock Instability and Seismicity ，Dalian University of Technology ，Dalian ，Liaoning 116024，China )Abstract ：Fracture spacing is an important fracturing phenomenon in crustal rock formation and geotechnical engineering structures ，but its formation mechanism is not clear. Fracture spacing in stratum ，earth shrinkage and fracture spacing(zonal disintegration) in rock mass around deep tunnel all belong to fracture spacing. And fracture spacing in concrete structure ，shrinkage crack on ceramics driven by cooling and drying and so on are typical models of fracture spacing. Based on the background ，the results of numerical tests on mechanism and evolution laws of fracture spacing are put forward with RFPA. Three patterns of fracture spacing are ：(1) parallel fracture spacing(parallel crack)，(2) net fracture spacing(crack)，(3) ring fracture spacing(zonal disintegration). Key words ：rock mechanics ；fracture spacing ；parallel crack ；net fracture spacing ；zonal disintegration1 引 言在沉积岩等地层结构中，有一个非常重要的地学现象，即二维间隔破裂或三维网状破裂(本文统称为间隔破裂)。
力学性质的不均匀性对渗透性岩石水力压裂的影响
力学性质的不均匀性对渗透性岩石水力压裂的影响摘要在岩石水力压力作用下，连通孔隙的数值模拟被用来研究岩石上水力压力的产生，传播和衰弱的行为。
水力压力以一个恒定的速度增长。
在研究中，岩石的非匀质性通过均匀系数来衡量。
另外，渗透性随着压力与裂缝的性质而变化。
模拟通过一个限定的元素代码所引导，FRFPA，这个代码连接了流量，压力，储层损害的分析。
模拟的结果展示了压裂开始，传播，压裂的方向，衰弱阶段的压力主要受岩石的不均匀性影响。
在压力传播阶段，孔隙直径的伸长与裂缝前缘的压力作用区域的扩大也能为水力压裂的研究提供有用的信息.关键词：水力压裂，不均匀性，渗透岩石，韦伯分布符号列表最大主要压力最小主要压力岩石的可拉伸强度岩石的压缩强度元素的力量参数和弹性系数元素的力量参数和弹性系数的平均值匀质系数主要压力分方向压力张力位移有效压力孔隙压力孔隙流体压力系数不完全系数剪切系数Kronecher常数渗透系数最初渗透系数毕奥系数材料系数材料系数未破坏成分的弹性系数破坏成分的弹性系数泊松比摩擦角主要压力残余拉伸强度破裂终止压力水平方向裂缝延伸的直径垂直方向裂缝延伸的直径不稳定裂缝长度破裂起始压力分解压力不稳定裂缝的传播压力1.简介水力压裂被广泛应用于决定岩石岩块内部压力和提高油藏产能。
理解水力压裂形成的机理，然后找到能够预测裂缝走向的水利压力几何参数，同时，起始压力对于压力的控制和提高油井产能同样重要。
不同的水力压裂理论被提出，使用时间最长的，应用最多的理论是由Hubbert和Wills(1957)提出的，尽管Haimson（1968）通过考虑流体渗透的影响而丰富该理论，这样的改进（Zoback 和Pollard）并没有对 Haimson 和Fairhurst(1969)和其他著作（Degue 和 Ladanyi,2000）出版的书中提出的水力压裂结论进行解答。
许多基于线性弹性压缩机理（LEFM）的理论也都被应用.这个理论在一个有限的空间内建立了一个受压的空隙体系，而且只存在两个对称的放射型裂缝。
不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟_杨天鸿
收稿日期:2002-10-28;修改稿收到日期:2003-06-20.基金项目:国家自然科学基金(50204003);湖南省自然科学基金重点项目(01JJY2041);湖南省教育厅重点基金项目(01A019);香港专项研究基金(HKU 7029/02E );国家自然科学基金重点项目(50134040)资助.作者简介:杨天鸿(1968-),男,博士后,副教授;唐春安*(1958-),男,博士生导师,长江学者特聘教授.第21卷第4期2004年8月 计算力学学报 Chinese Journal of Computational MechanicsV ol.21,N o .4A ug ust 2004文章编号:1007-4708(2004)04-0419-06不同围压作用下非均匀岩石水压致裂过程的数值模拟杨天鸿1, 唐春安*1, 芮勇勤2, 朱万成1, 李元辉1, 谭国焕2(1.东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳110006;2.香港大学土木工程系,香港)摘 要: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。
关键词:水压致裂;非均匀性;数值模拟;破裂过程中图分类号:T U 455 文献标识码:A1 引 言岩石水压致裂过程实际上就是水压驱动下微裂纹萌生、扩展、贯通,直到最后宏观裂纹产生导致失稳破裂的过程[1]。
研究其破坏过程有利于认识岩体含水节理的扩展、贯通机制,明确岩体损伤破裂与渗流相互作用的发生机理。
对于水压破裂最常用的解释是由Hubbert 和Willis [2]提出的。
岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究
岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究. .第卷第期岩石力学与工程学报 .,年月岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究赵阳升,万志军张渊,张宁,冯子军,董付科,武晋文,曲方.太原理工大学采矿工艺研究所,山西太原:.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 .淮阴工学院建筑工程学院,江苏淮安;.河北地质职工大学地质系,河北石家庄:.中国计量学院质量与安全工程学院,浙江杭州摘要:岩石热破裂是一类极为普遍的自然与工程现象。
利用“℃伺服控制高温高压岩体三轴试验机系统”进行砂岩和花岗岩在常温至℃范围内的声发射特征和渗透性演化规律的试验研究,揭示岩石的热破裂规区间,其热破裂存在一个清晰律与渗透性的相关特征,其结果如下:花岗岩和砂岩受热作用,在常温到的门槛值。
从声发射特征来看,永城细砂岩与鲁灰花岗岩的热破裂门槛值分别为℃和℃。
岩石热破裂门槛值之后,随温度升高,热破裂呈间断性与多期性变化特征,从常温到℃,既非单调增加,也非单调减少,一般存在个以上的峰值区间。
随着温度的升高,伴随岩石峰值破裂段的发生,岩石的渗透率也呈现出同步的多个峰值段,伴随着声发射平静期滞后出现渗透率相对降低区,但渗透率仍然维持在一个较高水平,而且随着声发射剧烈期出现次数的增加,渗透率愈来愈大。
关键词?岩石力学:花岗岩;砂岩;热破裂;声发射;渗透性?中圈分类号文献标识码文章编号,:,’,,,,,, ,;.. 砂,,, ,, ,:.玎,;., ,:, ,,, ,/:., ,,,/豇 .℃℃曲;:. . 玎., , ℃.℃,.段稿日期 ?一:●目日期基盒项目国家自然科学基金重点项目作者■介赵阳升一,男,博士,年毕业于山西矿业学院工程力学专业.现任教授、博士生导师、长江学者,主要从事采矿工程与岩石力学方面的教学与研究工作。
.万方数据第卷第期赵阳升,等.岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究℃ . .: . .【 .:;;: ; ;度升高到一时,大理石的渗透率会有显著的升高。
复杂耦合环境下非均质岩石细观破裂机制及全过程损伤本构模型研究
复杂耦合环境下非均质岩石细观破裂机制及全过程损伤本构模型研究大家好，今天咱们聊点儿不太常见的东西——复杂耦合环境下非均质岩石的细观破裂机制，以及什么是全过程损伤本构模型。
嗯，听着是不是有点儿高深？别急，慢慢跟我一块儿走，保证你听了之后明白，还能在茶余饭后跟朋友侃一侃。
咱们得知道岩石是怎么回事。
岩石啊，不是那种死气沉沉的东西，它可是个“大家庭”，里面包含了各种各样的矿物成分。
有的岩石颗粒粗，有的细；有的结构均匀，有的却乱七八糟的。
这种不同的岩石结构就像是我们生活中不同性格的人，有的做事很果断，有的则拖拖拉拉，甚至有的在压力面前就“崩溃”了。
所以说，岩石也不是那么简单，搞不好还会让你大吃一惊。
就像咱们做饭，锅里的油温一高，食材下去就开始“滋滋”作响，岩石在高温、高压、甚至是强烈震动的情况下，往往会发生类似的变化。
外部环境一变，岩石就开始裂开、碎裂，甚至崩解。
这就叫“破裂机制”。
但破裂可不是一蹴而就的，有时候是慢慢渗透出来的，就像咱们的压力积累，最终爆发。
破裂不是随随便便发生的，它是通过复杂的内力相互作用，慢慢累积的。
在这些力量的作用下，岩石的裂缝像蜘蛛网一样蔓延，直到它再也支撑不住，裂开。
不过，咱们不能光看岩石裂开了就算完。
我们还得了解背后发生了啥。
就像一个人的心情，外面看起来冷冰冰的，实际上内心早就“翻江倒海”了。
岩石也是一样，在它破裂的过程中，里面发生了一系列细微的变化：裂纹扩展、矿物碎片移动，甚至有些部分还可能重新结合成新的结构。
这些变化不是一眼就能看到的，但它们却是岩石破裂的真正“幕后英雄”。
而这时候，咱们就得用“全过程损伤本构模型”来分析这些过程。
“模型”这个词听起来有点儿抽象，其实简单来说，就是我们给这些看不见的变化赋予数字、方程，甚至是某种规律。
就好比你在做数学题，虽然看不见每一步的变化，但是你能通过方程推算出最终结果。
而这个“全过程损伤本构模型”就是帮助咱们预测岩石在各种环境下会发生怎样的变化。
不同非均质系数下的岩石孔-隙相互作用裂纹扩展过程模拟
不同非均质系数下的岩石孔-隙相互作用裂纹扩展过程模拟刘翔【摘要】针对现有研究较少涉及岩石的孔-隙相互作用规律,同时对岩石的非均质系数研究也较少这一问题,利用RFPA软件,对岩石的孔-隙相互作用进行研究,考虑岩石的不同非均质系数的影响.结果表明,岩石非均质系数对孔隙相互作用模式影响较大,不同非均质度下的岩石变形经历3个阶段.研究结果可为认识孔隙岩体的物理力学性质提供一定的参考.【期刊名称】《水利科技与经济》【年(卷),期】2019(025)005【总页数】5页(P48-52)【关键词】非均质系数;岩石;孔-隙相互作用;裂纹扩展;数值模拟【作者】刘翔【作者单位】建始县水利水电工程质量监督站,湖北建始 445300【正文语种】中文【中图分类】TU4520 引言裂隙与孔洞作为岩体的固有缺陷，广泛存在于岩体结构当中[1-2]，诸如围岩、巷道、隧洞等地下结构中均含有大量裂隙与孔洞，在复杂应力作用下这些缺陷将是影响工程结构稳定的潜在不利因素[3-5]。
对于裂纹或者孔洞在应力作用下的扩展贯通过程，国内外许多学者进行了大量的研究。
如王飞[6]对平行节理在双轴应力作用下的裂纹扩展过程进行了室内试验，对裂纹的扩展机理进行了描述；李竟艳[7]基于Abaqus软件对动态拉伸载荷下岩石材料泛形裂纹扩展进行了数值模拟研究；林力[8]利用Abaqus软件对粉煤灰混凝土开裂过程进行了数值模拟，并与试验结果进行对比，取得了较好的一致性。
但是上述研究却较少研究岩石的孔-隙相互作用，同时也较少涉及到岩石的非均质度的影响。
本文基于岩石损伤力学软件RFPA，对含裂纹及孔洞的岩石的孔隙相互作用进行数值模拟，同时考虑到岩石的非均质度的影响，得到孔-隙相互作用的裂纹扩展过程，为含孔-隙岩石的物理力学性质及灾害防护方面提供一定的参考。
1 计算理论1.1 脆性材料的破坏准则裂隙在受到双轴应力作用下，Griffith理论强度(裂隙发展理论)可以写成：(1)式中：σ1、σ3分别为最大、最小主应力；St为单轴抗压强度。
在碎裂流动的褶皱作用过程中的裂缝孔隙度和渗透率演变对同构造流体流动的影响.
在碎裂流动的褶皱作用过程中的裂缝孔隙度和渗透率演变对同构造流体流动的影响.Evolution of fracture porosity and permeability during folding by cataclastic flow: Implications for syntectonic fluid flow.在碎裂流动的褶皱作用过程中的裂缝孔隙度和渗透率演变对同构造流体流动的影响.ZesZeshan IsmatDepartment of Earth and Environment, Franklin & Marshall College, Lancaster, PA 17603, U.S.A.e-mail: zeshan.i smat@han IsmatRocky Mountain Geology, v. 47, no. 2, p. 133–155, 14 figs., 1 table, December 2012 (133-155)摘要：在中央犹他州，由于碎裂流动使大峡谷范围内的向斜被褶皱后继续收紧，在这里定义了一个中等规模尺度分布式的网络状的相互滑动的裂隙界面板块。
薄层的裂缝岩块表面覆盖许多微裂缝盖层。
不同世代的裂缝带可用于确定碎裂流动的横切的关系，并用于跟踪向斜褶皱的不同阶段。
许多裂缝带保留了在不同阶段流体流动证据（如铁氧化物析出物）。
一代又一代的石英岩和铁氧化物碎裂岩被长期保存在大峡谷范围内向斜的微裂缝中，裂缝与向斜存在横切关系，从而开发出三维动态模型的压裂和潜在的流体流动模型。
这项研究表明，孔隙度和渗透率之间不存在任何关系程度的联系，只是数量的叠加。
此外，轻微的岩性变化对相互联系的裂隙带的几何形状具有很大的影响。
关键词：峡谷范围，碎裂流动，流体流动，褶皱，透气性，孔隙度。
介绍：裂缝带和大型向斜结构之间的重要关系是褶皱和断裂，这不仅要了解褶皱和断裂运动学的演化，而且要用于预测构造油气藏和确定渗透管道的位置。
致密岩石变形破坏过程中渗透率演化的试验研究
Ｔｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ：１） ｔ ｈｅ ｒ ｏｃ ｋ
ｈａ ｓ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ ｕ ｎｌ ｉ ｋ ｅ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄｕ ｒ ｉ ｎｇ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ｄ ｅ ｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｔ ａ ｇｅ ｓ ；２） ｗｈｅ ｎ ｔ ｈｅ ｐ ｏ ｒ ｅ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｎ ｏｔ ｈ ｉ ｇｈ， ｒ ｏ ｃ ｋ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐｌ ａ ｙ ｓ ａ ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏｌ ｅ ｉ ｎ ｓ ｅ ｅ ｐａ ｇｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ；３）ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｓ ｂｅ ｔ — ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ＂ ｆ ａ ｉ ｌ ｕｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｓ ｍｏｒ ｅ ｓ ｅ ｎｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ Ｏ ｒ ｅ ｓ ｐｏ ｎｓ ｅ ｔ Ｏ ｔ ｈｅ ｃ ｈａ ｎｇ ｉ ｎｇ ｏｆ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
２ Ｏ Ｉ ３年 ４月
致 密 岩 石 变 形 破 坏 过 程 中渗 透 率 演 化 的 试 验 研 究
王 欣
京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
徐 卫 亚
贾朝 军 ’
（ １ ．河海 大学 岩 土工程科 学研 究所 ，南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ； ２ ．河海 大 学 岩 土力 学与堤 坝 工程 教 育部 重点 实验 室 ，南
摘要： 为 了研 究致岩 石在 变形 破 坏过 程 中的 渗透 率变 化 特 点 ， 利 用 自适 应 全 自动岩 石 三轴 试 验 机
岩石应力_应变过程中渗透率变化分析
图3
Fig. 3
岩样本构曲线与相应应变 -渗透率耦合曲线
The curves of stress-strain and coupling of strain-permeability
a— —岩石应力 -应变曲线； b— —岩石渗透率 -应变关系曲线
式中 k min 为渗透率最小值时对应的应变值，其将 渗透率-应变关系曲线分为两部分，上边 ( 0 ≤ ≤ k min )近似与岩石体积压缩过程相对应， 下
目前，岩体的水力学性能成为岩石力学研究的 一个重要内容，这是因为地下水对工程的安全和正 常运行起着至关重要的影响，例如坝基础、地下洞 室、岩石边坡、核废料储存等工程中，地下水在岩 体中的运移规律受到了高度重视。渗透率是反映水 在岩体介质中运移能力的重要参数。对于岩体介质 来说，渗透率会随着研究尺度的不同而有所变化， 例如对于岩体来说，其渗透性能主要受岩体结构控
Analysis of permeability variation during the stress-strain process of rocks
SUN Qiang1,2,3, ZHU Shuyun1, ZHANG Rui1,JIANG Chunlu1, QIAN Haitao4
(1. School of Resources and Geoscience, China university of Ming and Technology, Xuzhou 221116, China; 2. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 3. Key Laboratory of Engineering Geomechanics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; 4. Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China) Abstract: Considering the relation between permeability-strain curve and rock failure process, the relationship among permeability, strain and stress of rock is analyzed based on the permeability-strain curve and permeability-stress curve under complete stress-strain path. It is proposed that rock system gets its instability condition, when stress reaches the critical value. The experimental results verify the reasonableness of the analysis. The results show that the lowest rock permeability corresponds to the rock expansion point. The stress-strain path can be divided to three stages, which are compaction stage, expansion stage of pre-peak and post-peak stage. It is proposed that the change of rock permeability is caused by the interaction of the smaller micro-scale level burst, which resulted in the formation of permeable channel. Key words: rock mechanics; permeability; constitutive model; permeability-stress behavior
岩石损伤破坏过程中分形与逾渗演化特征_梁正召
第29卷 第9期 岩 土 工 程 学 报 Vol.29 No.9 2007年 9月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Sept., 2007 岩石损伤破坏过程中分形与逾渗演化特征梁正召1，唐春安1，唐世斌1，徐 涛1，左宇军2(1.大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024；2.东北大学工程力学研究所，辽宁 沈阳 110004)摘要：通过细观非均匀单元破坏事件的累积来反映岩石宏观上的逐渐损伤，而通过分析破坏单元的三维空间位置来建立岩石破坏过程中的分形和逾渗模型，并采用RFPA3D软件来模拟不同随机分布的岩石在单轴加载条件下的破裂过程，研究岩石在逐渐损伤破裂过程中的微破裂的分形与逾渗演化特征。
微破裂的分形和逾渗特征反映了岩石的非均匀程度，岩石损伤破裂分形维数随着均质度和单轴抗压强度的增加而变小。
逾渗分析也表明，在非均匀程度较高的岩石中破坏单元分布更为弥散。
当外加载荷逐渐增加时，破裂集团和分形维数都表现出逐渐增加的趋势，但外载达到临界值时，应力突然下降的同时伴随着破裂单元急剧增多、破裂集团合并减少以及微破裂、分形维数增加等突变行为。
模拟结果表明，岩石破裂过程中的分形和逾渗变化的规律性并不是偶然的，不同层次(不同尺寸)的岩石材料其力学行为具有的自相似性才是问题的本质。
关键词：分形；逾渗；非均匀性；三维数值模拟；破坏集团；突变行为中图分类号：TD853.34 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2007)09–1386–06作者简介：梁正召(1977–)，男，湖北孝感人，讲师，主要从事岩石力学及数值试验研究方面的工作。
E-mail: Z.Z.Liang@。
Characteristics of fractal and percolation of rocks subjected to uniaxialcompression during their failure processLIANG Zheng-zhao1, TANG Chun-an1, TANG Shi-bin1, XU Tao1, ZUO Yu-jun2(1. State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China; 2. EngineeringMechanics Institute, Northeastern University, Shenyang 110004, China)Abstract: The formation process of the cracks in the rocks, including the initiation, propagation and coalescence of the micro-cracks, was of statistical fractal features. It was considered that the failure of the elements would cause acoustic emission and micro-cracks which led to gradual damage of the rocks. The fractal model and percolation model were established by statistically analyzing the spatial distribution of the failure elements and AE event locations. The evolution of fractal dimensions and percolation were obtained by simulating the failure process of the heterogeneous rock samples with a numerical code RFPA3D. The fractal and percolation features of the micro-fractures were obviously influenced by heterogeneities. During the complete loading process, the fractal dimension decreased with the increase of the heterogeneity and the uniaxial compressive strength of the rock samples. There was an increase tendency of the number of failure clusters and fractal dimensions at the first loading stage. When the peak value of the loading was reached, the fractal dimensions increased to a certain value and the number of the failure clusters abruptly decreased due to the combination of the small failure clusters into large clusters. It was shown that the fractal and percolation features were formed due to the self-familiarity of the rock materials at different scale levels.Key words: fractal; percolation; heterogeneity; three-dimensional numerical simulation; failure cluster; catastrophic behavior0 引 言岩石材料的力学行为具有不确定性和不规则性、不同层次（不同尺寸）的岩石材料，其力学行为具有相似性。
非均质页岩水力裂缝的扩展机理及多裂缝均衡扩展优化方法研究
水压、流速、流量等水力条件是影响裂缝扩展的重 要因素。
裂缝扩展过程及模型
裂缝萌生
在岩石内部缺陷或应力集中处产生微裂纹 ，随着压力增加，微裂纹逐渐扩大。
裂缝贯通
宏观裂缝逐渐向上、下地层延伸，最终贯 通整个地层。
裂缝扩展
在剪切或拉伸作用下，微裂纹逐渐扩大并 连接成宏观裂缝。
裂缝网络形成
多个裂缝相互作用，形成复杂的裂缝网络 结构。
研究成果还发现，多裂缝均衡扩展优化方法可以 有效提高裂缝的扩展距离和速度，同时保证裂缝 扩展的稳定性，具有重要的实用价值。
通过对比不同因素对裂缝扩展的影响，发现裂缝 表面粗糙度对扩展距离和速度的影响较小，但却 是影响裂缝扩展稳定性的关键因素。
然而，该方法在复杂地质条件下的适用性和效果 仍需进一步研究和验证。
2
水力压裂技术是页岩气开发的关键技术之一， 而裂缝的扩展机理和优化方法是非均质页岩水 力压裂的核心问题。
3
目前，对于非均质页岩的水力裂缝扩展机理缺 乏深入的理解和掌握，同时多裂缝扩展的优化 方法也亟待研究。
研究意义
01
掌握非均质页岩水力裂缝的扩展机理，有助于提高页岩气开采 效率，减少环境污染。
02
研究成果与讨论
研究成果概述
01
发现了非均质页岩水力裂缝扩 展的独特机理，为后续研究提 供了基础。
02
创新提出了多裂缝均衡扩展优 化方法，有效提高了裂缝扩展 的效率和稳定性。
03
通过实验和模拟验证了研究成 果的可行性和优越性，证明了 方法的有效性和普适性。
结果分析与讨论
结果显示，非均质页岩水力裂缝的扩展主要受压 力、岩石力学性质和裂缝表面粗糙度等因素影响 ，其中压力是最重要的因素。
脆性岩石各向异性损伤和渗透性演化规律研究
第27卷第9期岩石力学与工程学报V ol.27 No.9 2008年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2008 脆性岩石各向异性损伤和渗透性演化规律研究胡大伟1，2，朱其志2，周辉1，邵建富1，2，冯夏庭1(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学和工程国家重点实验室，湖北武汉 430071；2. 里尔科技大学里尔力学实验室，法国里尔 59655)摘要：在压应力作用下，脆性岩石的渗透性随着裂纹的扩展而演化。
通过试验观察和微观机制分析，提出渗透系数计算方法。
在已建立的细观损伤力学模型的基础上，对摩擦准则和加载函数进行改进，采用改进模型模拟Lac du Bonnet花岗岩三轴压缩试验。
根据力学模型中得到的损伤变量和裂纹的法向、切向位移，引入连通系数描述裂纹扩展过程中，裂纹逐渐贯通形成渗流通道，采用立方定律作为单个裂纹中渗流方程，利用细观力学定义裂纹半径和等效开度，对各方向裂纹上的渗流速度进行平均化，得到渗透系数张量计算方法。
采用此方法对Lac du Bonnet花岗岩现场试验结果进行模拟，比较轴向和侧向渗透系数的不同演化规律，预测不同围压条件下轴向渗透系数的演化规律。
分析结果表明，模型的计算值与试验值非常吻合，验证了模型的适用性。
关键词：岩石力学；细观力学；各向异性损伤；渗透性演化；流固耦合中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)09–1822–06RESEARCH ON ANISOTROPIC DAMAGE AND PERMEABILITYEVOLUTIONARY LAW FOR BRITTLE ROCKSHU Dawei1，2，ZHU Qizhi2，ZHOU Hui1，SHAO Jianfu1，2，FENG Xiating1(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei430071，China；2. Laboratory of Mechanics of Lille，Lille University of Sciences and Technology，Lille59655，France)Abstract：Permeability in brittle rocks under compressive stress changes with crack growth. A method to calculate permeability evolution is presented，in which both experimental phenomenon and inherent mechanism of permeability evolution are taken into account. The mechanical model is based on the research of ZHU Qizhi et al，two modifications are applied to frictional criterion and potential function；and the modified anisotropic damage model is used to simulate triaxial compression test of Lac du Bonnet granite. According to damage variable and crack normal and tangential deformation obtained in mechanical model，a function of connectivity coefficient is used to describe the ratio of the crack involved in hydraulic flow to total number of crack，more and more cracks are involved in hydraulic flow when microcracks grow；the cubic law is used for seepage flow in a single crack，crack radius and equivalent aperture are defined by micromechanical result；a method is proposed to analyze permeability evolution in brittle rocks under deviatoric stress. The proposed method is employed to simulate in-situ permeability test of Lac du Bonnet granite. Comparison between axial and lateral permeability evolutions under increasing deviatoric stress is carried out；axial permeability evolution under different confining stresses is also predicted. It is shown that the numerical simulation results and experimental data are in good agreement.Key words：rock mechanics；mesomechanics；anisotropic damage；permeability evolution；hydro-mechanical coupling收稿日期：2007–10–08；修回日期：2008–06–22基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究项目(50579091)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412708)作者简介：胡大伟(1981–)，男，2004年毕业于沈阳工业大学建筑工程学院，现为博士研究生，主要从事岩石细观力学、流固耦合试验和理论方面的研究工作。
白云岩储层的非均质性和渗透性
白云岩储层的非均质性和渗透性白云岩是一种具有非常特殊岩石特征的碳酸盐岩，其储层非均质性和渗透性对于油气勘探与开发来说至关重要。
了解并掌握白云岩储层的非均质性和渗透性对于有效开发该区域的油气资源具有重要意义。
本文将对白云岩储层的非均质性和渗透性进行详细探讨。
首先，白云岩储层的非均质性是指在储层中存在着空间上的不均匀分布特征。
白云岩层在地质历史演化过程中，受到了多种复杂的构造和岩石学因素的影响，导致其储集层的垂向和水平方向上存在着不同程度的非均质性。
非均质性的主要表现形式包括孔隙度和渗透率的空间变异、脆性岩石的发育以及不同岩相的存在等。
了解和研究这些非均质特征对于评价储层的开发潜力，制定合理的开发方案具有重要意义。
其次，白云岩储层的渗透性是指岩石孔隙中流体流动的能力，也是判断储层含油气性能的重要依据。
白云岩层的渗透性受到多种因素的影响，主要包括岩石的孔隙度、孔隙连通方式、岩石孔隙中的流体粘度和温度等。
白云岩储层的孔隙度一般较低，但其孔隙结构多样，可以通过孔隙连通方式的研究来分析渗透性的特征。
此外，不同的岩石成分和结构也会对渗透性产生显著影响，如脚层和水平缝等特殊构造对渗透性的改善具有重要作用。
白云岩储层的非均质性和渗透性对于油气的勘探和开发具有重要影响。
首先，非均质性的存在导致储层中不同地区的油气分布不均匀，有些地区可能存在高渗透性的储层，而有些地区则可能存在低渗透性的储层，这对于确定开发方案和确定开发区域具有重要意义。
其次，了解储层的非均质性可以评估采油技术的适用性，如水平井、酸化、压裂等技术对于非均质储层的开发有着重要的意义。
此外，渗透性的了解也可以提供有关采油方法的指导和优化，以提高储层的开发效果。
白云岩储层的非均质性和渗透性是油气勘探开发中不可忽视的关键因素。
准确研究白云岩储层的非均质性特征以及渗透性分布具有重要意义。
为了确定储层的非均质性，我们可以通过岩心分析、测井解释、地震反演和流体包裹体研究等多种方法。
岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究
岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究岩石破裂过程渗透性质及其与应力耦合作用研究岩石是地壳中常见的固体材料之一，其受到外力作用时有可能发生破裂现象。
破裂过程中，岩石内部的渗透性质起着重要的作用，并且受到应力的耦合作用影响。
本文将探讨岩石破裂过程中渗透性质的变化以及与应力的耦合作用。
首先，岩石破裂过程中的渗透性质对于岩石内流体的运动以及地下水资源的开采具有重要意义。
在岩石遭受应力作用时，岩石的孔隙和裂隙会发展和扩张，从而导致孔隙连通性的改变。
当岩石内部的孔隙和裂隙连通性增加时，岩石的渗透性也会增加，地下水等流体可以更容易地通过岩石透过。
这种渗透性变化会直接影响岩石内部的流体运动模式和地下水资源的分布。
其次，岩石破裂过程中的渗透性质与应力的耦合作用密切相关。
应力是岩石破裂的主要驱动力，岩石受到应力作用时会发生变形和破裂。
当岩石受到拉应力作用时，渗透性主要受到拉应力的影响，岩石内部的孔隙和裂隙会发生拉伸和扩张，渗透性增加。
而当岩石受到剪应力作用时，渗透性主要受到剪应力的影响，岩石内部的孔隙和裂隙会发生错动和滑动，渗透性也会发生变化。
因此，研究岩石破裂过程中的渗透性质必须考虑应力的耦合作用。
最后，通过实验和数值模拟的方法可以对岩石破裂过程中渗透性质及其与应力耦合作用进行研究。
实验可以使用岩石力学试验仪对岩石样本进行力学和渗透性能测试，得到岩石在不同应力作用下的渗透性变化规律。
数值模拟可以通过建立岩石的物理力学模型和渗流模型，对岩石破裂过程中应力和渗透性的关系进行模拟和分析。
综上所述，岩石破裂过程中的渗透性质及其与应力的耦合作用是一个复杂且重要的研究课题。
深入了解岩石破裂过程中的渗透性变化规律以及与应力的耦合作用，对于地下水资源的开发利用、岩石工程设计和地质灾害防治等领域具有重要的理论和实际意义综上所述，岩石破裂过程中的渗透性质及其与应力的耦合作用对于岩石内部的流体运动模式和地下水资源的分布具有重要影响。
非均质性页岩水力压裂裂缝扩展形态研究进展
第30卷第4期油气地质与采收率Vol.30，No.4 2023年7月Petroleum Geology and Recovery Efficiency Jul.2023引用格式：魏海峰.非均质性页岩水力压裂裂缝扩展形态研究进展[J].油气地质与采收率，2023，30（4）：156-166.WEI Haifeng.Research progress on fracture propagation patterns of hydraulic fracturing in heterogeneous shale[J].Petroleum Geol‐ogy and Recovery Efficiency，2023，30（4）：156-166.非均质性页岩水力压裂裂缝扩展形态研究进展魏海峰（中国石化发展计划部，北京100000）摘要：水力压裂是目前中国构建页岩油气储层复杂裂缝网络的主要技术之一，而页岩储层内部矿物组分差异以及不连续界面（层理、天然裂缝）的广泛分布使其具有强烈的非均质性，直接影响并制约了储层水力压裂改造效果。
基于页岩微观矿物组分非均质性和宏观结构非均质性2方面，系统阐述了水力压裂裂缝扩展形态的研究进展。
首先，分析了矿物组分差异引起的脆性程度对水力压裂裂缝扩展形态的影响；其次，总结了影响水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用模式的关键地质因素和工程因素，探讨了水力压裂裂缝与天然裂缝相互作用机制；最后，研究了页岩层理对水力压裂裂缝穿层扩展的影响机理，阐述了层理面倾角、胶结强度及密度等关键参数对层理面开裂、水力压裂裂缝穿层和扩展形态的影响规律。
综述了现阶段非均质性页岩水力压裂研究中存在的问题及发展趋势，为压裂设计优化提供了重要的理论依据。
关键词：非均质性；矿物组分；天然裂缝；层理面；水力压裂文章编号：1009-9603（2023）04-0156-11DOI：10.13673/j.pgre.202306005中图分类号：TE357.1文献标识码：AResearch progress on fracture propagation patterns ofhydraulic fracturing in heterogeneous shaleWEI Haifeng（Development Planning Department，SINOPEC，Beijing City，100000，China）Abstract：Hydraulic fracturing techniques have been widely used in China to create complex fracture networks in shale reservoirs，while shale reservoirs exhibit high heterogeneity due to the difference in mineral compositions and the widespread presence of dis‐continuous interfaces（beddings and natural fractures），which directly affects and constrains the hydraulic fracturing effects in reser‐voirs.Based on the heterogeneity of microscopic mineral composition and macroscopic structure of shale，the research progress of fracture propagation patterns of hydraulic fracturing is systematically described.Firstly，the impact of brittle degree caused by min‐eral composition differences on the fracture propagation patterns of hydraulic fracturing is analyzed.Secondly，the key geological and engineering factors affecting the interaction modes between fractures by hydraulic fracturing and natural fractures are summa‐rized，and the interaction mechanisms between fractures by hydraulic fracturing and natural fractures are discussed.Finally，the in‐fluence mechanisms of shale bedding on the fracture propagation of hydraulic fracturing is studied，and the influence law of key pa‐rameters such as bedding plane inclination，cementation strength，and density on the bedding plane cracking and fracture penetra‐tion and propagation patterns of hydraulic fracturing is expounded.This paper reviews the existing problems and development trends in the research on hydraulic fracturing of heterogeneous shale and provides an important theoretical basis for the optimization of fracture design.Key words：heterogeneity；mineral composition；natural fractures；bedding plane；hydraulic fracturing页岩气作为常规能源的重要补充，其规模化开发促进了全球能源结构的调整和改变。
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具体取值见表 1 所列
图 3 岩石试件受力 渗透率以及声发射全过程曲线 Fig.3 Numerically obtained relationship among load permeability loading step and the associated acoustic emissions of the sample
2002 年 3 月 27 日收到初稿 2002 年 6 月 19 日收到修改稿 * 国家自然科学基金重点项目 (50134040)与国家自然科学基金(50204003)资助课题 作者 杨天鸿 简介 男 34 岁 博士 1991 年毕业于中国矿业大学 现为副教授 主要从事岩石力学方面的科研和教学工作 Email yang_tianhong@
否
k0 − k
ω? 是
弹性模量进行刚 度退化处理 是
(4)
渗流-应力关系方程 k (σ p) = k 0e (5)
通过强度准则判断 单元是否破坏 否 结束
当单元的应力达到 Mohr-Coulomb 或抗拉强度 时 单元的弹性模量进行刚度退化处理 同时 渗
图 1 F-RFPA2D 计算流程图 Fig.1 Flow chart of F-RFPA 2D
= L
q ( P)
1
渗透系数/m ·s
泊松比 ν
孔隙水压力系数 α
渗透系数 k 按照威
800
1
(8) L 为试件的
q 为通过试件的总流量
P 为试件两端的水压力差
第 23 卷 第 5 期 2004 年 3 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
23(5) 758 762 March 2004
非均匀岩石破裂过程渗透率演化规律研究*
杨天鸿 唐春安 李连崇 朱万成
(东北大学岩石破裂与失稳研究中心 沈阳 110006)
时候渗透系数 -应变曲线图和应力-应变曲线以及声
轴向位移加载 出水口
伴随水力压裂过程被记录下来 力应变一同绘制成曲线
3
数值结果和讨论
围压
岩样 围压
3.1 数值模型 数值模型几何尺寸以及加载条件和试验模 型 m 宽 50 mm 总共 160
[11 13 15]
一致
采用二维平面应力模型 m
长 80
进水口
p 为孔隙水压力
δ ij 为 Kronecker 常数
Kij 为渗透系数
λ 为剪切模量和拉梅系数
为总应力 有效应力和总应变 ξ 为渗透率突跳系数
α 为孔隙水压力系
单元分离时模拟裂纹生
ξ = 100 单元接触时模拟裂纹闭合 ξ = 0.01
可由试验确定 2.2 数值模拟分析系统计算方法 本文所用的数字模型在文[17] 中已做详细的描 述 它基于 Biot 固结理论和修正 Terzaghi 的有效 应力概念 同时考虑了应力 (损伤前)和损伤变量( 损 伤后 )对渗透率的影响 开发出二维的岩石失稳过程 渗流- 应力 -损伤耦合分析程序( F-RFPA2D )[19] 这个 软件可以对渗透性不均质岩石水力破裂过程中裂纹 的萌生 扩展 崩溃过程进行分析 细观破坏产生 过程中渗透性质的演化进程见图 1 由于在远离裂 缝端部高压力集中区的地方 可能存在低强度单 元 所以可能在破裂区域的邻近部位出现微裂隙 这对被水泡和的非均匀材料是完全可能的 这些次 生裂纹的增生会影响贯通破裂的路径 的水力压裂模型认为 文[20] 提出 破裂区的液体压力只能通过
摘要
应用自主开发的数值模拟系统 通过数值试验 很好地描述了岩石破坏损伤演化过程中渗流场变化规律 结果表明 非
包括岩石在应力 -应变曲线不同阶段的渗透率演化规律 非均匀性对渗流场分布和渗透率的影响 均匀性对岩石的应力峰值强度 峰值前后渗透性演化规律及其破裂机制的影响十分明显 关键词 分类号 渗流力学 TU 455 岩石破裂 渗透率 非均匀性 文献标识码 A F-RFPA2D 系统 文章编号 1000-6915(2004)05-0758-05
1
引
言
天然岩体是由多种矿物晶粒 胶结物和孔隙 裂隙缺陷等组成的非均质材料 它在渗流与应力相 互作用下的变形 破坏是以裂纹与其他孔隙缺陷结 构相互作用过程中的萌生 扩展和贯通为主要表现 形式的 该问题的研究是岩石力学 水力学领域的 热点问题和前沿课题 具有重大的理论价值和工程
尽管研究裂隙岩体渗流 - 应力耦合的模型和程 序较多 如文[2 5] 等建立相应的耦合模型并应用 于工程实际 取得了重要进展 但都局限于分析宏 观裂隙网络 ( 从单裂隙到裂隙网络 ) 中应力应变状 态 涉及到岩石中裂纹的萌生 扩展和贯通过程中 渗透率的演化及其与应力的耦合作用的模型较少 尤其是对应力诱发损伤演化的破裂与流体渗透的耦 合机制 缺乏深入的认识和分析计算手段[6]
STUDY ON PERMEABILITY EVOLUTION IN FAILURE PROCESS OF INHOMOGENEOUS ROCK
Yang Tianhong Tang Chun an
(Centre for Rock Instability and Seismicity Research
透系数按下式相应地增加[12] 数相应减小[9]
单元接触时 渗透系
不存在于隔离的较好的饱和的岩石材料 破裂单元
万方数据
• 760 •
岩石力学与工程学报
2004 年
的数量和弹性能的释放与声发射(AE)具有一致性 即认为在单元损伤破裂时释放的弹性能即为声发射 的能量 破坏单元的数量为声发射次数[21] 它们也 这些信息将随着应 可为失稳预测提供依据
2
数值模拟系统简介
贯通裂纹把全部压力加到它的表面或尖端 水压力
开始
[17]
2.1 渗流- 应力耦合模型的基本方程 对渗流中流-固耦合问题 基本方程 平衡方程 ∂σij + ρXj = 0 ∂xii 几何方程 1 ε ij = (u i 2 本构方程 ′ = σ ij − αpδ ij = λδ ij ε v + 2Gε ij σ ij 渗流方程 Kij ∇ 2 p = 1 ∂p ∂ε −α v Q ∂t ∂t
(6) H 为 Biot 常数[18] β 为耦合 ′ ε ij σ ij σ ij
裂过程中孔隙结构变化引起渗透性演化规律及其对 宏观力学行为的响应 压作用下花岗岩的渗透率变化规律 开创了结合应 力状态研究岩石渗透率的先例 大量关于岩石应力应变渗透率方面的试验研究工 作 认识到岩石材料的破坏及其渗透性质是一个与 细观损伤演化和宏观裂纹产生密切相关的过程 在 这些成果中 型 文[10 11]的成果具有一定的代表性 他把砂岩的应力应变- 渗透率关系归纳成 3 种类 但没能对其原因进行详细的讨论 岩石材料应力应变 - 渗透率全过程分析仍然局 限于试验研究 目前 能够描述岩石破裂过程的数 值计算力学模型较少 同时 实验结果的局限性表 现为只能归纳出唯象的经验 而且很难直观扑捉到 试件破裂过程应力场和渗流场演化的动态图像 数 值模拟方法不但是获取这些信息的有力工具 而且 可以对相关参数进行系统的分析 它能帮助人们认 识岩石破裂演化过程的复杂机制
荷载/ N AE 荷载 渗透系数 第 第 40 第 400 58 第 64
布尔随机分布 m s ϕ= s 0 s0 式中 均值 s 分别为 E0
m −1
s m exp − s0 k
(7)
σc
s0 为与之相对应的平 m 就是用来描述试样
σ / 3−α p − β( ii ) H
为
赋初始值与迭代误差ω
( i j = 1 2 3)
(1)
用式(4)进行渗流计算得到 p
用式(3)进行应力计算得到σ
j
+ uj i)
ε v = ε 11 + ε 22 + ε 33
(2)
通过式(6)改变
k ⇒ k0
用式(5)计算得到渗透系数 k
渗透系数 k
(3)
Li Lianchong Zhu Wancheng
Shenyang 110006 China )
Northeastern University
Abstract The phenomena of progressive failure leading to the collapse of the rocks can be simulated well by author-developed software F-RFPA 2D. The simulated permeability variation in stressed rocks agrees well with the experimentally obtained results. Numerical results demonstrate that the trend and magnitude of the permeability variation are controlled by the stress and the damage evolution developed in rocks. The stress induced evolution of flow properties and the regions of both diminished and enhanced flow depend on whether the rock is in the linear-elastic nonlinear or post-failure portions of the stress-strain curve. In elastic deformation region rock permeability reduces when the rock is compacted. The decrease rate of the permeability starts to slow down or gradually increases again when micro fractures begin to nucleate. Dramatic permeability increment occurs as soon as the macro fracture forms in the rock. Key words seepage mechanics rock failure permeability homogeneity F-RFPA 2D 应用背景[1]