底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害,现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象,仅对初始地应力状态进行了分析。因此,鉴于有限元-离散元耦合数值方法(finite-discrete element method,简称FDEM)在模...底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害,现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象,仅对初始地应力状态进行了分析。因此,鉴于有限元-离散元耦合数值方法(finite-discrete element method,简称FDEM)在模拟岩体材料弹塑性连续变形和断裂失效非连续变形以及破碎块体接触方面的优越性,采用FDEM数值模拟方法研究了隧道底板渐进破裂碎胀大变形演化机制,并研究了地应力侧压系数、围岩体抗拉强度和底板位置对底鼓机制的影响。结果表明:(1)隧道底板底鼓力学机制为围岩的破裂碎胀性大变形,可简述为隧道开挖导致径向应力降低、切向应力升高,当升高的切向应力超过岩体强度时便产生共轭剪切破裂并伴随拉伸断裂,最大切向应力不断向深处完整围岩演化直至与岩体强度达到极限平衡状态,剪切裂隙也随之不断向深处扩展,深部块体推挤浅部块体向隧道空间移动并产生大量空隙,发生体积膨胀现象,造成底鼓灾害;(2)根据地应力侧压系数和围岩体抗拉强度的不同,可归纳出5类不同的底板破坏模式,但都可归结为由于最大切向集中应力造成的破裂碎胀性大变形。修正了原有底鼓力学机制未考虑应力释放、转移和集中等应力演化现象的不足,提出了一种新的基于渐进破裂碎胀性大变形的底鼓力学机制,为隧道底鼓机制的研究提供了一种新视角。展开更多
我国煤层渗透率低且地质条件复杂,采用常规油气储层改造的开发方式难度大、技术适应性差。近年来,基于应力释放的煤层气改造新方法“煤层气水平井水力喷射造穴”很好地解决了这一技术瓶颈问题,但是造穴卸压—增渗的作用机制及其主控地...我国煤层渗透率低且地质条件复杂,采用常规油气储层改造的开发方式难度大、技术适应性差。近年来,基于应力释放的煤层气改造新方法“煤层气水平井水力喷射造穴”很好地解决了这一技术瓶颈问题,但是造穴卸压—增渗的作用机制及其主控地质因素尚不明晰。为此,考虑了煤岩层理和天然裂隙的影响,采用有限元—离散元耦合方法(Finite-Discrete Element Method,FDEM)建立了煤层气水平井扇形洞穴完井数值模型,探究了造穴后岩体的应力演化历程和储层的卸压—增渗机制,并对比分析了不同储层参数(孔隙压缩系数、储层强度、弱面强度和地应力场)对应力释放的影响规律。研究结果表明:(1)围岩演化过程为造穴后岩体收缩,储层发生应力重构,围岩强度逐渐降低,岩体内部发生新生裂隙萌生和原生裂隙扩展,形成开挖损伤区和应力释放区;(2)参数敏感性分析表明孔隙压缩系数是决定造穴完井储层适应性的关键,弱面强度、储层强度和地应力场分布决定了围岩的应力演化模式和裂缝扩展形态;(3)造穴卸压后储层增渗机制为穴周裂缝提升导流能力,储层应力释放提升基质渗透率。结论认为,模型首次综合考虑了地层特点、造穴过程和煤岩裂隙的影响,研究结果揭示了煤层造穴后的应力演化过程及其卸压、增渗作用机制,深化了对煤层气水平井洞穴完井增产机理的认识,对我国煤层储层改造具有重要的工程参考价值。展开更多
文摘底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害,现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象,仅对初始地应力状态进行了分析。因此,鉴于有限元-离散元耦合数值方法(finite-discrete element method,简称FDEM)在模拟岩体材料弹塑性连续变形和断裂失效非连续变形以及破碎块体接触方面的优越性,采用FDEM数值模拟方法研究了隧道底板渐进破裂碎胀大变形演化机制,并研究了地应力侧压系数、围岩体抗拉强度和底板位置对底鼓机制的影响。结果表明:(1)隧道底板底鼓力学机制为围岩的破裂碎胀性大变形,可简述为隧道开挖导致径向应力降低、切向应力升高,当升高的切向应力超过岩体强度时便产生共轭剪切破裂并伴随拉伸断裂,最大切向应力不断向深处完整围岩演化直至与岩体强度达到极限平衡状态,剪切裂隙也随之不断向深处扩展,深部块体推挤浅部块体向隧道空间移动并产生大量空隙,发生体积膨胀现象,造成底鼓灾害;(2)根据地应力侧压系数和围岩体抗拉强度的不同,可归纳出5类不同的底板破坏模式,但都可归结为由于最大切向集中应力造成的破裂碎胀性大变形。修正了原有底鼓力学机制未考虑应力释放、转移和集中等应力演化现象的不足,提出了一种新的基于渐进破裂碎胀性大变形的底鼓力学机制,为隧道底鼓机制的研究提供了一种新视角。
文摘我国煤层渗透率低且地质条件复杂,采用常规油气储层改造的开发方式难度大、技术适应性差。近年来,基于应力释放的煤层气改造新方法“煤层气水平井水力喷射造穴”很好地解决了这一技术瓶颈问题,但是造穴卸压—增渗的作用机制及其主控地质因素尚不明晰。为此,考虑了煤岩层理和天然裂隙的影响,采用有限元—离散元耦合方法(Finite-Discrete Element Method,FDEM)建立了煤层气水平井扇形洞穴完井数值模型,探究了造穴后岩体的应力演化历程和储层的卸压—增渗机制,并对比分析了不同储层参数(孔隙压缩系数、储层强度、弱面强度和地应力场)对应力释放的影响规律。研究结果表明:(1)围岩演化过程为造穴后岩体收缩,储层发生应力重构,围岩强度逐渐降低,岩体内部发生新生裂隙萌生和原生裂隙扩展,形成开挖损伤区和应力释放区;(2)参数敏感性分析表明孔隙压缩系数是决定造穴完井储层适应性的关键,弱面强度、储层强度和地应力场分布决定了围岩的应力演化模式和裂缝扩展形态;(3)造穴卸压后储层增渗机制为穴周裂缝提升导流能力,储层应力释放提升基质渗透率。结论认为,模型首次综合考虑了地层特点、造穴过程和煤岩裂隙的影响,研究结果揭示了煤层造穴后的应力演化过程及其卸压、增渗作用机制,深化了对煤层气水平井洞穴完井增产机理的认识,对我国煤层储层改造具有重要的工程参考价值。
