一、井筒支护开裂形成及扩展的断裂力学分析（论文文献综述）
王滕[1]（2021）在《粘土地层盾构掘进泥水劈裂压力及伸展路径研究》文中指出盾构技术已经在我国地铁、公路、铁路、输水、电力管道等基础建设中发挥着巨大的作用。泥水盾构是现代盾构法中的重要分支,在世界范围内得到了广泛的应用。我国大型越江海软土隧道几乎都采用了泥水盾构工法。越江海盾构隧道施工设计受地质条件、工程造价等因素限制,隧道覆土厚度往往较薄,防止小覆土条件下地层水力劈裂的发生对保证水下盾构隧道施工安全具有重要意义。鉴于此,本文采用理论分析、模型试验和数值模拟相结合的方法,对粘土地层泥水劈裂压力与裂缝伸展路径进行研究,论文的主要工作如下:（1）基于正交试验,研制了不同强度人造粘土的材料配比,并通过基本土工试验及改进后的粘土断裂韧性测定试验,测得人造粘土的物理力学参数,为粘土地层泥水劈裂研究提供参数取值依据。在此基础上,基于自主研发的三轴劈裂仪对粘土试样进行劈裂试验,揭示了加载条件、试样尺寸、试样强度、泥水粘度对启裂压力的影响规律,结果表明,启裂压力受轴压影响较小,随围压和剪切强度的增大线性增大,随厚径比和泥水粘度的增大而增大,但增长速度变缓。通过总结启裂压力的变化规律,提出了启裂压力计算公式,为盾构泥水压力的设定提供理论依据。（2）研制了一套观测试样劈裂过程及裂缝形态的大型劈裂试验装置,并对大尺寸粘土试样进行了劈裂试验,分析了裂缝在伸展过程中的泥水压力及伸展路径,揭示了泥水粘度及应力状态对裂缝伸展压力及伸展路径的影响规律。结果表明,泥水粘度较小时,裂缝伸展过程中劈裂压力基本不变;泥水粘度较大时,裂缝伸展过程中劈裂压力逐渐增大;伸展压力与启裂压力随泥水粘度及应力状态的变化规律基本一致;试样劈裂时裂缝自盲孔底部以一定角度斜向上伸展,裂缝倾角受应力状态影响较大。（3）基于断裂力学基本原理,对ABAQUS扩展有限元进行了二次开发,实现了张拉-剪切组合破坏准则的嵌入,建立了泥水劈裂数值模型,通过对粘土泥水劈裂模型试验以及现场劈裂试验进行模拟分析,验证了泥水劈裂模型的准确性,研究了粘土地层泥水劈裂裂缝形态及地层破坏类型。结果表明,粘土地层泥水劈裂主要为剪切破坏,裂缝与最大主应力夹角约为45°+φ/2。（4）基于张拉-剪切组合破坏准则,建立了盾构掘进泥水劈裂裂缝伸展模型,模拟了粘土地层盾构掘进泥水劈裂过程,阐明了裂缝伸展过程中裂缝水压的变化规律,揭示了水压、覆土厚度、地层剪切强度和泥水粘度等因素对裂缝伸展压力及伸展路径的影响规律。在此基础上,结合扩展有限元与粘聚力单元建立盾构泥水劈裂三维数值模型模拟裂缝三维动态伸展过程,探明了裂缝三维伸展路径及形态,揭示了隧道直径、覆土厚度、泥水粘度和泥水注入速度对裂缝三维细观形态的影响规律。（5）采用泥水劈裂伸展模型模拟泥水盾构穿越水底冲槽区时地层启裂及伸展过程,分析了冲槽深度、水深及冲槽位置对地层启裂及伸展路径的影响规律,揭示了启裂压力、伸展压力及泥水注入量的变化规律,提出了防止冲槽区泥水劈裂发生与伸展的相关措施。
杨钊[2]（2021）在《锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型》文中研究表明通过总结相关研究成果发现,在岩石工程运用锚杆支护本质上是让锚杆（索）同各类裂隙发生作用。主要体现在:（1）锚杆可以一定程度上抑制围岩微裂隙的萌生和发展。（2）在边坡治理工程中进行锚固,可以防止已有裂隙失稳扩展和抑制弯曲变形中微裂隙萌生发展。（3）拉拔力作用下锚杆锚固界面微裂隙萌生发展。然而目前针对岩石工程中锚杆与裂隙发生作用的解析研究还没有完全成熟,故通过损伤与断裂力学理论与实证展开研究,创新点和研究成果如下:（1）在前人研究基础上推导出考虑地下工程围岩开挖卸载发生损伤时的端头锚固和全长锚固锚杆锚固圆形洞室解析解。参数分析表明,当锚杆锚固端进入塑性区后,再增加锚杆长度对于支护效果没有明显提升。当锚杆长度足够时,减小锚杆间距比增长锚杆角度更有效。（2）结合损伤力学可以反映围岩剪切刚度在塑性区随围岩径向深度逐渐变化的过程,突破了前人研究时在塑性区将围岩剪切刚度假定为一常数的障碍,改进了地下工程全长锚固锚杆的受力模型。通过算例分析得出:考虑围岩损伤在相同情况下会使全长锚杆的轴力大于前人假定岩体为理想弹塑性的情况。（3）结合围岩损伤并根据锚固力大小简单地将锚杆等效成各类约束,将喷层等效为梁进行分析。通过工程案例分析得出:锚固力的大小是保持巷道稳定的关键。但塑性区围岩损伤较大时,锚喷支护即使能发挥较强支护效果,加固后的围岩强度还是小于围岩损伤程度较低时的情况。（4）通过权函数理论提出一种边缘裂隙在集中力作用下的应力强度因子表达式,运用在关键张裂缝和危岩主控结构面的锚固止裂分析中。结合工程案例,对锚固止裂效应和方法的可用性进行了分析和论证,阐明了锚固止裂效应的机制是通过锚固力让裂隙的应力强度因子减小,变相增加岩石的断裂韧度。引入损伤力学分析了锚索对于板裂结构边坡弯曲失稳的抑损止裂作用。（5）在研究界面剪切刚度劣化规律的基础上,确定了锚筋-锚固剂界面（下文称为第一界面）的随机微裂隙强度服从Weibull类分布,在此基础上提出了Weibull族类统计损伤力学剪切滑移模型,并通过试验数据进行了验证。该模型不仅适用于各类第一界面,对于锚固剂-地层界面（下文称为第二界面）也适用。
赵凯凯[3]（2021）在《坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究》文中提出本文以煤矿坚硬顶板区域压裂裂缝为研究对象,采用理论分析、数值模拟、实验室试验、井下试验相结合的方法对水力裂缝三维扩展机理进行系统研究。论文研究内容包括六个方面:（1）水力裂缝起裂特征;（2）钻孔周边水力裂缝三维扩展特征;（3）层状岩体中水力裂缝越层扩展特征;（4）水力裂缝与天然裂缝交互作用;（5）多缝扩展缝间干扰机制;（6）坚硬顶板区域压裂井下试验。通过论文研究,主要取得以下结论:（1）在裂缝与主应力方向存在夹角且非等压条件下,水力裂缝起裂后均向较大主应力方向偏转。裂纹起裂角随水压和侧压系数的增加而逐渐减小。随裂纹倾角增加,起裂角先增加后减小。起裂角随裂纹长度增加而增加。临界水压随裂纹长度的增加而逐渐减小。临界水压随裂纹倾角和侧压系数增加而逐渐增加。临界水压随断裂韧度增加呈单调递增趋势。（2）钻孔方位改变导致钻孔周边裂缝扩展形态产生多样变化,但整体上裂缝趋向沿垂直最小主应力的平面扩展。低应力比条件下,钻孔孔身容易产生多条裂缝分支,裂缝扩展并无明显优势方向。随应力比增加,主裂缝分支逐渐减少,裂缝分支趋于沿最大主应力方向扩展。预制切槽压裂条件下,水力裂缝沿切槽扩展后会逐渐偏转至垂直于最小主应力的平面。裂缝最终扩展方向不受起裂方式的控制,地应力场主导水力裂缝的主要扩展方向。（3）水力裂缝能否在相邻层中扩展,取决于缝尖应力强度因子及缝内水压。当相邻层具有较高断裂韧度、高水平主应力或低弹性模量,裂缝在相邻层中扩展受到阻碍,而在本层中的扩展则增强。层间界面剪切滑移导致缝尖钝化,界面张开引起流体损失,双重效应抑制了水力裂缝穿越层间界面。裂缝形态近似为椭圆,岩性差异可能促进或抑制裂缝扩展,进而产生不规则形态。（4）裂缝缝尖应力扰动和流体侵入均可能激活天然裂缝,导致其张开或剪切滑移。天然裂缝开启为流体提供了流动空间,天然裂缝剪切滑移则削减了裂缝缝尖应力集中,进而导致裂缝扩展受阻。随着粘聚力、内摩擦角、应力差、逼近角、流体黏度和注入速率的增加,剪切激活面积逐渐减少,水力裂缝倾向于穿越天然裂缝。水力裂缝穿越天然裂缝可分为五个阶段:逼近、侵入、水压累积、非连续扩展、连续扩展。各阶段主导破裂模式的变化表明水力裂缝扩展遵循最小阻力原理。（5）已开启的裂缝会在其周围产生诱导应力,导致应力各向异性程度降低,甚至造成主应力方向反转,从而使得相邻裂缝偏转或分叉。低应力差下,水力裂缝受诱导应力干扰强烈,表现为裂缝弯曲程度较高并可能诱发次级裂缝。高应力差下,缝间干扰程度显着降低,裂缝扩展轨迹更为平直。高弹性模量会增强相邻裂缝之间的干扰作用,引起裂缝剧烈偏转并诱发次级裂缝。提出了一种新型交错压裂法,在两侧布置裂缝同步压裂,压裂完成后在中间压裂新裂缝,利用两侧裂缝产生的叠加诱导应力迫使中间裂缝转向。（6）胡家河煤矿坚硬顶板区域水力压裂试验结果表明:区域压裂宏观裂缝的空间展布方位受地应力场控制。试验点附近应力场特征为σH>σv>σh,主裂缝倾向垂直于σh方向扩展。裂缝整体形态接近垂直方向,主裂缝平均走向为N95°E。裂缝以起裂段为中心向外辐射状分布。主裂缝平均面积约为1.5×104m2,区裂缝平均扩展速度约为152m2/min。水压曲线包括三个典型阶段,即起裂阶段、回落阶段、平稳扩展阶段。区域压裂平均峰值破裂压力约为29.1 MPa,平均延伸压力约为23.2 MPa。
陈劲韬[4]（2021）在《凿井期深大冻结井筒内壁混凝土开裂机理细观数值计算》文中提出为研究凿井期深大冻结井筒内壁混凝土开裂机理,将井壁的细观结构损伤破坏同其宏观力学响应构建联系,从细观角度出发,通过分层游走法建立了基于随机骨料随机参数的混凝土井壁细观数值模型,模拟了井壁在浇筑过程中因水化热及自收缩原因发生开裂的全过程,得到了凿井期深大冻结井筒内壁混凝土开裂机理,并对内壁厚度、混凝土强度和约束条件三个影响因素展开了讨论。首先,依据混凝土级配理论和蒙特卡洛法,建立了骨料颗粒、砂浆基质、骨料—砂浆黏结界面层的三相随机骨料位置、形状随机热学力学参数细观混凝土模型。拓展了分层摆放法骨料投放思路,通过分层游走法进行建模,一定程度提高了骨料投放效率及离散性,综合达到投放需求89%以上;依次讨论了骨料形状、网格划分的思路及适用性,确定细观单元采用拉伸损伤本构、压剪损伤本构关系,应用最大拉应变破坏准则、摩尔—库伦破坏准则作为损伤判定准则,给出了随浇筑时间、温度变化的骨料、砂浆、界面三相细观热学参数、力学参数的取值方法。第二,对混凝土试件模型热学参数进行验证,得到了混凝土浇筑初期水化热由砂浆部分快速向骨料部分发展的升温规律,通过模拟试件导热速率得到了宏观的导热系统同时间的关系,进而获得了细观热学参数并验证了其合理性;后对模型分别进行了单轴压缩、单轴拉伸模拟试验,得到试件破坏过程均由界面区域单元始,形成粘结裂缝后不断向砂浆部分发展,最终形成主裂缝的发展规律;经应力—应变曲线及割线模量—应变曲线,反演得到了C60、C70、C80混凝土随龄期变化的骨料、砂浆、界面层三相细观力学参数,验证了混凝土模型的合理性。第三,建立了细观内壁的双层井壁模型,模拟了真实内壁浇筑水化生热过程温度场变化规律,得到内壁裂缝发展规律。结果显示,内壁温度经历了诱导期、快速升温（1.83℃/h～6.45℃/h）、缓慢升温（0.77℃/h～1.78℃/h）、快速降温（0.51℃/h～0.74℃/h）、缓慢降温（0.14℃/h～0.49℃/h）五个阶段。在0h～20h阶段,内壁基无裂纹生成;20h～40h阶段,因内外缘温差较大（40℃以上）,受温度应力细观界面单元受拉损伤并不断发展,内壁内缘处开始产生环向裂缝并伴随生成少量竖向裂纹;40h～80h阶段,因自收缩变形积累（150με～300με）,竖向裂缝发展,前期环向裂缝应力集中处产生环向裂纹,最终内缘处形成“十”字状裂缝。对内壁厚度、混凝土强度、内外壁约束条件开展了单因素分析,结果显示:（1）不同内壁厚度温度差异值在1.00℃～24.39℃,随厚度增加内壁破损程度由7.29%降至2.80%。（2）不同标号混凝土温度差异值在0.33℃～2.03℃,随标号C60至C80变化内壁破损程度由4.68%降至4.54%。（3）塑料板的应用对内壁外缘处竖向应力应变值变化影响较大,对内缘处基无影响。通过本文,获得了分层随机游走的建模方法,建立了模拟凿井期深大冻结井筒内壁开裂的混凝土细观模型,得到了C60～C80混凝土随温度、龄期变化的细观热学、力学参数揭示了井筒内壁内缘处因内外缘温差及砂浆自身收缩效应,界面单元率先受拉破坏,进一步发展至粘结裂缝并对砂浆单元造成影响最终形成“十”字状宏观环向、竖向裂缝的开裂机理,对实际施工及现场井壁防裂工作具有一定实际意义。该论文有图160幅,表26个,参考文献95篇。
苏善杰[5]（2021）在《低渗煤体液氮致裂作用与增透机理研究》文中进行了进一步梳理液氮作为一种属性优良的压裂介质,对煤体存在多重致裂效应,其在煤层气开采中的潜在应用已成为当前研究的热点。本文针对低渗煤体液氮致裂增透的关键科学问题,综合运用室内试验、理论分析及数值仿真方法,系统地研究了煤体液氮低温致裂的宏微观力学机制;探究了液氮循环冻融对煤体变形破坏及渗透性的影响规律;在揭示液氮多重致裂效应对煤体压裂效果影响的基础上,建立了液氮影响下煤体压裂裂纹启裂准则,分析了液氮循环冻融对煤体孔隙压力分布及破裂压力的影响规律。主要成果如下:（1）系统研究了液氮低温致裂作用下煤体的物理力学性质及宏微观结构变化规律。采用单轴压缩、巴西劈裂、三点弯曲及电镜扫描等实验手段,研究了液氮低温作用下煤体抗压/拉强度、断裂韧度、破坏特征及宏微观结构变化。结果表明,液氮低温作用可以促进煤体微裂纹的沿晶及穿晶扩展,诱发孔隙结构及基质破坏,从而导致冻融煤体物理力学性质劣化;而液氮所产生的低温冷冻环境对煤体力学性质有一定的强化作用。液氮冻融及低温冷冻均能增加煤体破坏程度,前者优势更加显着。研究表明,液氮冻融更有利于低渗煤体的高效致裂。（2）基于分形理论,定量评价了煤体的液氮低温致裂效果,并分析了其对煤体裂纹网络形成的影响机理。通过室内实验获得了冻融煤体的孔隙分布、声发射特征参数、破裂块度尺寸分布及断裂面形貌,并进行了分形特征研究。结果表明,冻融煤体孔隙结构分布更加均匀,连通性更好,裂纹扩展在空间上发生的无序性增强,导致破坏后碎片尺寸均匀性增加、数量增多及断裂面粗糙度增加。分形研究表明,液氮冻融可使低渗煤体的裂纹网络复杂性及体破裂度增大。（3）探究了液氮循环冻融下煤体变形破坏规律及损伤增透机制。采用单/三轴压缩及渗透率测试的实验方法,研究了液氮循环冻融对煤体变形破坏及渗透率的影响规律。结果表明,随液氮循环冻融次数增加,煤体微裂纹不断生长、微观结构破坏模式从原生裂隙扩展向基质断裂转变,导致孔隙结构连通性增强和基质骨架抗变形能力减弱,从而引起煤体渗透率及加载时破坏程度不断增大,使得煤体力学性能、变形破坏以及渗透率向有利于煤层压裂的方向转变。研究表明,液氮循环冻融可作为大幅提高低渗煤体渗透性和体破裂的有效手段。（4）研究了不同初始状态煤体的液氮压裂效果,揭示了液氮对煤体的热冲击、冷冻开裂及冻融损伤效应。设计并开展了煤体液氮压裂模拟实验,得到了不同初始状态下煤体的破裂特征,结合孔壁周围温度场、应力场数值模拟结果,探究了液氮对煤体的多重致裂效应。结果表明,煤体初始温度越高,钻孔周围形成的热冲击损伤区越大,破裂压力越小,破碎程度越大。受冷冻开裂效应影响,冷冻煤体裂纹开度增加,压裂流体进入煤体的难度降低,导致流体压力倾向传递,促进张开裂纹进一步扩展。与未处理及冷冻煤体相比,冻融煤体的钻孔周围损伤区域最大,破裂压力大幅降低,破碎程度也最大。结合工程实际,提出了充分发挥液氮多重致裂效应的“液氮循环冻融+高压氮气压裂”的低渗煤层增透方案。（5）建立了液氮影响下煤体压裂裂纹的启裂准则。基于煤体液氮循环冻融实验研究结果,引入断裂韧性劣化系数,建立了液氮影响下煤体压裂裂纹的启裂准则,并采用流-固耦合数值模拟方法,研究了液氮循环冻融对煤体孔隙压力分布及破裂压力的影响规律。结果表明,随着循环冻融次数增加,钻孔周围分布的孔隙压力逐渐增大,煤体抗裂性能逐渐降低,在两者共同影响下,煤体破裂时破裂压力和钻孔周围分布的孔隙压力均逐渐减小。因此,液氮循环冻融辅助煤层压裂有望成为一种有效的储层增产手段。论文有图88个,表12个,参考文献153篇。
刘向阳[6]（2021）在《煤矿深部岩层劈裂注浆扩散机理研究》文中认为注浆加固堵漏已成为煤矿建设工程中封堵地下水和软岩治理的关键施工技术。但随着煤矿开采深度的不断增加,深部岩层注浆需同时应对高地压、高水压、微裂隙连通性差、孔隙结构复杂等特征,现有的注浆理论、工艺和材料均难以适应,严重威胁深部资源的安全开采。为此,本文采用注浆材料物理性能试验、理论分析、模型实验、数值模拟和现场实践相结合的方法,围绕煤矿深部岩层劈裂注浆扩散机理问题,系统开展深部岩层起裂-扩展机制、深部岩层劈裂注浆扩展规律等研究,对解决现有注浆理论与技术无法满足深部岩层注浆难题,具有重要的理论意义和应用价值。论文完成的主要研究工作如下:（1）开展了水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、水玻璃-聚氨酯注浆材料的流变性、固结体力学特性和微观特征的实验研究。分析发现,水玻璃-聚氨酯注浆材料的速凝性、早强性及微观结构稳定性均优于其余两种注浆材料,分别获得了其黏度流变方程,为后续劈裂扩散理论分析提供试验依据。（2）建立了煤矿深部岩层劈裂注浆起裂模型,获得了不同应力状态下裸孔段的起裂压力及起裂方向;分别构建了考虑裂缝几何形态及浆液的黏度时变特性的纵向和横向劈裂扩展数学模型;以裂隙尖端处应力强度因子KI等于断裂韧性KIC作为劈裂判别条件,提出了考虑浆液黏度流变性的深部岩层劈裂扩散方程。研究发现,被注岩体弹性模量、埋深和侧压力系数越大,劈裂注浆所遇到阻力越高,裂缝越难以扩展;注浆初期,浆液塑性黏度较低,注浆压力及注浆速率是浆液劈裂扩散范围的主控因素,当浆液黏度达到一定值后,黏度成为浆液扩散范围的主控因素。（3）研发了耐高压三维模拟试验平台,通过最大轴压8 MPa、最大围压5 MPa注浆试验研究,阐明了煤矿深部岩层在不同应力环境下起裂、扩散机制。试验表明,起裂压力与岩石强度、围压均呈正相关,且对围压的敏感程度远高于轴压;通过试验与理论对比分析,获得了封闭裸孔段内浆压致裂抗拉强度与试样单轴抗拉强度比值（2.5～3.0）,据此修正了裸孔段起裂压力的理论值。（4）基于ABAQUS/Standard模块,采用Fortran语言编写内嵌子程序,定义浆液的黏度时变性,通过预制Cohesive单元模拟裂缝扩张,构建了黏度时变性浆液单裂隙劈裂扩散数值计算模型;并基于Monte-Carlo模拟法,通过嵌入MATLAB随机裂隙生成代码生成随机裂隙网络,实现了对裂隙发育岩层的模拟;通过POLARIS＿Insert Coh Elem插件进行Cohesive粘结单元的全局嵌入,实现了对软弱岩层的模拟。最终形成了流变性浆液裂隙发育和软弱2种不同岩层随机裂隙劈裂扩散数值分析方法,并得到起裂-扩展理论解析解验证。（5）揭示了煤矿深部岩层不同地应力、岩性、注浆材料、注浆参数等因素对注浆压裂与扩散的影响机理。综合分析表明:被注岩层起劈压力与浆液黏度、注浆速率、岩层渗透率等因素无关,主要受地层深度（应力状态）与岩石抗拉强度影响,注浆速率、岩层渗透率与浆液扩散半径成正比,浆液黏度对浆液扩散有抑制作用;500 m以深被注岩层渗透率和抗拉强度对注浆压力的影响逐渐减小,地应力则成为导致注浆压力升高的主因。（6）以顾桥矿东区-1000 m车场巷道软岩底鼓注浆治理为工程背景,选用水玻璃/聚氨酯化学浆液,应用取得研究成果确定注浆参数,提出注浆初期高压、大流量（30 L/min）,以启裂、扩展注浆通道,其后减少流量（15 L/min）的注浆方法。其后,采用瞬变电磁法及震电磁三场法注浆效果检验表明,其注浆扩散半径、岩层的密实度均达到设计要求,巷道底鼓得到有效抑制,达到了预期治理效果,从而验证了研究成果的正确性。
张润旭[7]（2020）在《高能气体冲击压裂煤系复合储层裂缝穿层扩展机理研究》文中研究指明针对目前广泛应用的水力压裂在岩性与结构复杂、黏土类矿物含量高、塑性强的煤系复合储层中遇到层界面时,裂缝易出现钝化、“T”型或“工”字型扩展等难穿层问题,提出了采用具有压力峰值高、压力传递速度快的高能气体冲击压裂方法进行穿层压裂的研究思路。重点采用理论分析与数值模拟相结合的方法,系统研究了煤系复合储层的地质条件、高能气体冲击参量及其对冲击压裂缝穿层扩展的影响规律与机理。研究成果将为煤系复合储层穿层压裂合层高效开采提供压裂方法和工程参数优选的理论依据。论文开展的主要工作与取得的主要结论如下:（1）建立了高能气体冲击压裂煤系复合储层的地质-工程模型。以鄂尔多斯盆地临兴区块含煤地层为研究背景,分析了该区块煤系气储层结构特征、力学特征、矿物成分和含气性以及高能气体冲击压裂的施工方案,构建了考虑煤层及其顶底岩性组合、煤岩层及层间界面物理力学性质和地应力等地质特征以及水平井布置、初始导向射孔位置、施爆位置和装药量等工程特征的高能气体冲击压裂煤系复合储层的地质-工程模型,为压裂缝穿层扩展数学模型与数值模拟的研究奠定了基础。（2）建立了高能气体冲击压裂煤系复合储层裂缝动态扩展的数学模型,并对该模型进行了求解。以火药燃烧学、流体力学、断裂力学理论为基础,结合火药几何燃烧、气体定常流动、裂缝稳定扩展等基本假设,分析了高能气体冲击压裂煤系复合储层时火药的燃烧过程、射孔孔眼处气体泄流过程、裂缝壁面气体非达西渗滤过程、裂缝起裂和穿层的临界条件,构建了由火药爆燃加载、缝内气体流动、缝壁气体滤失、裂缝扩展和裂缝穿层判别等子模型组成的高能气体冲击压裂缝动态扩展数学模型;以微元法为基础,将裂缝扩展的整个过程划分为若干步长,通过压力变量将每个步长中的各子模型耦合,以时间步长增量为主线变量完成微元间的迭代循环,实现了对高能气体冲击压裂缝穿层扩展数学模型的快速、准确求解。这一成果实现了对复合储层冲击压裂过程中任意时刻裂缝形态的定量描述与层间界面处裂缝是否穿层的判别,弥补了传统模型只能表征单一层裂缝扩展的缺陷。（3）揭示了地质条件与高能气体冲击参量对压裂缝穿层扩展的影响规律。在构建的煤系复合储层冲击压裂缝穿层扩展数学模型及其求解方法的基础上,以临兴区块9号煤层及其顶底板组成的煤-泥岩-砂岩复合储层的地质条件为背景,模拟分析了储层地质条件与高能气体冲击参量对压裂缝穿层扩展的影响规律。结果表明:冲击载荷一定时,裂缝更易由高剪切模量、低泊松比、高密度的储层穿层进入低剪切模量、高泊松比、低密度的储层,界面倾角越小、界面粘结强度越大越有利于裂缝穿层;特定地质条件下,冲击载荷的加载速率越大越有利于裂缝穿层。层间弹性模量差增大时,高能气体冲击压裂缝的穿层高度、宽度与体积均呈线性规律增大;层间泊松比差增大时,高能气体冲击压裂缝的穿层高度与宽度呈负指数规律降低,裂缝体积呈线性规律减小;冲击载荷加载速率升高时,复合储层中压裂缝的穿层高度、宽度、体积均呈指数规律增加;冲击载荷压力峰值增加时,复合储层中压裂缝的穿层高度、宽度呈线性规律增大,压裂缝的体积呈指数规律增大。（4）揭示了高能气体冲击压裂缝穿层扩展的能量机制。在定性分析裂缝尖端能量传递规律的基础上,采用ABAQUS模拟软件,以临兴区块泥-砂岩复合储层为背景,选用指数型粘聚本构模型与Newmark-β显示动态时间积分方案模拟了不同加载速率下裂缝遇到界面时其尖端能量释放率的变化规律,揭示了压裂缝穿层扩展的能量机制。结果表明:裂缝遇到层间界面后,穿层方向与沿界面方向缝尖能量释放率的增速比随缝内载荷加载速率的升高呈对数规律增大,说明相较于沿界面方向,高加载速率更有利于穿层方向缝尖能量释放率的增长;裂缝到达复合储层界面时的扩展行为,取决于此时穿层方向与沿界面方向缝尖能量释放率谁先达到各自的临界值,加载速率越快穿层方向缝尖能量释放率的增速相应越快,穿层方向缝尖能量释放率越易率先达到临界值,裂缝越易穿层扩展;高能气体冲击压裂时裂缝内载荷的加载速率相较于水力压裂高5～6个数量级,裂缝尖端的能量更多的向穿层方向传递和集聚,这是相同地质条件下水力裂缝易沿界面扩展而高能气体冲击压裂缝穿层扩展的原因。（5）对煤系复合储层高能气体冲击压裂的最佳起裂层位进行了优选。以临兴区块9号煤及其顶底板组成的煤-泥岩-砂岩复合储层的地质条件为背景,对不同起裂层位下压裂缝的穿层扩展高度进行了模拟计算;以压裂缝穿层扩展高度为评价指标,优选了该复合储层高能气体冲击压裂的最佳起裂层位。结果显示:在9号煤及其顶底板组成的煤-泥岩-砂岩复合储层中,顶板砂岩层厚度1/4处起裂时压裂缝的穿层扩展高度最大,为13.5 m,是该复合储层高能气体冲击压裂的最佳起裂层位。
姜玉龙[8]（2020）在《煤系地层水力压裂裂缝扩展规律及界面影响机理研究》文中进行了进一步梳理煤层气作为一种非常规天然气资源,是改善我国一次能源消费结构的重要清洁能源。然而,由于煤层气储层渗透性较低,通常需采用压裂技术对储层进行增渗改造。目前,对煤层气的开采大多是照搬石油行业中的压裂工艺技术及参数,但与石油储层脆性特征相比,煤层气储层通常呈现“碎软”特性,其破坏形式表现为韧性破坏,即应力峰值后存在明显的应变软化区。已有压裂工艺,无论是垂直井,还是水平井,其在脆性度高的储层中压裂效果较好,但同样面临着成功率低、开发成本高、单井产量低等问题。此外,虽然我国煤层气资源丰富,但中低阶煤层气资源占比高达78.9%,从近几十年开采效果来看,该类储层由于其弹性模量小、脆性度低,导致在煤层中直接进行水力压裂作业时裂缝延展性差,裂缝短、宽,储层改造体积有限,且由于储层赋存条件差异较大,导致开采工艺区域适配性极差。因此,如何提高低渗煤系储层渗透率,实现煤层气工业化开发是亟待解决的关键科学与工程难题。本文以低渗煤系地层为研究对象,基于煤层顶板水平井定向水力压裂开采工艺技术（间接压裂）,从科学试验角度出发,结合理论分析与数值模拟,揭示水力压裂裂缝跨界面扩展临界条件、多裂缝最优布置间距,优化了水平井布置层位;探究应力、界面强度、压裂流体、注液流量、顶板岩性及水平井层位等因素对裂缝跨界面扩展的影响。此外,建立了多因素耦合作用下水力裂缝跨界面扩展预测模型。主要研究内容与结果如下:（1）通过TCHFSM-Ⅰ型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置进行了煤岩组合体水力压裂试验,探究煤岩界面强度、应力对水力压裂裂缝跨界面扩展的影响,揭示注液压力演化规律及声发射动态响应特征。研究结果表明:（1）应力、界面强度显着影响水力裂缝跨界面（岩体→煤岩界面→煤体）扩展规律,裂缝跨界面扩展存在应力阈值,且随着界面强度的增大,应力阈值逐渐减小;（2）水力裂缝极易在弱界面强度处发生偏转,且随着煤岩界面强度的逐渐降低,裂缝偏转现象越显着;（3）水力裂缝贯穿煤岩界面时,注液压力呈现二次抬升现象,且声发射事件占比增幅高达51.4%,而当裂缝未能贯穿界面时,未发现二次起裂现象,此时声发射事件增幅仅为6%。（2）基于大尺寸天然煤岩体试件探究了应力差异系数、压裂流体及注液流量对水力裂缝跨界面扩展的影响,讨论了水力裂缝跨界面扩展机理。研究结果表明:（1）应力差异系数η≥2.00时,水力裂缝能够贯穿煤岩界面,形成有效裂缝,反之,裂缝沿界面扩展或在界面处止裂;（2）相较于注液流量、压裂流体,地应力是制约水力裂缝与煤岩界面交互扩展规律的主控因素。此外,低流量清水压裂时,压裂井筒周围裂缝较为复杂;采用超临界二氧化碳压裂时,远、近场裂缝均呈现复杂缝网结构。（3）高注液流量与高黏度的压流液有越利于水力裂缝跨界面扩展;反之,压裂裂缝极易沟通界面及层理弱面;（4）清水压裂时,注液流量越大,试件起裂时间越短、其起裂压力越大;采用超临界二氧化碳压裂时,起裂压力较低,相比同流量条件下的清水压裂,起裂压力降低5.79 MPa,衰减近39.3%。（3）基于注液压力、声发射、动态散斑及3D形貌扫描技术,研究不同裂缝间距条件下多孔水力裂缝扩展规律,直观地揭示水力裂缝与界面动态交互扩展形态,并对裂缝断面形貌进行数字化表征。研究结果表明:（1）不同裂缝间距条件下,多孔裂缝扩展形态显着不同,存在临界裂缝间距,即50 mm;（2）当裂缝间距为10 mm时,左、右两侧压裂孔流量占比分别为49.86%、41.63%,中部压裂孔流量占比仅为8.51%,当裂缝间距较大（≥50mm）时,中间孔应力阴影效应逐渐减弱,三个压裂孔流量分配逐渐均衡,占比均为33%;（3）水力裂缝与界面交互时,裂缝首先贯穿人工预制裂缝,然后在沟通预制裂缝,形成复杂的“┼”型裂缝形态;（4）水力裂缝呈现椭圆形扩展形态,且该裂缝椭圆形区域向试件两侧界面扩展过程中,并未呈现出双翼对称性扩展的形态,而是以单翼形态扩展并贯穿人工预制裂缝;（5）压裂后,裂缝尖端最大位移为4.2192×10-1 mm,最大应变为7.0317×10-3,清水压裂时裂缝壁面粗糙度为6～10。（4）基于线弹性断裂力学建立了多因素耦合作用下水力裂缝与界面交互扩展预测模型,并基于弹塑性断裂力学探究了弹性模量、水平井距界面距离对裂缝跨界面扩展的影响,优化水平井层位布置。研究结果表明:（1）水平井距煤岩界面距离较近、较远时,水力裂缝跨界面压裂效果较差,存在最佳水平井布置间距。同时,由于顶板岩性的不同,水平井最佳布置间距也不相同;（2）数模模拟研究表明,相较于线弹性本构方程,采用弹塑性本构方程计算求解时能够准确的表征与预测水力压裂裂缝跨界面扩展规律,数模结果与试验结果一致;（3）建立了不同交汇角度、界面摩擦、应力状态等多因素耦合作用的水力裂缝跨界面扩展预测模型,并在物理试验的基础上加以验证。针对低渗煤系储层煤层气的开采,建议采用间接压裂技术,该技术不仅客服了在本煤层中钻井难、易垮孔差等难题,而且能有效促进裂缝的延伸扩展。对于间接压裂技术,应优先布置在应力差异较大的地质区域,尤其适用于深部储层。与此同时,水平井的层位布置应根据顶板岩层赋存情况及应力条件进行优选设计,采用高粘度压裂液,通过大排量携砂压裂工艺技术,促进水力裂缝跨界面扩展。此外,当水平井抽采至衰减期时,可采用超临界二氧化碳压裂进行二次改造,增加远、近场裂缝形态,延长抽采年限。
裴峰[9]（2020）在《纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制》文中研究说明随着浅部矿产资源的日益枯竭,我国逐渐进入深部开采阶段,片帮、岩爆、局部大变形等灾害较浅部在频度和强度方面显着增加,成为深部地下工程建设亟需解决的问题。深部地下工程灾害是由岩石本身力学性能、所处复杂地质环境和开挖扰动力学响应引起的。埋深的增加导致地应力升高,而高地应力导致的围岩片帮、剥落、岩爆以及大变形则是制约深竖井设计和施工的关键因素。深部地层岩石在高地应力作用下力学特性及工程响应较浅部岩石存在明显差异,导致地下工程灾害具有多发性和突发性。因此,开展高地应力作用下深竖井围岩稳定性研究具有重要意义。本文结合国家重点研发计划项目-深部金属矿建井与提升关键技术,从金属矿深竖井开挖围岩稳定性分析及控制这一科学问题出发,依托纱岭金矿在建深竖井为工程背景开展研究。基于深部地层地应力场分布特征、室内岩石力学试验、数值模拟和理论分析,系统研究了不同赋存深度岩石在动、静载荷作用下力学性能、能量演化与分配比例和失稳破坏过程及随深度变化规律,结合声发射监测技术进一步探讨了不同赋存深度岩石失稳破坏过程中声发射信号的频率、时序特征以及硬脆性岩石高地应力作用下致灾机理。最后,采用数值模拟方法模拟了纱岭金矿主井开挖应力场、变形场、能量场、塑性区和围岩损伤程度特征及其随深度变化规律,揭示了围岩失稳破坏机制,并提出相应失稳控制理论和技术措施。相关研究成果对深部建井围岩稳定性分析以及开挖支护提供了理论支撑。主要研究成果如下:（1）在纱岭金矿建井工程区地层完整性分析的基础上,针对主井、副井、回风井的3个深钻孔内进行水压致裂地应力测量,获得了纱岭金矿建井工程区560～1532 m范围内地应力场随深度变化规律。分析了最大水平主应力方向与山东渤海沿岸地区最大水平主应力方向的关系,从板块运动的角度解释了最大水平主应力方向形成的机制,明确了建井工程区深部地层岩石所处复杂地层环境和地应力场特征。（2）选取井筒穿越变辉长岩和花岗岩两种岩石为主要研究对象,通过X射线衍射试验（XRD）和双目透反射偏光显微镜观察得到了岩石基质的类型、矿物组成和微观结构。对不同赋存深度岩石开展了动、静加载作用下岩石力学试验,从力学特性、破坏形态、声发射信号和失稳破坏演化过程分析了深部地层岩石物理力学性能、脆性破坏特征及随深度的变异性。同时,对岩样破裂断口进行电镜扫描获得了破裂断口细观形貌,从细观角度分析了硬岩的脆性破坏机制。最后,基于多重判据冲击倾向性判别准则对深部岩石冲击倾向性进行评价,采用冲击危险性和冲击危险势指标表征深部地层岩石发生冲击破坏的可能性及强度。（3）岩石储能能力是片帮、岩爆等灾害能量判据的重要指标,基于岩石极限储能理论研究了深部地层岩石储能能力随深度变化规律。综合考虑给定深度和周围应力环境因素,通过特征应力以及两个阶段能量随围压的变化规律,揭示了围压对岩石渐进破坏的影响。利用循环加卸载试验分析了深部地层岩石加载过程中力学参数的演化规律,表明了循环载荷对岩石强度参数具有强化和损伤双重效应作用,进而反映岩石能量存储与耗散特征,同时提出了修正后的CWFS（粘聚力弱化摩擦强化）模型;系统分析了岩石加载失稳破坏过程中输入能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度演化过程及分配规律,进一步揭示了岩石峰前以积聚弹性应变能为主、耗散能为辅的能量演化规律,同时阐明了能量演化及分配规律的围压效应;最后,从能量耗散角度分析了岩样损伤与应力水平之间的关系,基于耗散能发展规律建立了围岩失稳破坏能量判据,揭示了深部地层围岩损伤破坏能量机制。（4）岩石等脆性材料破坏过程能量耗散主要用于裂隙结构面的产生及其相互摩擦,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对深部花岗岩开展不同冲击速度作用下动态力学试验,得到了深部地层岩石动态抗压强度、破碎形态、能量耗散与冲击速度之间的关系,并与静态加载试验结果进行对比分析。探讨了冲击过程中耗散能密度、透射能密度、入射能密度等随冲击速度的演化规律,揭示了冲击破坏后破碎岩样分形维数特征,进一步研究了深部地层围岩突发式失稳破坏的内在机制。（5）基于声发射（AE）监测技术,从特征参数（计数率、能量率、累计计数、累计能量）和波形（幅值和峰频）两方面研究了不同深度地层岩石加载失稳破坏过程AE信号与应力水平之间的关系以及随深度变异性特征,反演了不同应力水平下岩石的稳定性,提出了岩石失稳破坏的声发射前兆信息。通过循环加卸载试验研究了不同赋存深度冲击性岩石加载过程中的不可逆性,得到了不同受力及变形阶段声发射信号变化特征及规律,揭示了岩石内部损伤程度的非线性加剧过程。同时探讨了加卸载过程中声发射b值演化规律,为进一步反演岩石损伤及破坏机制提供了理论依据。（6）综合考虑岩体声波波速随深度的变化、岩芯质量完整性、地下水、地应力分布特征和室内岩石力学试验的基础上,采用Hoek-Brown强度准则合理获得不同深度地层岩体力学参数。利用FLAC3D数值模拟软件分析了纱岭金矿主井穿越复杂地层应力场、变形场、塑性区特征及随深度变化规律,总结了围岩力学响应的时空演化规律和特征。采用破坏接近度指标分析了围岩损伤范围与破碎程度随深度变化关系,同时确定了最小支护深度和安全支护深度的范围。通过深竖井开挖后围岩能量积聚特征,确定了围岩能量积聚范围,合理预测了井筒围岩片帮、岩爆发生位置及强度,同时提出了相应卸压及支护措施。综合影响围岩稳定的多种因素对纱岭金矿主井地层进行了危险区划分,开展了围岩稳定性分析并提出深竖井施工围岩支护设计方案。
张柏楠[10]（2020）在《类岩石材料水力裂缝扩展试验与数值模拟研究》文中研究表明我国的非常规油气储层岩层致密、孔隙度和渗透率极低,开采难度大,严重制约着我国非常规油气的生产,水力压裂技术作为一种增产技术工艺,成为了提升我国油气资源利用效率的重要手段,然而现有水力裂缝扩展机理研究尚滞后于实际工程应用,因此有必要针对水力裂缝扩展行为展开进一步研究。本文以水力压裂技术的工程应用为背景,以理论分析为依据、模型试验为基础、数值分析为手段,针对常规水力压裂与循环水力压裂两种压裂技术,分别从定性与定量的角度,研究了水力压裂过程中水力裂缝的起裂与扩展行为,主要工作如下:（1）开展了常规水力压裂室内模型试验,发现试件破坏时仅出现一条水力裂缝,裂缝扩展方向垂直于最小主应力方向,而预置裂纹的存在会降低试块的破裂水压力,当预置裂纹倾角增加,破裂压力有下降的趋势,而裂纹起裂方向与最小主应力方向垂直度随之增加。（2）开展了循环水力压裂室内模型试验,发现试块上表面出现多条裂纹,上层出现剥落现象,但是主裂纹只有一条,扩展方向垂直于最小主应力方向,同时预置裂纹的存在会影响水力裂缝的扩展方向以及偏转路径。（3）基于线弹性断裂力学相关理论,建立了水力压裂扩展有限元数值计算模型,结合该模型提出了一种依据水压与裂尖能量释放率的关系反演材料断裂能的数值计算方法,通过与室内试验结果对比证明了方法的可靠性。（4）基于常规水力压裂数值计算模型,研究了预置裂纹倾角与围压应力对水力裂缝扩展行为的影响,发现对于常规水力压裂技术而言,围压应力与预置裂纹倾角对水力裂缝的起裂水压力、裂尖拉应力、起裂角以及偏转路径有明显的影响,水力裂缝扩展路径偏转程度与水压力呈正相关关系。（5）基于线弹性断裂力学与Paris裂纹疲劳扩展公式,建立了水力裂纹疲劳扩展数值计算模型,研究了水力裂纹疲劳扩展相关力学特性,发现对于循环水力压裂,应力水平对水力裂缝的偏转程度有明显的影响,裂缝偏转角与应力水平呈负相关关系,因此可以通过较小水压力使水力裂缝产生明显的偏转效果。
二、井筒支护开裂形成及扩展的断裂力学分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、井筒支护开裂形成及扩展的断裂力学分析（论文提纲范文）
（1）粘土地层盾构掘进泥水劈裂压力及伸展路径研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 断裂力学在裂缝扩展中的应用 |
| 1.3.2 扩展有限元的发展与应用 |
| 1.3.3 水力劈裂研究现状 |
| 1.3.4 研究现状总结 |
| 1.4 研究内容及技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 2 粘土开裂机理及参数试验测定 |
| 2.1 断裂力学原理 |
| 2.1.1 裂纹开裂方式 |
| 2.1.2 线弹性裂纹扩展准则 |
| 2.2 人造粘土制备 |
| 2.3 材料参数测定 |
| 2.3.1 抗拉强度 |
| 2.3.2 摩尔库伦抗剪强度 |
| 2.3.3 张拉韧性 |
| 2.3.4 剪切韧性 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 粘土地层泥水劈裂压力试验研究 |
| 3.1 泥水劈裂启裂压力试验研究 |
| 3.1.1 试验装置研发 |
| 3.1.2 轴压对启裂压力的影响 |
| 3.1.3 围压对启裂压力的影响 |
| 3.1.4 厚径比对启裂压力的影响 |
| 3.1.5 无侧限抗压强度对启裂压力的影响 |
| 3.1.6 泥水粘度对启裂压力的影响 |
| 3.1.7 启裂压力计算公式 |
| 3.2 泥水劈裂伸展压力及路径试验研究 |
| 3.2.1 试验装置研发 |
| 3.2.2 泥水粘度对伸展压力及裂缝形态的影响 |
| 3.2.3 应力状态对伸展压力及裂缝形态的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 粘土地层启裂-伸展过程模拟分析 |
| 4.1 扩展有限元数值模拟方法 |
| 4.1.1 扩展有限元原理 |
| 4.1.2 节点增强函数的引入 |
| 4.1.3 单元开裂原理 |
| 4.1.4 单元初始损伤及损伤演化 |
| 4.1.5 张拉-剪切断裂准则的嵌入 |
| 4.2 粘土地层泥水劈裂启裂压力模拟分析 |
| 4.2.1 模型建立 |
| 4.2.2 模拟过程 |
| 4.2.3 围压对启裂压力的影响模拟验证 |
| 4.2.4 厚径比对启裂压力的影响模拟验证 |
| 4.2.5 无侧限抗压强度对启裂压力的影响模拟验证 |
| 4.2.6 泥水粘度对启裂压力的影响模拟验证 |
| 4.3 粘土地层伸展压力及路径模拟分析 |
| 4.3.1 伸展压力模拟验证 |
| 4.3.2 三维裂缝形态模拟验证 |
| 4.4 粘土地层泥水劈裂破坏类型现场试验模拟分析 |
| 4.4.1 地层劈裂现场试验介绍 |
| 4.4.2 地层劈裂现场试验模拟分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 盾构泥水劈裂伸展压力及裂缝三维细观形态研究 |
| 5.1 盾构泥水劈裂伸展压力及路径研究 |
| 5.1.1 盾构泥水劈裂裂缝伸展模拟方法 |
| 5.1.2 水压对伸展压力及路径的影响 |
| 5.1.3 覆土厚度对伸展压力及路径的影响 |
| 5.1.4 剪切强度对伸展压力及路径的影响 |
| 5.1.5 泥水粘度对伸展压力及路径的影响 |
| 5.2 盾构泥水劈裂裂缝伸展三维细观形态研究 |
| 5.2.1 盾构泥水劈裂裂缝形态三维模拟方法 |
| 5.2.2 隧道直径对裂缝形态的影响 |
| 5.2.3 覆土厚度对裂缝形态的影响 |
| 5.2.4 泥水粘度对裂缝形态的影响 |
| 5.2.5 泥水注入速度对裂缝形态的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 水底冲槽对地层启裂-伸展影响及控制措施研究 |
| 6.1 水下泥水盾构掘进特征 |
| 6.2 冲槽深度对劈裂压力及裂缝形态的影响 |
| 6.2.1 覆土厚度2.5 倍洞径时冲槽深度的影响 |
| 6.2.2 覆土厚度1.5 倍洞径时冲槽深度的影响 |
| 6.3 水深对劈裂压力及裂缝形态的影响 |
| 6.4 冲槽到掌子面距离对劈裂压力及裂缝形态的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（2）锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 全长锚固锚杆加固工程解析解研究 |
| 1.3.2 全长锚固锚杆的理论解析力学模型 |
| 1.3.3 全长锚固锚杆的数值模拟研究 |
| 1.3.4 端锚加固工程解析解研究 |
| 1.3.5 锚杆的抑损止裂效应及锚固界面损伤的剪切滑移模型 |
| 1.4 目前研究存在的问题 |
| 1.5 本文研究内容与研究方法及技术路线 |
| 1.5.1 本文研究内容与研究方法 |
| 1.5.2 技术路线 |
| 1.6 主要创新点 |
| 2 地下工程中全长锚固锚杆的抑损止裂效应分析 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 全长锚杆锚固地下工程抑损止裂解析解 |
| 2.2.1 锚杆加固后的围岩等效物理力学参数 |
| 2.2.2 锚固前后损伤变量的定义及演化方程 |
| 2.2.3 锚杆调动围岩自承载能力系数 |
| 2.2.4 锚杆调动围岩自承载能力系数的计算 |
| 2.3 算例分析 |
| 2.3.1 对比分析 |
| 2.3.2 围岩参数分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 围岩损伤对全长锚固锚杆受力的影响 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 围岩损伤影响下的巷道全长锚杆受力分析 |
| 3.2.1 损伤变量的定义及演化方程 |
| 3.2.2 考虑围岩损伤的圆形巷道解析解 |
| 3.2.3 全长锚固锚杆受力分析 |
| 3.3 算例分析 |
| 3.3.1 脆性损伤下算例分析 |
| 3.3.2 连续损伤下的算例分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 地下工程中端头锚固锚杆的抑损止裂效应分析 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 端锚加固地下工程的等效方法 |
| 4.3 端锚加固地下工程的损伤演化方程 |
| 4.4 端锚锚固地下工程解析解 |
| 4.4.1 端锚锚固端处在弹性区 |
| 4.4.2 端锚锚固端处在塑性区 |
| 4.5 工程案例分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 锚喷支护在围岩损伤影响下的加固效应 |
| 5.1 概述 |
| 5.2 四种锚喷模型 |
| 5.2.1 高锚固力情况下的锚喷力学模型 |
| 5.2.2 低锚固力情况下的锚喷力学模型 |
| 5.2.3 锚固力不稳定情况下的锚喷力学模型 |
| 5.2.4 高锚固力情况下一根锚杆脱出的锚喷力学模型 |
| 5.3 工程案例分析 |
| 5.3.1 四种模型的对比分析 |
| 5.3.2 工程案例一 |
| 5.3.3 工程案例二 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 锚索(杆)在边坡治理工程的止裂效应分析 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 裂纹的应力场分析 |
| 6.2.1 张开(Ⅰ)型裂纹的锚固前后应力场分析 |
| 6.2.2 滑移(Ⅱ)型裂纹的锚固前后应力场分析 |
| 6.2.3 锚索锚固力随时间损失的模型 |
| 6.2.4 Ⅰ型裂纹的锚固应力分析 |
| 6.2.5 Ⅱ型裂纹的锚固应力分析 |
| 6.3 顺层岩质边坡后缘张裂缝的锚固止裂分析 |
| 6.3.1 锚固力作用下的临界深度分析 |
| 6.3.2 工程实例分析 |
| 6.4 其余不利情况下的岩质边坡后缘张裂缝锚固止裂分析 |
| 6.4.1 周边修筑建筑工程的影响 |
| 6.4.2 周边地下工程爆破的影响 |
| 6.4.3 预应力锚索预应力随时间损失的影响 |
| 6.5 经典案例-湖北秭归链子崖T11 张裂缝锚固止裂分析 |
| 6.6 岩质边坡危岩锚固的止裂分析 |
| 6.6.1 锚索锚固下的危岩稳定性断裂力学分析方法 |
| 6.6.2 工程案例分析 |
| 6.7 细长岩层层状边坡的锚固止裂分析 |
| 6.7.1 细长层状边坡的力学模型研究概述 |
| 6.7.2 锚固软岩细长直立层状边坡的止裂模型 |
| 6.7.3 直立层状边坡锚固止裂算例 |
| 6.7.4 锚固细长顺层岩质边坡的止裂模型 |
| 6.7.5 顺层边坡溃屈弯曲工程案例 |
| 6.8 本章小结 |
| 7 考虑锚固界面损伤的剪切滑移模型 |
| 7.1 概述 |
| 7.2 FRP锚杆第一界面损伤剪切滑移模型 |
| 7.2.1 FRP锚杆第一界剪切滑移模型概述 |
| 7.2.2 FRP筋锚杆拉拔过程中剪切刚度变化规律 |
| 7.2.3 FRP筋锚杆的损伤剪切滑移模型 |
| 7.2.4 模型应用-基于荷载传递法的锚杆传力分析 |
| 7.2.5 试验与算例分析 |
| 7.3 锚杆第一界面完全解耦的三参数WEIBULL统计损伤剪切滑移模型 |
| 7.3.1 第一界面完全解耦的剪切滑移模型概述 |
| 7.3.2 第一界面完全解耦的统计损伤剪切滑移模型 |
| 7.3.3 案例验证与分析 |
| 7.3.4 参数分析 |
| 7.4 高温影响下的第一界面修正WEIBULL统计损伤剪切滑移模型 |
| 7.4.1 高温影响下的第一界面剪切滑移模型概述 |
| 7.4.2 改进的修正Weibull热损伤锚固第一界面剪切滑移模型 |
| 7.4.3 模型验证与算例分析 |
| 7.5 锚杆锚固第二界面统计损伤力学模型 |
| 7.5.1 概述 |
| 7.5.2 工程案例验证分析 |
| 7.6 模型应用-锚筋低应力脆断裂分析 |
| 7.7 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（3）坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水力压裂理论研究现状 |
| 1.2.2 水力压裂数值模拟研究现状 |
| 1.2.3 水力压裂实验研究现状 |
| 1.3 存在的主要问题 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 1.5 研究方法和技术路线 |
| 1.5.1 研究方法 |
| 1.5.2 技术路线 |
| 2 水力裂缝起裂特征研究 |
| 2.1 裂纹扩展准则与力学模型 |
| 2.2 起裂角影响因素分析 |
| 2.3 临界水压影响因素分析 |
| 2.4 T应力对起裂角和临界水压的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 钻孔周边水力裂缝三维扩展特征研究 |
| 3.1 基于真三轴水力压裂试验的裂缝三维扩展特征研究 |
| 3.1.1 水力压裂试验技术路线 |
| 3.1.2 钻孔起裂水力压裂试验 |
| 3.1.3 预制裂缝起裂水力压裂试验 |
| 3.2 基于格点法的裂缝三维扩展特征数值模拟研究 |
| 3.2.1 数值模拟方法简介 |
| 3.2.2 数值模拟与室内试验的对比分析 |
| 3.2.3 钻孔方位对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
| 3.2.4 地应力对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
| 3.2.5 预制切槽对水力裂缝三维扩展特征的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 层状岩体中水力裂缝越层扩展特征研究 |
| 4.1 水力裂缝越层扩展关键影响因素分析 |
| 4.2 层间理想接触条件下水力裂缝越层扩展特征 |
| 4.2.1 断裂韧度对水力裂缝越层扩展的影响 |
| 4.2.2 弹性模量对水力裂缝越层扩展的影响 |
| 4.2.3 水平应力对水力裂缝越层扩展的影响 |
| 4.2.4 分层压裂对水力裂缝越层扩展的影响 |
| 4.3 层间界面发育条件下水力裂缝越层扩展特征 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 水力裂缝与天然裂缝交互作用研究 |
| 5.1 水力裂缝与天然裂缝交互作用理论分析 |
| 5.2 水力裂缝与天然裂缝交互作用关键影响因素研究 |
| 5.2.1 内摩擦角对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.2.2 粘聚力对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.2.3 应力差对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.2.4 逼近角对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.2.5 压裂液黏度对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.2.6 注入速率对水力裂缝与天然裂缝交互作用的影响 |
| 5.3 水力裂缝与天然裂缝交互作用演化特征分析 |
| 5.4 水力裂缝与天然裂缝交互作用三维形态分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 多缝扩展缝间干扰机制研究 |
| 6.1 裂缝诱导应力场理论模型 |
| 6.2 同步压裂缝间干扰关键影响因素研究 |
| 6.2.1 应力场对同步压裂缝间干扰的影响 |
| 6.2.2 弹性模量对同步压裂缝间干扰的影响 |
| 6.2.3 注射速率对同步压裂缝间干扰的影响 |
| 6.2.4 压裂液黏度对同步压裂缝间干扰的影响 |
| 6.3 压裂顺序对缝间干扰效应的影响分析 |
| 6.4 起裂点方位对缝间干扰效应的影响分析 |
| 6.5 压裂液返排对缝间干扰效应的影响分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 7 坚硬顶板区域压裂井下试验 |
| 7.1 试验矿井概况 |
| 7.2 区域压裂钻孔布置方案 |
| 7.3 区域压裂技术与装备 |
| 7.4 区域压裂地面微震监测 |
| 7.5 区域压裂裂缝三维扩展特征分析 |
| 7.6 区域压裂裂缝三维扩展数值模拟研究 |
| 7.7 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 主要结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（4）凿井期深大冻结井筒内壁混凝土开裂机理细观数值计算（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 问题的提出 |
| 1.2 研究目的和意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 技术路线 |
| 2 混凝土热力耦合细观数值模型 |
| 2.1 概述 |
| 2.2 混凝土骨料级配及数目计算 |
| 2.3 混凝土随机骨料模型 |
| 2.4 随机骨料模型网格划分 |
| 2.5 细观单元损伤本构关系及破坏准则 |
| 2.6 细观单元参数 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 混凝土试件热学力学细观参数研究 |
| 3.1 主要计算参数 |
| 3.2 混凝土试件温度场数值计算 |
| 3.3 二维试件单轴压缩试验数值计算 |
| 3.4 二维试件单轴拉伸试验数值计算 |
| 3.5 三维试件单轴压缩试验数值计算 |
| 3.6 三维试件单轴拉伸试验数值计算 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 内壁混凝土开裂机理细观数值计算 |
| 4.1 凿井期深大冻结井筒新筑内壁混凝土温度场 |
| 4.2 凿井期深大冻结井筒新筑内壁混凝土模型 |
| 4.3 计算方案及计算步骤 |
| 4.4 内壁温度和损伤破坏演化规律 |
| 4.5 井壁开裂影响因素分析 |
| 4.6 内壁混凝土开裂机理初步分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（5）低渗煤体液氮致裂作用与增透机理研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.3 研究内容与创新点 |
| 1.4 研究方案与技术路线 |
| 2 液氮低温对煤体力学性质影响的实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 试验准备 |
| 2.3 煤体物理力学性质变化 |
| 2.4 宏/微观破坏特征分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 液氮致裂煤体的分形特征研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数据获取 |
| 3.3 孔隙分形特征 |
| 3.4 声发射时间序列分形特征 |
| 3.5 块度分形特征 |
| 3.6 断裂面分形特征 |
| 3.7 液氮对煤体裂纹网络形成的影响 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 液氮循环冻融后煤体的单/三轴压缩变形破坏特征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验准备及过程 |
| 4.3 液氮循环对煤体力学参数的影响 |
| 4.4 液氮循环对煤体变形特征的影响 |
| 4.5 液氮循环对煤体破坏特征的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 液氮循环冻融后煤体的渗透率演化特征 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 渗透率测试 |
| 5.3 不同围压下液氮循环冻融煤体的渗透性变化 |
| 5.4 不同气压下液氮循环冻融煤体的渗透性变化 |
| 5.5 不同围压及气压下液氮循环冻融煤体的渗透性变化 |
| 5.6 液氮循环冻融煤体的宏观及微观特征变化 |
| 5.7 液氮循环冻融对煤体的损伤机制 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 煤体液氮辅助压裂的试验与模拟研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 液氮压裂试验准备 |
| 6.3 不同初始条件下煤体的破裂特征分析 |
| 6.4 孔壁周围的温度及应力场变化 |
| 6.5 液氮影响下压裂裂纹启裂准则建立 |
| 6.6 岩石流-固耦合数学模型 |
| 6.7 液氮循环冻融对煤体孔隙压力分布及破裂压力的影响 |
| 6.8 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（6）煤矿深部岩层劈裂注浆扩散机理研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1. 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 研究概况及发展动态分析 |
| 1.2.1 岩体裂隙结构理论 |
| 1.2.2 注浆理论研究现状 |
| 1.2.3 注浆材料研究现状 |
| 1.2.4 注浆模型实验研究现状 |
| 1.2.5 注浆数值模拟研究现状 |
| 1.3 目前研究存在的问题 |
| 1.4 主要研究内容、技术路线与创新点 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 1.4.3 主要创新点 |
| 2. 注浆材料力学特性及微观特征研究 |
| 2.1 浆液黏度时变性试验 |
| 2.1.1 试验方法 |
| 2.1.2 试验结果与数据分析 |
| 2.2 浆液固结强度试验 |
| 2.3 浆液固结体微观特征及孔隙结构 |
| 2.4 小结 |
| 3. 煤矿深部岩层注浆起裂及裂隙扩展机理 |
| 3.1 起裂方向的判定 |
| 3.1.1 横向起裂 |
| 3.1.2 纵向起裂 |
| 3.1.3 斜向起裂 |
| 3.2 浆液流变本构方程 |
| 3.3 裂缝纵向扩展模型 |
| 3.3.1 劈裂注浆模型假设 |
| 3.3.2 裂缝扩展判别条件 |
| 3.3.3 纵向继续劈裂扩散方程 |
| 3.3.4 主要影响因素分析 |
| 3.4 裂缝横向扩展模型 |
| 3.4.1 劈裂注浆模型假设 |
| 3.4.2 裂缝扩展判别条件 |
| 3.4.3 横向继续劈裂扩散方程 |
| 3.4.4 主要影响因素分析 |
| 3.5 小结 |
| 4. 不同应力条件下岩石注浆劈裂模型实验 |
| 4.1 相似材料选择及力学特征 |
| 4.2 三维岩石注浆劈裂模型实验 |
| 4.2.1 相似准则 |
| 4.2.2 模型实验装置 |
| 4.2.3 试件准备 |
| 4.2.4 试验设计 |
| 4.2.5 实验步骤 |
| 4.3 实验结果与分析 |
| 4.3.1 岩石强度的影响 |
| 4.3.2 围压环境的影响 |
| 4.3.3 预制裂隙方位的影响 |
| 4.4 注浆劈裂起裂压力分析 |
| 4.5 小结 |
| 5. 煤矿深部岩层劈裂注浆扩展规律数值分析 |
| 5.1 计算方法 |
| 5.1.1 计算软件 |
| 5.1.2 粘结单元的破坏 |
| 5.1.3 缝内流变性浆液的流动 |
| 5.1.4 流固耦合基本原理 |
| 5.2 单裂隙注浆劈裂模拟分析 |
| 5.2.1 模型的建立 |
| 5.2.2 与解析解对比分析 |
| 5.2.3 浆液流变性对劈裂注浆扩展规律的影响 |
| 5.3 裂隙发育岩层注浆劈裂模拟分析 |
| 5.3.1 随机裂隙的生成 |
| 5.3.2 模型的建立 |
| 5.3.3 裂隙发育岩层劈裂注浆扩展规律的影响 |
| 5.4 软弱岩层注浆劈裂模拟分析 |
| 5.4.1 模型的建立 |
| 5.4.2 软弱岩层劈裂注浆扩展规律的影响 |
| 5.4.3 深部岩层劈裂注浆控制方法 |
| 5.5 小结 |
| 6. 煤矿巷道底板软弱岩层注浆加固工程应用 |
| 6.1 顾桥矿东区-1000 m车场大巷道工程概况 |
| 6.1.1 工程地质特征 |
| 6.1.2 原支护方案 |
| 6.1.3 围岩变形模拟 |
| 6.2 二次注浆加固方案设计 |
| 6.2.1 底板破碎围岩注浆模拟 |
| 6.2.2 注浆方案 |
| 6.3 注浆结果及分析 |
| 6.3.1 注浆压力及注浆量 |
| 6.3.2 注浆效果检验 |
| 6.4 小结 |
| 7. 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（7）高能气体冲击压裂煤系复合储层裂缝穿层扩展机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 煤系气成藏机理、储层类型、赋存机理与赋存模式 |
| 1.2.2 煤系储层增透改造的技术与理论 |
| 1.2.3 影响裂缝穿层扩展的因素 |
| 1.2.4 裂缝穿层的判别 |
| 1.2.5 裂缝穿层扩展的控制方法 |
| 1.2.6 高能气体压裂技术与理论 |
| 1.2.7 最佳起裂层位的优选方法 |
| 1.3 存在的问题与发展趋势分析 |
| 1.4 研究内容、方法及技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究方法 |
| 1.4.3 技术路线 |
| 第2章 煤系复合储层高能气体冲击压裂的地质-工程模型 |
| 2.1 鄂尔多斯盆地临兴区块含煤地层 |
| 2.2 鄂尔多斯盆地临兴区块煤系气储层及其物性特征 |
| 2.2.1 煤系气储层 |
| 2.2.2 储层矿物成分 |
| 2.2.3 储层的含气性 |
| 2.2.4 储层力学特性 |
| 2.3 高能气体冲击压裂的施工方案 |
| 2.4 高能气体冲击压裂复合储层的地质-工程模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 煤系复合储层高能气体冲击压裂缝动态扩展数学模型及其求解 |
| 3.1 基本假设 |
| 3.2 火药爆燃加载模型 |
| 3.2.1 火药爆燃阶段 |
| 3.2.2 散热泄压阶段 |
| 3.3 缝内气体流动模型 |
| 3.3.1 气体泄流模型 |
| 3.3.2 缝内压力分布模型 |
| 3.4 裂缝壁面气体滤失模型 |
| 3.5 裂缝扩展模型 |
| 3.5.1 裂缝起裂与止裂的判别模型 |
| 3.5.2 裂缝形态计算模型 |
| 3.6 裂缝穿层判别模型 |
| 3.6.1 穿层方向缝尖能量释放率的计算模型 |
| 3.6.2 沿界面方向缝尖能量释放率的计算模型 |
| 3.6.3 裂缝穿层的判别准则 |
| 3.7 模型求解 |
| 3.7.1 火药爆燃加载子模型求解 |
| 3.7.2 裂缝扩展子模型求解 |
| 3.7.3 子模型间的耦合迭代 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 煤系复合储层高能气体冲击压裂缝扩展演化规律的数值模拟研究 |
| 4.1 数值模型与参数 |
| 4.2 冲击压裂缝在复合储层中的扩展演化 |
| 4.2.1 井筒内高能气体压力的变化规律 |
| 4.2.2 冲击压裂缝穿层扩展演化过程 |
| 4.3 地质条件对层间界面处压裂缝穿层的影响 |
| 4.3.1 层间剪切模量差对压裂缝穿层的影响 |
| 4.3.2 层间泊松比差对压裂缝穿层的影响 |
| 4.3.3 层间密度比对压裂缝穿层的影响 |
| 4.3.4 界面倾角对压裂缝穿层的影响 |
| 4.3.5 界面断裂能对压裂缝穿层的影响 |
| 4.4 冲击参量对层间界面处压裂缝穿层的影响 |
| 4.4.1 加载速率对压裂缝穿层的影响 |
| 4.4.2 压力峰值对压裂缝穿层的影响 |
| 4.5 地质条件对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.5.1 层间弹性模量差对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.5.2 层间泊松比差对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.6 冲击参量对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.6.1 加载速率对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.6.2 压力峰值对压裂缝扩展范围的影响 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 高能气体冲击压裂缝穿层扩展的能量机制 |
| 5.1 裂缝尖端能量传递规律的定性分析 |
| 5.1.1 缝尖能量释放率 |
| 5.1.2 缝尖能量释放率增速与裂缝扩展行为的关系 |
| 5.1.3 缝尖能量释放率增速的数学模型 |
| 5.2 加载速率影响缝尖能量释放率的数值模拟 |
| 5.2.1 模拟方法与数值模型 |
| 5.2.2 模拟结果与分析 |
| 5.3 冲击压裂缝穿层与沿界面竞争扩展的能量机制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 煤系复合储层高能气体冲击压裂最佳起裂层位优选 |
| 6.1 不同起裂层位下压裂缝穿层扩展高度的数值模拟 |
| 6.1.1 数值模型与模拟方案 |
| 6.1.2 模拟结果 |
| 6.2 不同起裂层位压裂缝穿层高度比较 |
| 6.3 起裂层位选择及其合理性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 独创性说明 |
| 7.3 不足 |
| 7.4 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（8）煤系地层水力压裂裂缝扩展规律及界面影响机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 煤层气开采国内外研究现状 |
| 1.2.1 国内外煤层气储量及生产开采现状 |
| 1.2.2 水力压裂开采煤层气国内外研究现状 |
| 1.3 水力压裂裂缝与煤岩界面交互扩展研究现状 |
| 1.3.1 物理试验研究现状 |
| 1.3.2 数值模拟研究现状 |
| 1.3.3 理论及预测模型研究现状 |
| 1.4 煤层气开采亟待解决的问题 |
| 1.5 本文主要研究内容及方法 |
| 1.5.1 研究内容及方法 |
| 1.5.2 技术路线 |
| 第2章 界面强度及应力对水力压裂裂缝扩展影响的试验研究 |
| 2.1 人工煤岩组合体试件制备、试验装置及方法 |
| 2.1.1 人工煤岩组合体试件制备 |
| 2.1.2 试验装置 |
| 2.1.3 试验过程与试验方案 |
| 2.2 煤岩界面摩擦特性规律 |
| 2.3 不同作用因素条件下裂缝跨界面扩展试验 |
| 2.3.1 不同应力条件下裂缝跨界面扩展规律 |
| 2.3.2 不同界面强度条件下裂缝跨界面扩展规律 |
| 2.4 界面强度突变对裂缝扩展路径的影响 |
| 2.5 注液压力演化规律及声发射动态响应特征 |
| 2.5.1 不同裂缝扩展形态注液压力演化规律 |
| 2.5.2 不同裂缝扩展形态声发射动态响应特征 |
| 2.6 煤岩界面裂缝起裂、偏转理论分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 压裂工艺参数对裂缝跨界面扩展规律的影响及机理研究 |
| 3.1 试件制备、试验装置及方法 |
| 3.1.1 大尺寸天然煤岩立方体试件制备 |
| 3.1.2 试验装置 |
| 3.1.3 试验过程与试验方案 |
| 3.2 天然煤岩组合体煤-岩受力特征分析 |
| 3.3 压裂参数对裂缝跨界面扩展的影响 |
| 3.3.1 不同应力差异系数下压裂裂缝扩展规律 |
| 3.3.2 不同压裂流体下压裂裂缝扩展规律 |
| 3.3.3 不同注液流量下压裂裂缝扩展规律 |
| 3.4 压裂裂缝跨界面扩展作用机理 |
| 3.4.1 应力差异对压裂裂缝跨界面扩展的影响机制 |
| 3.4.2 黏度及速率对压裂裂缝跨界面扩展的影响机制 |
| 3.4.3 材料特性对压裂裂缝跨界面扩展的影响机制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 不同裂缝间距水力压裂裂缝扩展规律试验研究 |
| 4.1 试件制备、试验装置及方法 |
| 4.1.1 平面板状岩体试制备件 |
| 4.1.2 试验装置 |
| 4.1.3 试验过程与试验方案 |
| 4.2 不同压裂孔裂缝间距条件下水力压裂裂缝扩展规律试验研究 |
| 4.2.1 不同裂缝间距条件下压裂裂缝扩展规律 |
| 4.2.2 多孔压裂注液压力演化规律 |
| 4.2.3 不同裂缝形态条件下注液流量动态演化特征 |
| 4.3 多孔压裂裂缝跨界面扩展规律试验研究 |
| 4.3.1 水力压裂裂缝跨界面起裂扩展规律 |
| 4.3.2 注液压力演化及声发射动态响应特征 |
| 4.3.3 多孔压裂裂缝扩展位移与应力分布规律 |
| 4.3.4 岩体裂缝断面形貌特征 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 多因素作用下裂缝跨界面扩展预测模型及数值模拟研究 |
| 5.1 水力压裂裂缝跨界面扩展预测模型 |
| 5.1.1 预测模型的建立 |
| 5.1.2 模型验证 |
| 5.2 基于弹塑性断裂力学煤岩组合体水力压裂数值模型 |
| 5.2.1 基于弹塑性裂缝的水力压裂模型 |
| 5.2.2 基于弹塑性模型煤-岩组合体水力压裂数值模型 |
| 5.3 水力压裂数值模拟结果分析 |
| 5.3.1 不同距煤岩界面距离条件下裂缝扩展规律 |
| 5.3.2 不同顶板岩性条件下裂缝穿层扩展规律 |
| 5.4 基于线弹性断裂力学煤岩体水力压裂数值模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述与研究内容 |
| 2.1 “深部”的科学界定 |
| 2.2 竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
| 2.3 岩爆机理及控制措施研究 |
| 2.3.1 岩爆机理研究现状 |
| 2.3.2 岩石冲击倾向性研究 |
| 2.3.3 岩爆防治措施研究 |
| 2.4 岩体能量理论研究 |
| 2.4.1 岩体储能特征研究 |
| 2.4.2 岩体能量耗散特征研究 |
| 2.4.3 深部岩体能量释放特征 |
| 2.5 声发射在围岩稳定性评价中的应用 |
| 2.5.1 声发射不可逆特征研究 |
| 2.5.2 声发射b值研究 |
| 2.5.3 岩石破裂前兆频谱特征分析 |
| 2.6 主要研究内容和技术路线 |
| 3 纱岭金矿主井地层完整性评价及地应力分布特征 |
| 3.1 纱岭金矿主井穿越地层完整性评价 |
| 3.2 地应力测量结果分析 |
| 3.2.1 地应力测量目的及意义 |
| 3.2.2 水压致裂地应力测量系统及测试过程 |
| 3.2.3 地应力测量结果分析 |
| 3.2.4 最大水平主应力方向分布特征 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 纱岭金矿深部地层岩石力学性能与冲击危险性分析 |
| 4.1 岩样采集与制备 |
| 4.2 深部地层岩石细观结构特征 |
| 4.2.1 岩石矿物成分及结构形貌 |
| 4.2.2 深部地层岩石孔隙结构特征 |
| 4.3 单轴压缩作用下深部地层岩石力学性能试验研究 |
| 4.3.1 试验方案及力学特征 |
| 4.3.2 单轴压缩作用下声发射能量特征 |
| 4.3.3 深部岩石单轴压缩作用下裂纹扩展特征 |
| 4.3.4 深部地层岩石脆性强度特征 |
| 4.4 深部地层岩石三轴压缩作用下力学性能试验研究 |
| 4.4.1 试验方案及力学特征分析 |
| 4.4.2 三轴压缩作用下声发射时、频参数变异性 |
| 4.4.3 AE时间序列分形特征 |
| 4.5 深部地层岩石抗拉强度及加载速率效应试验研究 |
| 4.5.1 试样制备及试验方法 |
| 4.5.2 深部岩石抗拉强度加载速率效应 |
| 4.6 深部地层岩石动态冲击作用下力学特征 |
| 4.6.1 试验设备简介 |
| 4.6.2 动态力学特征 |
| 4.6.3 动态冲击下岩样破坏形态 |
| 4.7 循环加卸载作用下深部地层岩石力学性能及AE特征研究 |
| 4.7.1 循环加卸载试验方案 |
| 4.7.2 循环加载对岩体力学性能影响研究 |
| 4.7.3 不同围压下岩样扩容特征 |
| 4.7.4 深部地层岩石失稳破坏过程与AE信号相关性研究 |
| 4.8 不同深度地层岩石冲击危险性 |
| 4.8.1 冲击倾向性综合评价 |
| 4.8.2 不同埋深岩石冲击危险性 |
| 4.9 本章小结 |
| 5 深部地层岩石能量演化机制及失稳判据研究 |
| 5.1 单轴压缩作用下岩石储能能力随深度变化规律 |
| 5.2 三轴压缩作用下深部地层岩石储能特征 |
| 5.3 深部地层岩石能量演化机制 |
| 5.3.1 能量计算方法 |
| 5.3.2 能量演化及分配规律 |
| 5.3.3 不同应力水平作用下岩石冲击危险性 |
| 5.3.4 工程扰动能量响应特征 |
| 5.3.5 基于耗散能岩石损伤及失稳判据 |
| 5.4 深部地层岩石失稳破坏能量演化与AE信号相关性 |
| 5.4.1 岩石不可逆特征研究 |
| 5.4.2 声发射b值演化特征 |
| 5.4.3 循环加卸载累计振铃计数与应变关系研究 |
| 5.5 冲击载荷下深部花岗岩能量耗散特征 |
| 5.6 开挖扰动岩体能量路径探讨 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 深竖井开挖围岩稳定性分析及控制技术 |
| 6.1 深竖井围岩稳定性评价指标 |
| 6.2 纱岭金矿主井深部地层开挖围岩稳定性 |
| 6.2.1 Hoek-Brown准则确定岩体参数 |
| 6.2.2 主井开挖位移场随深度变化特征 |
| 6.2.3 主井开挖应力场和塑性区随深度变化规律 |
| 6.3 不均匀地层对深部井筒稳定性影响 |
| 6.4 基于破坏接近度的围岩稳定性分析 |
| 6.5 不同深度地层能量场分布特征 |
| 6.6 主井深部地层危险区域综合分析及预测 |
| 6.7 主井深部地层围岩稳定性控制措施 |
| 6.8 本章小结 |
| 7 结论及创新点 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（10）类岩石材料水力裂缝扩展试验与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 水力压裂理论研究现状 |
| 1.2.2 水力压裂试验研究现状 |
| 1.2.3 水力压裂数值模拟现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 第二章 水力压裂室内模拟试验 |
| 2.1 试件的制备 |
| 2.2 试验仪器 |
| 2.2.1 常规水压致裂试验装置 |
| 2.2.2 疲劳水压致裂试验装置 |
| 2.3 试验方案 |
| 2.4 试验步骤 |
| 2.4.1 常规水力压裂试验步骤 |
| 2.4.2 循环水压加载试验步骤 |
| 2.5 试验结果及分析 |
| 2.5.1 常规水力压裂试验结果及分析 |
| 2.5.2 疲劳水力压裂试验结果及分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 数值模拟计算原理 |
| 3.1 扩展有限元方法概述 |
| 3.2 最大能量释放率准则 |
| 3.3 虚拟裂纹闭合法 |
| 3.4 模型验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 常规水力压裂数值模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 近似计算材料临界应变能释放率的方法 |
| 4.3 常规水力裂缝力学行为研究 |
| 4.3.1 计算试验材料临界应变能释放率 |
| 4.3.2 初始角对水力裂纹扩展行为的影响 |
| 4.3.3 地应力对水力裂纹扩展行为的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 水力裂纹疲劳扩展数值模拟研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 裂纹疲劳扩展数值计算相关理论 |
| 5.2.1 直接循环法 |
| 5.2.2 Paris公式 |
| 5.3 Ⅰ型裂纹疲劳水力压裂 |
| 5.3.1 Ⅰ型裂纹疲劳水力压裂计算模型 |
| 5.3.2 Ⅰ型裂纹疲劳水力压裂计算结果 |
| 5.4 斜裂纹疲劳水力压裂 |
| 5.4.1 斜裂纹疲劳水力压裂计算模型 |
| 5.4.2 斜裂纹疲劳水力压裂计算结果 |
| 5.4.3 应力水平对裂纹疲劳扩展行为的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
四、井筒支护开裂形成及扩展的断裂力学分析（论文参考文献）
- [1]粘土地层盾构掘进泥水劈裂压力及伸展路径研究[D]. 王滕. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]锚杆的抑损止裂效应分析及锚固界面的剪切滑移模型[D]. 杨钊. 北京交通大学, 2021(02)
- [3]坚硬顶板区域水力压裂裂缝三维扩展机理研究[D]. 赵凯凯. 煤炭科学研究总院, 2021
- [4]凿井期深大冻结井筒内壁混凝土开裂机理细观数值计算[D]. 陈劲韬. 中国矿业大学, 2021
- [5]低渗煤体液氮致裂作用与增透机理研究[D]. 苏善杰. 中国矿业大学, 2021(02)
- [6]煤矿深部岩层劈裂注浆扩散机理研究[D]. 刘向阳. 合肥工业大学, 2021
- [7]高能气体冲击压裂煤系复合储层裂缝穿层扩展机理研究[D]. 张润旭. 太原理工大学, 2020
- [8]煤系地层水力压裂裂缝扩展规律及界面影响机理研究[D]. 姜玉龙. 太原理工大学, 2020
- [9]纱岭金矿深部地层岩体力学性能与深竖井围岩稳定性分析及控制[D]. 裴峰. 北京科技大学, 2020
- [10]类岩石材料水力裂缝扩展试验与数值模拟研究[D]. 张柏楠. 山东大学, 2020(12)