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基于FDEM-Flow研究地应力对水力压裂的影响 被引量：35
1
作者 严成增 郑宏 +1 位作者 孙冠华 葛修润 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期237-246,共10页
用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与... 用提出的FDEM-Flow(考虑流固耦合的离散元-有限元耦合方法)方法作为工具,研究了地应力对水力压裂的影响。通过一个注水圆孔的算例,研究不同地应力状态对压裂裂隙的走向和形态的影响。研究结果表明,起裂压力的大小和压裂裂隙的方位均与地应力有密切关系。在竖向地应力v?保持不变的情况下,且侧压力系数?>1时,随着?的增大,起裂压力和失稳压力均减小;?>1时且取值较小时,主要产生水平向的裂隙,并有斜向裂隙产生;?>1时且取值较大时,裂隙严格按照最大主压应力的方向扩展,不再出现斜向裂隙;?<1时,主要产生竖向的裂隙;?=1时,水平地应力和竖向地应力相等,裂隙的扩展不存在优势方向。不同侧压力系数条件下,裂隙的扩展方向与最大主应力的方向一致,水力压裂裂隙的起裂和扩展主要由最大主拉应力控制,裂隙在拉应力集中的区域起裂。这些结果与已有的试验及理论认识是相符的,进一步验证了FDEM-Flow方法用于模拟水力压裂问题的有效性。 展开更多
关键词 有限元-离散元法 fdem-flow 水力压裂 地应力
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基于FDEM-flow的多孔水力压裂模拟 被引量：4
2
作者 严成增 郑宏 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2016年第7期63-67,共5页
为指导水力压裂施工,用FDEM-flow方法对多孔水力压裂问题进行了研究。研究结果显示:当H2孔的水压较小时,由H1孔出发的裂缝几乎不朝H2孔偏转;当H2孔的水压较大时,H1孔出发朝下扩展的裂缝,向H2孔偏转明显;当H1,H3孔同步增大水压时,H1出发... 为指导水力压裂施工,用FDEM-flow方法对多孔水力压裂问题进行了研究。研究结果显示:当H2孔的水压较小时,由H1孔出发的裂缝几乎不朝H2孔偏转;当H2孔的水压较大时,H1孔出发朝下扩展的裂缝,向H2孔偏转明显;当H1,H3孔同步增大水压时,H1出发向下扩展的裂缝朝H3孔偏转,H3孔出发向上扩展的裂缝朝H1孔偏转,最终在H1孔和H3孔间形成2条相向扩展的裂缝。上述研究结果表明:水力压裂裂缝的走向会受到相邻孔的干涉,可以通过相邻孔应力干扰控制压裂裂缝的走向;同时相邻孔的干涉,可以降低注水孔的起裂水压力,这也从侧面说明了同步压裂技术的合理性。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-flow 多孔水力压裂 同步压裂 裂缝 应力干扰
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模拟水压致裂的另一种二维FDEM-flow方法 被引量：16
3
作者 严成增 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1789-1796,共8页
可考虑岩石本身渗透性的FDEM-flow方法充分利用原FEMDEM中节理单元和三角形单元独特的拓扑连接关系,将节理单元作为流体流动的天然通道,基于立方定律来表征流体在岩石本身及裂隙中的流动,而岩石本身渗透性则通过标定合适节理单元张开度... 可考虑岩石本身渗透性的FDEM-flow方法充分利用原FEMDEM中节理单元和三角形单元独特的拓扑连接关系,将节理单元作为流体流动的天然通道,基于立方定律来表征流体在岩石本身及裂隙中的流动,而岩石本身渗透性则通过标定合适节理单元张开度来表征。用一个含解析解自由面稳态渗流算例初步验证了本文渗流算法及标定岩石本身渗透率方法的正确性。最后计算了一个水力压裂算例,验证了该FDEM-flow方法可同时考虑岩石本身的渗透性和裂隙的渗透性,用简单的纯裂隙渗流完成了对复杂问题的处理。研究结果表明:修改后的FDEM-flow方法能够很好地再现压裂过程中流体压力的分布及裂隙的扩展,可简洁地求解水力压裂这一复杂力学的问题,适用范围更广。为模拟页岩气开采、干热岩地热获取中的水力压裂问题提供新的求解工具。 展开更多
关键词 FEMDEM fdem-flow 流固耦合 水力压裂 流体黏性 裂隙渗流
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基于FDEM-flow方法研究非均质性对水力压裂的影响 被引量：4
4
作者 严成增 郑宏 《地下空间与工程学报》 CSCD 北大核心 2016年第S2期625-631,638,共8页
用FDEM-flow方法作为工具,研究材料的均质度、空间排列对水力压裂的影响。研究表明,随着注入水压的增大,圆孔周界的最大主应力增大,增大到一定值,产生裂隙,裂隙主要由受拉破坏产生。裂隙穿过的区域出现拉应力释放,裂隙端部的应力集中区... 用FDEM-flow方法作为工具,研究材料的均质度、空间排列对水力压裂的影响。研究表明,随着注入水压的增大,圆孔周界的最大主应力增大,增大到一定值,产生裂隙,裂隙主要由受拉破坏产生。裂隙穿过的区域出现拉应力释放,裂隙端部的应力集中区随裂隙的扩展而向外移动。均质度系数较小时,分叉裂隙较多,裂隙扩展路径不平整,并呈现出非对称性;均质度系数增大,分叉裂隙减少,裂隙扩展路径越平直,呈现的对称性越明显。起裂压力也随均质度系数的增大而增大并趋于稳定。材料的空间排列不同,其起裂位置、扩展形态均有较大的差别,起裂压力也随之波动。 展开更多
关键词 FEMDEM FDEM-fow 非均质性 材料空间排列 水力压裂
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应力流时空演化致冲机制的试验与数值研究
5
作者 刘驰 江星宇 +5 位作者 李海涛 穆鹏宇 刘化广 袁红辉 齐庆新 王守光 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期128-140,共13页
针对深部煤矿冲击地压灾害防治需求,聚焦采动应力时空演化机制,创新引入“应力流”概念表征应力动态重分布行为。通过实验室相似模拟试验与有限元-离散元耦合(FDEM)数值模拟相结合,系统研究了煤岩破裂过程中应力流特征及其致冲机理。试... 针对深部煤矿冲击地压灾害防治需求,聚焦采动应力时空演化机制,创新引入“应力流”概念表征应力动态重分布行为。通过实验室相似模拟试验与有限元-离散元耦合(FDEM)数值模拟相结合,系统研究了煤岩破裂过程中应力流特征及其致冲机理。试验以某煤矿冲击地压煤层为原型,基于相似理论制作类煤岩相似材料,采用钢架模型模拟地应力环境,通过千斤顶分级加卸载模拟开采过程,同步布设50组应变花与14组压力盒监测应力梯度演化。结果显示,加载阶段应力梯度变化平缓,模型稳定无明显破坏;卸载阶段应力梯度呈显著突增特征,最高达270kPa/m,且与煤岩破坏呈现强相关性,验证了应力流可作为冲击前兆指标。数值模拟再现了巷道围岩应力集中、节理单元屈服及破裂扩展过程,揭示应力流通过能量积聚速率加速与“破坏-应力重分布”正反馈机制诱发冲击地压,即初始破坏引发应力梯度二次分布,形成连锁反应,符合Griffith断裂准则能量释放规律。研究表明,应力梯度变化率是冲击启动的关键判据,应力流理论通过统筹应力时间演化与空间梯度分布,建立了采动应力时空演化与冲击地压的定量关联,为冲击危险性动态评价及主动防控提供了新思路与理论支撑。 展开更多
关键词 冲击地压 应力流 FDEM 相似模拟 卸载破坏
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