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考虑基质渗透性的裂隙岩体REV变化机制研究
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作者 王扬扬 钱家忠 +1 位作者 马雷 骆乾坤 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期926-931,共6页
表征单元体(representative elementary volume,REV)的存在是使用等效连续方法的前提。文章基于三峡工程收集的裂隙几何参数,利用蒙特卡洛方法对裂隙岩体进行20次随机模拟,基于COMSOL Multiphysics的数值模型对裂隙岩体进行数值建模,从... 表征单元体(representative elementary volume,REV)的存在是使用等效连续方法的前提。文章基于三峡工程收集的裂隙几何参数,利用蒙特卡洛方法对裂隙岩体进行20次随机模拟,基于COMSOL Multiphysics的数值模型对裂隙岩体进行数值建模,从生成的裂隙岩体几何模型中提取不同尺寸的计算域(边长为6~70 m,每次间隔4 m),在不考虑基质渗透性和考虑基质渗透性情况下,计算不同尺寸的裂隙岩体渗透率大小,探究渗透率REV随裂隙隙宽的变化规律。研究结果表明:不考虑基质渗透性时,REV与裂隙隙宽无关;考虑基质渗透性时,REV随裂隙隙宽的增大呈现增大趋势;考虑基质渗透性且裂隙隙宽很小时,裂隙网络更倾向为均质介质,REV很小,裂隙隙宽越大,流场非均质性越强,REV也随裂隙隙宽增大而增大。该研究拓展了裂隙岩体的等效性范围,为考虑基质渗透性时的裂隙岩体渗流研究提供了参考。 展开更多
关键词 裂隙网络 裂隙基质系统 尺度效应 表征单元体(REV) 渗透率
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裂隙网络模拟与REV尺度研究 被引量:38
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作者 张贵科 徐卫亚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1675-1680,共6页
研究了利用平面四边形模拟节理岩体三维裂隙网络的方法。在生成裂隙网络时,同时考虑结构面几何参数和力学参数的随机性。利用裂隙网络研究了确定岩体REV尺度的指标。在此基础上,编制了岩体裂隙网络模拟程序、裂隙网络图形输出程序和岩体... 研究了利用平面四边形模拟节理岩体三维裂隙网络的方法。在生成裂隙网络时,同时考虑结构面几何参数和力学参数的随机性。利用裂隙网络研究了确定岩体REV尺度的指标。在此基础上,编制了岩体裂隙网络模拟程序、裂隙网络图形输出程序和岩体REV尺度指标分析程序。通过算例分析,验证了研究成果及程序的合理性,并得出了岩体REV尺度约为各组裂隙中最大迹长期望值3-4倍的结论。研究成果为后续计算岩体等效力学参数奠定了基础。 展开更多
关键词 节理岩体 裂隙网络 岩体REV尺度 等效力学参数
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基于格子博尔兹曼方法表征体元尺度土体细观渗流场的数值模拟 被引量:9
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作者 申林方 王志良 李邵军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S2期689-694,共6页
为了研究土体的细观渗流特性,假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计参数(孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等)的影响,基于表征体元(REV)尺度的格子博尔兹曼(Boltzmann)方法,建立了压力作用下土体细... 为了研究土体的细观渗流特性,假设土体是完全饱和且在渗流过程中水分的流动始终处于层流状态。考虑宏观统计参数(孔隙率、渗透率及有效黏滞系数等)的影响,基于表征体元(REV)尺度的格子博尔兹曼(Boltzmann)方法,建立了压力作用下土体细观渗流的数值模型。采用D2Q9模型考虑水分流动的离散速度分布,宏观边界条件为左右侧面为不透水边界(0)x yu=u=,上下边界设置不同的密度来控制压力边界,在微观边界条件上采用非平衡态外推格式。编制相应的计算程序,将计算区域内的多孔介质材料设置成流体(孔隙率φ=1.0,渗透率K=∞),验证了经典的Poiseuille流。此外,结合算例分别讨论了土体在压力作用下孔隙率、渗透率及渗透压力等影响因素与渗流速度的相互关系,研究表明该数值方法与Darcy定律得到的计算结果较为吻合。因此,基于REV尺度的格子Boltzmann方法可以有效地模拟土体的渗流机制,为进一步研究土体渗流特性提供了一种新的研究手段。 展开更多
关键词 格子博尔兹曼(Boltzmann)方法 表征体元(REV)尺度 多孔介质 渗流场 数值模拟
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基于数值实验的节理岩体变形特性尺寸效应 被引量:2
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作者 安民 张红亮 尹小涛 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期73-77,共5页
借用有限元数值实验技术,通过节理随机概率模型生成0.4、0.6、0.8、1.0 m和1.1 m等5组不同尺寸的节理岩体试件,每个尺寸组10个试件.在5 MPa围压下,对试件轴向分级加载,获得同一尺寸下每个试件的应力-应变曲线,分析每组10条应力应变曲线... 借用有限元数值实验技术,通过节理随机概率模型生成0.4、0.6、0.8、1.0 m和1.1 m等5组不同尺寸的节理岩体试件,每个尺寸组10个试件.在5 MPa围压下,对试件轴向分级加载,获得同一尺寸下每个试件的应力-应变曲线,分析每组10条应力应变曲线及数据随试件尺寸的变化规律.分析结果发现:尺寸较小时,同组变形曲线比较分散,数据离散程度相对较大;随着尺寸的增大,曲线束积聚程度提高,数据离散性减小,这说明试件受力变形特性存在尺寸效应,可以获得该方法获取岩体变形特性的特征尺寸. 展开更多
关键词 节理岩体 尺寸效应 REV 应力应变曲线
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基于三维裂隙连通率的裂隙岩体表征单元体研究 被引量:13
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作者 王晓明 夏露 +1 位作者 郑银河 于青春 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期3297-3302,共6页
三维裂隙连通率综合反映了岩体内裂隙发育特征,是评价工程岩体稳定性的一个重要参数。为合理选取具有代表性的裂隙连通率,基于投影法对水平向三维裂隙连通率的尺寸效应进行分析研究,进一步确定岩体表征单元体尺寸。首先,对实测裂隙数据... 三维裂隙连通率综合反映了岩体内裂隙发育特征,是评价工程岩体稳定性的一个重要参数。为合理选取具有代表性的裂隙连通率,基于投影法对水平向三维裂隙连通率的尺寸效应进行分析研究,进一步确定岩体表征单元体尺寸。首先,对实测裂隙数据进行几何参数统计分析,采用逆建模方法建立一个100 m×100 m×140 m的裂隙网络模型。在模型中的10个不同高程上设置水平向的投影基准面,基准面尺寸位于5 m×5 m^100 m×100 m范围。利用投影法计算各投影基准面的三维裂隙连通率,分析三维裂隙连通率随研究尺度的变化情况。采用T检验和F检验判定各级尺寸与最大研究尺寸的研究区域的连通率均值和方差是否存在显著差异。研究结果表明,当研究尺寸达到65 m×65 m时,连通率均值和方差进入稳定状态,该尺寸可视为研究岩体水平方向的表征单元体。 展开更多
关键词 岩石力学 裂隙岩体 表征单元体 三维裂隙连通率 尺寸效应
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基于REV尺度格子Boltzmann方法的页岩气流动数值模拟 被引量:8
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作者 张烈辉 贾鸣 郭晶晶 《力学与实践》 北大核心 2017年第2期130-134,共5页
结合页岩扫描电镜图像,提出页岩气藏物理模型,采用表征单元体积(representative elementary volume,REV)尺度格子Boltzmann方法,考虑滑脱效应,模拟页岩气在页岩气藏中的流动.模拟结果表明,页岩气主要沿着天然裂缝窜进,但在有机质和无机... 结合页岩扫描电镜图像,提出页岩气藏物理模型,采用表征单元体积(representative elementary volume,REV)尺度格子Boltzmann方法,考虑滑脱效应,模拟页岩气在页岩气藏中的流动.模拟结果表明,页岩气主要沿着天然裂缝窜进,但在有机质和无机质中也存在缓慢的流动,且有机质中的流速要略大于无机质中的流速.通过改变地层压力,研究地层压力对页岩气渗流特性的影响.研究结果表明,整个流场的速度和渗透率均随着地层压力的下降而增加. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN方法 表征单元体积尺度 滑脱效应 页岩气 数值模拟
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基于数值试验的节理岩体变形特性REV研究 被引量:7
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作者 张红亮 王水林 李春光 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第A02期3643-3648,共6页
根据随机节理网络程序,得到多组随机节理岩体数值模型,通过数值试验获得多组随机节理岩体模型的应力-应变曲线。首先在试件尺寸及节理概率分布特征参数不变时,获得在一定围压下试件的应力应变曲线变化规律。然后考虑试件尺寸变化对岩体... 根据随机节理网络程序,得到多组随机节理岩体数值模型,通过数值试验获得多组随机节理岩体模型的应力-应变曲线。首先在试件尺寸及节理概率分布特征参数不变时,获得在一定围压下试件的应力应变曲线变化规律。然后考虑试件尺寸变化对岩体应力-应变曲线的影响。通过上述2类工况数值模拟结果进行分析发现,试件尺寸小时,变形曲线比较分散,随着尺寸的增大,曲线趋于一致,说明节理岩体变形曲线存在尺寸效应,岩体变形特性的特征尺寸可以由数值试验获得。 展开更多
关键词 岩石力学 节理岩体 尺寸效应 REV
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管单元用于缩减岩体渗透张量计算规模 被引量:2
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作者 王俊奇 刘博伟 岳潇 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期108-116,共9页
为探讨裂隙空间渗流的优势路径、在满足精度的前提下减少计算量并使模型更具实用价值,根据实测结构面资料,采用圆盘模型,生成与现场岩体具有相同统计特征的三维裂隙网络,将渗流渠道简化为一维管单元模型,研究分组排列和全排列两种方式... 为探讨裂隙空间渗流的优势路径、在满足精度的前提下减少计算量并使模型更具实用价值,根据实测结构面资料,采用圆盘模型,生成与现场岩体具有相同统计特征的三维裂隙网络,将渗流渠道简化为一维管单元模型,研究分组排列和全排列两种方式缩减计算规模对渗透张量和表征单元体(representative elementary volume,REV)大小的影响。并用某工程数据校核缩减规模效应。结果显示:采用全排列方式缩减误差相对较小;当计算规模缩减达到70%时,基本不改变渗透张量的精度;裂隙岩体的渗透张量REV尺寸会随缩减规模的增加有所增大。可见确实存在由直径较大裂隙控制渗流特性的主干裂隙网络骨架,计算时缩减裂隙网络规模到一定程度,仍然可以保证渗透张量具有足够的精度。 展开更多
关键词 离散裂隙网络 渗透张量 缩减规模 管单元 表征单元体
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Hydrodynamic resistance of pore–throat structures and its effect on shale oil apparent permeability
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作者 Wendong Wang Qian Zhang +3 位作者 Jilong Xu Da Zheng Lifeng Liu Yuliang Su 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2024年第2期101-110,共10页
Oil transport is greatly affected by heterogeneous pore–throat structures present in shale.It is therefore very important to accurately characterize pore–throat structures.Additionally,it remains unclear how pore–t... Oil transport is greatly affected by heterogeneous pore–throat structures present in shale.It is therefore very important to accurately characterize pore–throat structures.Additionally,it remains unclear how pore–throat structures affect oil transport capacity.In this paper,using finite element(FE)simulation and mathematical modeling,we calculated the hydrodynamic resistance for four pore–throat structure.In addition,the influence of pore throat structure on shale oil permeability is analyzed.According to the results,the hydrodynamic resistance of different pore throat structures can vary by 300%.The contribution of additional resistance caused by streamline bending is also in excess of 40%,even without slip length.Fur-thermore,Pore–throat structures can affect apparent permeability by more than 60%on the REV scale,and this influence increases with heterogeneity of pore size distribution,organic matter content,and organic matter number.Clearly,modeling shale oil flow requires consideration of porous–throat structure and additional resistance,otherwise oil recovery and flow capacity may be overestimated. 展开更多
关键词 Pore–throat structure Hydrodynamic resistance Apparent permeability rev-scale Shale oil
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基于多尺度方法研究微生物生长对多孔介质渗透率的影响 被引量:3
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作者 杨勇 陈丽萍 +2 位作者 龚延风 金椿明 王世林 《环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期49-54,153,共7页
建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多... 建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多孔介质中流场,CA模型描述微生物生长。宏观尺度部分采用通用渗流模型描述流体在多孔介质内的流动。结果表明:由于流体和营养物的优先渗流性,微生物生长在空间上呈明显的非均匀性。多孔介质进口处微生物生长最快,远离进口的多孔介质骨架上微生物生长量与上下游位置关系不大,而与优势流直接相关。将不同营养物进口浓度工况下的局部当量孔隙率动态变化曲线用于REV计算,发现REV尺度的营养物进口浓度每增加1倍,多孔介质开始发生堵塞的时间可缩短18.0%~30.7%。 展开更多
关键词 表征体元尺度 孔隙尺度 多孔介质 渗透率 格子玻尔兹曼 微生物生长
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Effects of fracture distribution and length scale on the equivalent continuum elastic compliance of fractured rock masses 被引量:1
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作者 Marte Gutierrez Dong-Joon Youn 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2015年第6期626-637,共12页
Fracture systems have strong influence on the overall mechanical behavior of fractured rock masses dueto their relatively lower stiffness and shear strength than those of the rock matrix. Understanding theeffects of f... Fracture systems have strong influence on the overall mechanical behavior of fractured rock masses dueto their relatively lower stiffness and shear strength than those of the rock matrix. Understanding theeffects of fracture geometrical distribution, such as length, spacing, persistence and orientation, isimportant for quantifying the mechanical behavior of fractured rock masses. The relation betweenfracture geometry and the mechanical characteristics of the fractured rock mass is complicated due tothe fact that the fracture geometry and mechanical behaviors of fractured rock mass are stronglydependent on the length scale. In this paper, a comprehensive study was conducted to determine theeffects of fracture distribution on the equivalent continuum elastic compliance of fractured rock massesover a wide range of fracture lengths. To account for the stochastic nature of fracture distributions, threedifferent simulation techniques involving Oda's elastic compliance tensor, Monte Carlo simulation (MCS),and suitable probability density functions (PDFs) were employed to represent the elastic compliance offractured rock masses. To yield geologically realistic results, parameters for defining fracture distributionswere obtained from different geological fields. The influence of the key fracture parameters andtheir relations to the overall elastic behavior of the fractured rock mass were studied and discussed. Adetailed study was also carried out to investigate the validity of the use of a representative elementvolume (REV) in the equivalent continuum representation of fractured rock masses. A criterion was alsoproposed to determine the appropriate REV given the fracture distribution of the rock mass. 展开更多
关键词 Fractured rock mass Equivalent continuum elastic compliance Monte Carlo simulation(MCS) Representative element volume(REV) Scale effects
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基于离散元的柱状节理岩体等效弹性模量尺寸效应研究 被引量:18
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作者 倪海江 徐卫亚 +2 位作者 石安池 徐建荣 吉华 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期90-96,共7页
尺寸效应的研究在评估节理/裂隙岩体力学性质方面具有重要意义,通过离散元数值方法研究尺寸效应。引入Voronoi图模拟随机节理,以相对标准差为标准,衡量试验结果的稳定性和可靠度,进行了足够次数不同尺寸的单轴压缩数值试验。进而采用统... 尺寸效应的研究在评估节理/裂隙岩体力学性质方面具有重要意义,通过离散元数值方法研究尺寸效应。引入Voronoi图模拟随机节理,以相对标准差为标准,衡量试验结果的稳定性和可靠度,进行了足够次数不同尺寸的单轴压缩数值试验。进而采用统计方法分析Eeq(等效弹性模量)和1/Eeq(等效柔量)的尺寸效应。研究表明:相对标准差值为5%对应的变形REV(representative elementary volume)尺寸约为4倍Voronoi多边形平均边长;样本Eeq的均值随着尺寸的增大显著降低,而样本1/Eeq的均值随尺寸变化很小。对结论的适用性进行了分析,实际工程中多采用样本Eeq的均值估算岩体的整体等效弹性模量,建议同时采用1/Eeq均值的倒数估算其下限。并将此方法应用于白鹤滩水电站节理岩体原位变形试验成果的分析。 展开更多
关键词 岩石力学 尺寸效应 离散元 表征单元体积(REV) 弹性模量 节理/裂隙岩体
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