巖體水壓致裂裂紋擴(kuò)展規(guī)律模擬研究.pdf

1、水壓致裂理論與技術(shù)的研究是隨著石油和天然氣的開發(fā)而發(fā)展起來的，在石油工業(yè)中，水壓致裂技術(shù)一直是石油和天然氣增產(chǎn)的重要措施。巖石的水壓致裂過程實(shí)際就是巖石在水壓作用下微裂紋萌生、擴(kuò)展、貫通，直到最后宏觀裂紋產(chǎn)生導(dǎo)致失穩(wěn)破裂的過程。在許多工程巖體中也應(yīng)用到了水壓致裂的理論研究，如水工建筑物穩(wěn)定性、煤礦頂?shù)装逋凰?、瓦斯突出、核廢料的地下處理、水壩失穩(wěn)、隧道圍巖涌水等。
　　本文首先對(duì)巖體水壓致裂過程的機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)，利用RFPA2D-

2、Flow數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)和RFPA3D并行計(jì)算系統(tǒng)，分別建立水壓致裂的二維和三維數(shù)值模型，研究在不同條件下水壓力驅(qū)動(dòng)裂紋萌生、擴(kuò)展以及失穩(wěn)的過程。然后根據(jù)某礦山突水的實(shí)例模擬礦井頂板的突水過程，分析礦井頂板的突水過程。本文主要開展了以下研究工作:
　　1.應(yīng)用RFPA3D并行分析軟件，分別建立不同均勻性的模型，研究在其他邊界條件一致的條件下，巖石的均勻性對(duì)裂紋擴(kuò)展長度和失穩(wěn)壓力的影響。
　　2.應(yīng)用RFPA3D并行分析軟件，建立

3、含五孔對(duì)稱壓力梯度下的模型，分析含有恒定水壓力的控制孔對(duì)裂紋擴(kuò)展方向的影響，并分析裂紋空間分布規(guī)律;研究在含有裂隙的煤層中注水時(shí)，裂隙對(duì)裂紋擴(kuò)展方向的導(dǎo)向作用。
　　3.本文首先對(duì)“點(diǎn)”式壓裂進(jìn)行數(shù)值模擬，研究壓裂過程中裂紋擴(kuò)展的情況。然后利用“點(diǎn)”式壓裂的設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。通過對(duì)比分析“點(diǎn)”式壓裂在工程現(xiàn)場應(yīng)用的可行性。
　　4.從流固耦合角度出發(fā)，利用RFPA2D-Flow模擬國內(nèi)某突水礦山頂板突水，分析開采擾動(dòng)及水壓力