岩石破裂

摘要： 自然界所有的物质都处于由空间和时间构成的四维时空之中,任何力学过程都是与空间和时间相关的过程。但准静态加载条件下的时间维度往往为人们所忽略。文章通过数值计算,解释了准静态力学问题简化为静态问题的合理性,证明了准静态加载条件下动态分析的正确性,讨论了其时间步长的选取原则。研究表明:动力问题和静力问题(准静态问题)具有统一性,在准静态加载条件下选择动态求解器计算是可行的,应力波的传播、透射和反射对计算结果没有影响;在动力计算中,时间步长选取不但与单元尺寸和波速有关,而且与加载速率相关,在准静态加载条件下,选择较大的时间步长依然可以保证计算精度;时间步长对岩石的应力应变曲线和损伤与破裂模式影响较大。为保证岩石应力应变曲线和破裂模式的稳定性和可重复性,时间步长应小于0.03tp。

摘要： 为研究真三向应力下硬岩破裂过程3个主应力方向超声波波速变化规律及其与岩石破裂的关系,对云南砂岩开展了一系列真三轴试验,获得了砂岩破裂过程中3个主应力方向的波速变化特征,发现了3个方向波速具有明显差异,主要表现在三个方面:最大波速、波速初始下降时的σ和峰后波速变化特征。波速分析表明,最小主应力方向波速最能够反映岩石破裂过程。将基于最小主应力方向波速计算的损伤变量与裂纹体应变进行了对比分析,发现损伤变量能较好地反映岩石破裂演化过程。为了更好地描述岩石破裂演化过程,用Power函数拟合了岩石破裂增长阶段损伤变量的演化曲线,建立了多阶段破裂演化方程。试验数据拟合结果表明,该方程与试验数据拟合良好。

摘要： 岩石损伤破裂过程的实时声学特性与其损伤发展密切相关,为获得岩石破坏过程中的实时超声波声学参数与岩石应力及损伤的内在关系,利用实时超声波声学参数预测岩石的应力状态以获得破坏前兆信息。首先,采用HS-YS403B型岩石声波参数测试仪对花岗岩、红砂岩和大理岩试样在单轴压缩过程中的实时超声波进行测试,获得不同岩石压缩过程中的实时纵、横波波速变化规律、岩石动弹参数与岩石受力状态的内在关系;然后,基于实时超声波声学参数,提出评价岩石损伤和预测岩石破裂的分析方法。研究结果表明:实时横波波速变化可分为快速上升阶段、平稳增加阶段和下降阶段,分别对应岩石裂纹的萌生、扩展和贯通;进入下降阶段后,实时横波波速先于实时纵波波速达到峰值点,表明实时横波波速峰值点可以作为岩石,尤其是渐进性破坏特征明显的岩石破裂的前兆;压密方向的实时纵波波速和横波波速与岩石所处的应力状态呈指数函数关系,可用于预估岩石的应力范围;利用实时首波振幅定义的损伤变量能够有效反映岩石内部损伤发展的程度,实时纵、横波谱面积与主频幅值均能有效预测岩石破裂,其中实时横波的预测效果优于实时纵波的预测效果。

摘要： 针对深层致密储层杨氏模量高、地应力高导致破裂压力高难以压开这一难题,通过室内实验研究岩石破裂特性,对储层改造过程中降低破裂压力的技术方法进行分析.首先分析了岩石破裂损坏过程中内部岩石结构的变化,结合岩石抗压强度实验论证了循环加载对应力峰值的影响,通过分析脉动压力在岩石孔隙中的传播机理,阐述了波动能量对岩石造成的疲劳破坏.研究表明,岩石在循环加载外力作用下,其刚度即峰值应力会逐渐降低,利用脉冲式水力激荡循坏加载的方法可实现降低地层破裂压力.利用该技术对中石油南方勘探公司三水区块及塔里木塔北区块两口水平井较致密层段进行压裂改造,分别进行9次及4次加压泄压施工,对水平井整体改造作业的成功实施发挥了重要作用.

摘要： 针对矿山开采领域爆破存在的问题,采用储能30、80、100 kJ冲击波发生装置对大尺寸页岩进行不同次数的冲击波试验。试验结果表明:在冲击波装置能量从30~100 kJ时,随着增加单次脉冲能量的强度,作业次数逐渐减少,破碎效果显著增强;随着能量增大到80~100 kJ时,会对岩体产生较大裂缝,在钻孔周围形成很多破碎区域和较多裂纹,达到破碎的目的,验证了脉冲冲击波破碎岩石的可行性。控制冲击波单次冲击能量和作业次数,可以实现破碎影响范围的可控化,降低传统爆破手段产生的不利影响。

摘要： 针对矿山开采领域爆破存在的问题,采用储能30、80、100 kJ冲击波发生装置对大尺寸页岩进行不同次数的冲击波试验.试验结果表明:在冲击波装置能量从30～100 kJ时,随着增加单次脉冲能量的强度,作业次数逐渐减少,破碎效果显著增强;随着能量增大到80～100 kJ时,会对岩体产生较大裂缝,在钻孔周围形成很多破碎区域和较多裂纹,达到破碎的目的,验证了脉冲冲击波破碎岩石的可行性.控制冲击波单次冲击能量和作业次数,可以实现破碎影响范围的可控化,降低传统爆破手段产生的不利影响.

摘要： 基于国家地磁台网中心的地磁秒采样数据,采用地磁垂直强度极化法,计算了 2019年1月1日至2020年7月31日全国各地磁台站的极化值,对2019年中国大陆西部(110°E以西)极化异常进行了分析,研究了 2020年于田Ms6.4等中强地震前地磁极化异常变化特征及其与后续地震的关系.研究发现:①地磁极化异常具有空间成组特征,即空间上多个地区可以同时出现地磁极化异常;地磁极化异常一般被认为是震前震源区发生断层蠕动或岩石破裂导致的电磁辐射,这意味着震前可能会有多个地区同时发生断层蠕动或岩石破裂,这一现象似乎表明有一个"力源"在主导多区域同时发生断层蠕动或岩石破裂.②地磁极化异常的后续地震具有成组特征,即一个地区出现极化异常后可能发生多次地震.该现象对日常会商分析具有重要参考意义,即此类异常发生预期地震后可能还会有类似地震的发生.③以往的一些研究认为地磁极化异常一般在震前2-3个月出现,但本研究发现极化异常出现后10个月在异常区域仍然会发生地震,这表明电磁辐射异常可能不仅仅是短临异常,还可能具有中期指示意义,即断层蠕动或岩石破裂发生时间可能在震前近1年左右便已开始.这一发现对目前许多类似地震电磁异常研究仅仅分析异常后3个月左右内地震提出了挑战.

摘要： 大量的岩体失稳与节理、裂隙的起裂、扩展和贯通密切相关,裂纹扩展机理及分析方法研究具有重要的科学和工程意义.数值模拟作为一种有效的岩石破裂分析方法备受研究者青睐,但目前的模拟方法在分析压剪闭合等复杂裂隙的力学行为时,还存在诸如扩展路径锯齿化、网格依赖、扩展步长受限等问题.基于此,以巴西圆盘为基本研究对象,开展了不同初始裂隙类型(张开、闭合、填充)、接触摩擦、裂隙倾角等物理力学参数对裂纹扩展特性的影响及破裂机理的研究.首先,基于岩石断裂力学理论和裂纹尖端应力场,运用最大周向应力准则(MTS)研究了张开、闭合等初始裂纹扩展过程,分析了产生锯齿状扩展路径的内在原因,以及传统方法在快速、有效的裂纹扩展路径模拟方面存在的问题.在此基础上,建立了准脆性材料破裂局部化理论的岩体断裂模拟方法,避免了断裂参数计算不准的难题,显著提高了计算的易操作性和精度.此外,通过裂纹尖端区域的局部网格自动重划分,单步的扩展长度并不受网格大小的限制,解决了裂纹扩展的网格依赖问题.最后,通过对裂纹扩展过程力学特性以及起裂角度、扩展路径等分析,获得了整个破裂过程中裂隙面的接触、分离及再闭合等状态以及裂纹扩展的力学机理.该研究提高了岩石破裂过程模拟的效率和准确性,弥补了目前有关压剪应力状态下闭合裂纹扩展研究的不足,实现了破裂路径的精细模拟.

摘要： cqvip:1研究背景声发射是指岩石在受力过程中发生变形和破裂,其应变能释放所监测到的一种物理现象,而b值是表征地震震级—频度关系的参数,研究人员发现,b值具有非线性特征,且与岩石破裂过程密切相关。因此,利用岩石试件变形破坏过程中产生的声发射事件模拟地震,进而研究不同加载条件下岩石变形破坏过程中的声发射b值变化特征,可用于监测岩石受力破坏过程中内部预存微裂隙的活动状态,有助于揭示岩石损伤机理及岩石的破坏程度,也可作为岩石失稳预警参数,捕捉地震发生的前兆信息。

摘要： 通过对自然状态花岗岩进行双轴加载试验,八通道收集声发射信号,分析破裂过程的大能量信号前后的相位谱变化.结果 表明:自然状态的花岗岩每阶段大能量点之前的线性相位占比情况均小于大能量点之后的线性相位占比情况,且大能量点的相位谱均为线性相位,随着破裂的进行,自然状态的花岗岩的破裂更加集中.

摘要： 本文以致密砂岩和页岩为研究对象，采用完整试样和带有预制裂纹的试样，分别开展了单轴和三轴加载条件下的声发射试验研究，基于岩石破裂过程中的应力-应变曲线、破裂现象与声发射信号之间的联系，重点探讨了拉伸、剪切及拉一剪破裂的力学过程中致密岩石的声发射响应特征，对比分析了不同岩石破裂力学机制对应的声发射响应特征之间的差异，这为监测和预测致密储层岩石裂缝扩展路径提供了有益的探索。

摘要： 由于岩石破裂过程的尺度无关性质,通过对岩石样品破坏过程中声发射特征的研究可增进对工程岩体失稳过程的认识.本文总结了国内外学者在岩石声发射研究方面的大量科研成果,讨论了各种受力状态对岩石声发射活动性的影响,即单轴加卸载、三轴加卸载、直接拉伸和间接拉伸等多种荷载条件下的声发射特征,重点分析了岩石破坏前"声发射平静期现象"的出现条件.并通过与岩体破裂过程中声发射监测结果中"沉寂区"的对比分析,得出在利用声发射技术监测地下工程岩体结构的稳定性时,必须深入分析岩体的声发射特征和应力状态变化过程,才能准确识别岩体破坏前兆现象,有效地作出对地质灾害的预报.

摘要： 基于静态破碎剂破岩机理,运用数值模拟方法研究了内部含圆孔的方形岩样在热应力与膨胀力耦合作用下的破坏过程,重点分析了热应力对材料破坏机理的影响,并与物理实验进行了比较.结果表明:在内部热应力与膨胀力耦合作用下,模型中的两条裂纹萌生于垂直于模型边缘的孔径方向上的某个位置,而不是圆孔周围或者模型边缘,并同时向内和向外扩展至模型的内壁和外壁.随着模型热传导系数的增大,起裂位置向模型边缘移动;随着静态破碎剂膨胀系数的增大,起裂位置向圆孔周围移动.同时也研究了相同模型在只有热应力与只有膨胀力作用时的应力场,发现在此模型中热应力对起裂位置和减少裂纹数量有重要影响,耦合作用下的模型破坏是只有热应力作用和只有膨胀力作用的一种综合作用结果.

摘要： 水力压裂改造可以提高非常规储层的渗透率,是提高非常规油气采收率的关键技术之一.利用22台宽频带地震仪器记录了一次水力压裂的微地震数据，高质量的数据为进一步研究压裂过程中岩石破裂过程、评价压裂改造效果提供了有力保障。通过分析记录到的900多个高信噪比微地震事件的时空分布和震源机制，发现，在压裂施工开始后会发生大量的微地震信号，压裂施工停止后，依然有大量微地震发生，即使在压裂施工停止后的数小时后也会发生微地震。这可能是水力压裂过程引起了地下应力的调整，并诱发了大量的微地震。研究还发现，位置相近的微地震具有类似的震源机制解，位置较远的微地震的震源机制解相差较大。

摘要： 天然地震监测领域需要打通实验室岩石声发射(AE)实验到构造地震间的鸿沟，覆盖岩石破裂发出全部声波（高频部分为可听声，低频为地震波），填补100Hz-1KHz观测的空隙，以弥补现有宽频带地震观测范围空白。高应力作用下岩石出现“微小破裂萌生（微尺度、微能量）-裂缝扩展、贯通（小尺度、小能量的破裂）-岩体局部失稳（中尺度、中能量的冲击）-岩体结构破坏、大范围失稳（大尺度、大能量的矿震）”的发展过程。煤岩瓦斯复合动力灾害具有微破裂前兆，灾变过程经历从微小破裂萌生-扩展-集结和从无序到有序发展过程，声发射／微震监测技术可以很好地监测整个过程。

摘要： 利用动态版岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)模拟岩体加载和卸载过程岩体内部裂纹起裂、扩展的演化规律,探索高地应力条件下地下洞室开挖强卸荷引起的应力效应及其对围岩开裂的影响,并分析圆形隧洞动态荷载下围岩开裂分布特征.研究表明,加载和卸载引起的围岩开裂机制显著不同,单轴加载条件下裂纹扩展方向趋于与施加应力方向平行,卸载情况裂纹扩展更趋于与施加应力方向垂直;不同初始应力条件下地下洞室开挖引起的围岩开裂具有典型的分布特征。

摘要： 土体的实际力学特性十分复杂,常具有一些特殊性质,如黄土结构性与湿陷性、膨胀土遇水膨胀性、冻土的冻融性,天然或人工胶结砂土的结构性,以及一些特殊环境中的土体,如深海能源土与月壤土,这些土体难以采用常规土力学方法研究,统称为疑难土.此外,常规岩土材料也存在一些疑难问题,如岩石破裂,砂土剪切带等难以通过传统连续介质力学方法解决的大变形问题.随着土地资源的开发及海洋开发、探月工程的不断发展,亟需一种有效研究手段以分析这些疑难土及疑难问题的力学作用机理.土体的宏观性质是其微观性质作用于宏观上的反映,为探析前述力学作用机理,需紧密联系土体的宏微观响应,而离散单元法可作为两者间的桥梁.该方法基于离散介质力学,立足于土颗粒的微观接触机制和运动规律,通过对颗粒集合体施加以不同的加载条件下,得出相应的宏观力学响应,其不依赖于材料宏观本构关系,在描述材料破坏和大变形方面具有显著优势.笔者依据"从微观走向宏观,并着眼于岩土工程重大问题"的新概念,进一步完备离散单元法的应用,针对岩石破裂、砂土剪切等疑难机理以及结构性砂土、黄土、深海能源土、月壤等疑难土问题.

摘要： 本文在对自然界断层作用长期探索的基础上，应用先存构造活动性准则和先存构造活动趋势分析理论，提出了新的断层理论—广义断层模式。该断层模式把Anderson断层模式，从均匀介质扩展到有先存构造的非均匀介质；Anderson应力状态（主应力直立或水平）扩展到任意应力状态；应用库伦-摩尔准则到广义剪切破裂准则；断层的瞬时活动趋势分析扩展到断裂系统的形成演化。断层是岩石发生剪切破裂作用的结果，岩石发生剪切破裂的经典准则是Coulomb-Mohr准则。Coulomb-Mohr剪破裂准则认为：岩石发生剪切破坏不仅与作用在截面上的剪应力有关，而且还与作用在该截面上的正应力有关，根据广义剪切破裂准则，在地应力作用下，活动性系数fa最大的界面最先达到临界状态而发生剪破裂，可以用“摩尔空间”图解直观地解决这一问题。

摘要： 本文在对自然界断层作用长期探索的基础上，应用先存构造活动性准则和先存构造活动趋势分析理论，提出了新的断层理论—广义断层模式。该断层模式把Anderson断层模式，从均匀介质扩展到有先存构造的非均匀介质；Anderson应力状态（主应力直立或水平）扩展到任意应力状态；应用库伦-摩尔准则到广义剪切破裂准则；断层的瞬时活动趋势分析扩展到断裂系统的形成演化。断层是岩石发生剪切破裂作用的结果，岩石发生剪切破裂的经典准则是Coulomb-Mohr准则。Coulomb-Mohr剪破裂准则认为：岩石发生剪切破坏不仅与作用在截面上的剪应力有关，而且还与作用在该截面上的正应力有关，根据广义剪切破裂准则，在地应力作用下，活动性系数fa最大的界面最先达到临界状态而发生剪破裂，可以用“摩尔空间”图解直观地解决这一问题。

摘要： 本文在对自然界断层作用长期探索的基础上，应用先存构造活动性准则和先存构造活动趋势分析理论，提出了新的断层理论—广义断层模式。该断层模式把Anderson断层模式，从均匀介质扩展到有先存构造的非均匀介质；Anderson应力状态（主应力直立或水平）扩展到任意应力状态；应用库伦-摩尔准则到广义剪切破裂准则；断层的瞬时活动趋势分析扩展到断裂系统的形成演化。断层是岩石发生剪切破裂作用的结果，岩石发生剪切破裂的经典准则是Coulomb-Mohr准则。Coulomb-Mohr剪破裂准则认为：岩石发生剪切破坏不仅与作用在截面上的剪应力有关，而且还与作用在该截面上的正应力有关，根据广义剪切破裂准则，在地应力作用下，活动性系数fa最大的界面最先达到临界状态而发生剪破裂，可以用“摩尔空间”图解直观地解决这一问题。

摘要： 本发明涉及一种岩石钻孔高温热破裂环向定向预裂设备。主要解决现有机械切槽和高压水射流切槽存在的设备庞大、系统较为复杂和应用极为不便的技术问题。本发明的技术方案是：一种岩石钻孔高温热破裂环向定向预裂设备，其包括防爆加热温控系统、钻孔环向定向加热系统和多角度液压装卸系统；所述防爆加热温控系统装在多角度液压装卸系统的运移小车上，所述钻孔环向定向加热系统的中空连接杆装在多角度液压装卸系统设置的夹具上；所述钻孔环向定向加热系统由环向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在环向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘与环向定向加热装置的下端连接。

摘要： 本发明涉及一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备。主要解决现有机械切槽和高压水射流切槽存在的难以控制水力压裂裂缝扩展和卸压效果较差的技术问题。本发明的技术方案是：一种岩石钻孔高温热破裂轴向定向预裂设备，其包括防爆加热温控系统、钻孔控制定向加热系统和多角度液压装卸系统；所述防爆加热温控系统装在多角度液压装卸系统的运移小车上，所述钻孔控制定向加热系统的中空连接杆装在多角度液压装卸系统设置的夹具上；所述钻孔控制定向加热系统由轴向定向加热装置、弹性收放装置和多杆连接装置构成，所述弹性收放装置设在轴向定向加热装置的两端，所述多杆连接装置的中空连接盘通过第二螺栓与轴向定向加热装置的下端连接。

摘要： 本发明涉及一种岩石钻孔高温热破裂三维定向预裂方法。主要解决现有水力压裂技术存在的难以控制水力压裂裂缝扩展和卸压效果较差的技术问题。本发明的技术方案是：根据坚硬岩层厚度与岩性条件，在进风巷或回风巷靠近综采工作面侧、采空区靠近垮落带侧施工若干垂直或斜向上的水力压裂钻孔组；施工完成后，推进钻孔定向加热设备于水力压裂钻孔轴向运动，然后对岩石钻孔孔口段进行封孔处理，按照预设的定向加热方案，分段加热整个水力压裂钻孔，岩石钻孔在预定方向受热发生热破裂形成预制弱化带。本发明可以有效控制裂缝的起裂位置和水力裂缝扩展方向，并减小钻孔费用和劳动强度。

摘要： 本发明公开了一种测定破裂后岩石三轴渗流特性的加载路径方法，包括以下步骤：将取自现场的圆柱形岩石试样安装至岩石三轴伺服机密封缸内，对圆柱形岩石试样进行预压；使用液压油对圆柱形岩石试样施加静水压力，初始围压加载至设定值；保持围压不变，使用位移控制进行轴向加载，加载至峰后控制点，得到破裂后的试样；将破裂后的试样按照位移控制进行卸载，将轴向偏应力卸载至零；调整围压至设定值；保持围压不变，测试试样渗透率；使用轴向位移控制进行轴压加载，加载至设定值后保持轴压不变，测试试样渗透率；继续增加轴向位移，达到设定值后保持轴压不变，测试试样渗透率，直至试样达到峰后残余阶段。本发明能够较好反映破裂后岩石渗透特性。

摘要： 本发明提供一种岩石超压破裂判识指标确定及判别方法、设备、存储介质，包括：通过将获取岩石压裂实测数据，输入训练后的机器学习模型，获得附加构造应力系数，基于所述附加构造应力系数确定所述岩石超压破裂判识指标，基于所述岩石流体压力系数和所述超压破裂压力系数判断所述岩石是否发生超压破裂。考虑了附加构造应力的影响，更准确地反映了岩石的超压破裂条件，为常规油气成藏保存条件研究中的盖层完整性评价和页岩气开发中的水力压裂提供关键技术参数。

摘要： 本发明公开了一种一体化岩石破裂装置，包括破裂缸体、破裂活塞、破裂板和增压装置，增压装置包括增压缸体、增压阀芯和增压活塞，增压缸体与破裂缸体连接，增压缸体上设有进油接口、回油接口、增压内腔、高压内腔、高压单向阀、第一油孔和第二油孔，增压活塞置于增压内腔内，增压活塞通过增压活塞杆与增压阀芯的一端连接，增压阀芯的另一端置于高压内腔内，第一油孔连接于高压内腔与进油接口之间，高压内腔的出口通过高压单向阀与高压油孔连接，第二油孔的两端分别与回油接口和回油油孔连接。本发明只需要提供高压油即可实现特高压动力输出，破裂效果更好，液压站可以减小和降低成本，并使管路接头以及油管移动时的安全系数显著提高。

摘要： 本发明公开了一种利用微震监测数据反演岩石破裂机理及失稳预测方法，根据微震波形的特征，确定微震波形的初至幅值与初至到时；基于微震波形初至到时，构建新的定位目标函数，求解破裂源的坐标，通过考虑微震波形数和初至到时与反算初至到时差值的标准差，剔除不符合要求的定位点；计算微震波形的理论法向位移值，通过理论法向位移值与测量位移值的差值表达式，求解破裂源矩张量并将其正则化，通过破裂面的性质直接判断岩石破裂机理；在此基础上，建立岩石破裂失稳预测指标，根据风险评价等级对岩石破裂失稳风险性进行预测，为工作面冲击地压、岩爆、煤与瓦斯突出突水、崩塌、滑坡这些灾害提供监测预警。

摘要： 本发明公开了一种基于声发射波形信号的岩石破裂前兆识别方法，包括以下步骤：S1、输入全部声发射波形信号xl(t)，l＝1,2,3,…,L；S2、将所有波形信号xl(t)按加载程序分为M个斜坡加载阶段和N个循环加载阶段，共M+N个阶段；S3、对xl(t)进行批量傅里叶变换(FT)，取得每个波形信号的峰值频率fl(t)；S4、每个阶段中峰值频率fl(t)最大值的点为关键点，挑选出每个阶段中的对应关键点；S5、每个关键点的主频为主主频maxi_fl(t)，i＝1,2,…,M+N；S6、将所有maxi_fl(t)值绘制成二维折线图，分析折线图变换趋势得到岩石破裂预警点；S7、对关键点做三维短时傅里叶变换(3D‑STFT)，分析其时频演化特征，进一步验证S6中的预警点。本发明能够高效且准确地得到岩石破裂前兆信息，为岩石破裂预警提供科学依据。

摘要： 本发明公开了一种分析岩石破裂前兆的方法，包括以下步骤：选取岩石试样；在加载应力σ

摘要： 本发明公开了一种模拟不同深度条件下岩石破裂形态的设备及其使用方法，包括轴围压模拟加载装置，轴围压模拟加载装置包括轴压模拟加载装置和围压模拟加载装置，轴压模拟加载装置包括：横梁，横梁安装在横梁移动装置上，横梁移动装置控制横梁升降；压头，压头设置在横梁下方，压头由内压头和压头套筒组成，压头套筒嵌固于横梁内，内压头滑动嵌套在压头套筒内；内压头动力装置，内压头动力装置的伸缩端与内压头固定连接；内压头为实心圆柱形结构，内压头的直径与试样直径相等。在单轴力加载前，先对试样进行轴压、围压模拟加载，模拟不同深度条件下岩石的天然应力状态，最大程度还原了岩石未开采前的状态，提高了试验结果的准确性。