用户名: 密码: 验证码:
岩体/混凝土结构水力劈裂研究进展
详细信息    查看全文 | 推荐本文 |
  • 英文篇名:Research Progress on Hydraulic Fracturing of Rock Masses and Concrete Structures
  • 作者:沈振中 ; 甘磊 ; 徐力群
  • 英文作者:SHEN Zhenzhong;GAN Lei;XU Liqun;State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University;College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University;
  • 关键词:岩体/混凝土结构 ; 研究进展 ; 水力劈裂 ; 试验 ; 数值模拟
  • 英文关键词:rock mass/concrete structure;;research progress;;hydraulic fracturing;;test;;numerical simulation
  • 中文刊名:人民黄河
  • 英文刊名:Yellow River
  • 机构:河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室;河海大学水利水电学院;
  • 出版日期:2019-10-10
  • 出版单位:人民黄河
  • 年:2019
  • 期:10
  • 基金:国家自然科学基金资助项目(U1765205,51609073);; 中央高校基本科研业务费资助项目(2018B11514);; 江苏高校优势学科建设工程资助项目(水利工程)
  • 语种:中文;
  • 页:156-162
  • 页数:7
  • CN:41-1128/TV
  • ISSN:1000-1379
  • 分类号:TU37;TU45
摘要
结合近年来的研究成果,梳理了近年来水力劈裂研究相关文献,从岩体/混凝土结构水力劈裂试验、机理及数值模拟方法等方面,总结了试验设备及测试技术、判据准则、缝内水压分布规律、数值模型和数值方法等方面的研究进展,实现了单裂隙水力劈裂试验研究及基于不同数值方法的数值模拟技术。指出了尚待深入研究的挑战性问题和发展方向有室内试验的高压水密封装置研制和多裂缝劈裂试验的数据采集、水力劈裂的损伤断裂混合判据研究、更加符合实际的流固耦合分析模型研究、非连续介质数值方法计算效率的提高及工程应用和不同数值方法的耦合应用技术研究等。
        Based on the research results over the past 10 years, the literatures on hydraulic fracturing research in recent years had been combed. From the aspects of hydraulic fracturing test, mechanism and numerical simulation method of rock mass/concrete structure, research progress in test equipment, test technology, criterion rule, water pressure distribution in fracture, numerical model and numerical method were summarized. The technology of single-fracture hydraulic fracturing tests and numerical simulation based on different numerical methods had been realized. Finally, the challenging questions and development directions that need to be further studied were pointed out, which included the development of high-pressure water seals in indoor tests and the data collection of hydraulic fracturing test for multi-crack structure, the study of damage-fracture mixing criteria for hydraulic fracturing, more realistic fluid-solid coupling analysis model, the improvement of computational efficiency of numerical methods for discontinuous media and its engineering application and the coupling application techniques of different numerical methods.
引文
[1] 谢兴华,速宝玉.裂隙岩体水力劈裂研究综述[J].岩土力学,2004,25(2):330-336.
    [2] 甘磊,沈振中,徐力群.多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂研究综述[J].水利水电科技进展,2013,33(2):87-94.
    [3] 甘磊,龙一飞,沈振中,等.水工混凝土结构水力劈裂研究综述[J].混凝土,2019(1):43-46.
    [4] 王景浓.室内岩石水压致裂三轴试验研究[J].岩土工程学报,1986,8(4):61-69.
    [5] 陈勉,庞飞,金衍.大尺寸真三轴水力压裂模拟与分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(增刊1):868-872.
    [6] 王国庆,谢兴华,速宝玉.岩体水力劈裂试验研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(4):480-484.
    [7] 詹美礼,岑建.岩体水力劈裂机制圆筒模型试验及解析理论研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(6):1173-1181.
    [8] 贾金生,汪洋,冯炜,等.重力坝高压水劈裂模拟方法与特高重力坝设计准则初步探讨[J].水利学报,2013,44(2):127-133.
    [9] BRüHWILER E,SAOUMA V E.Water Fracture Interaction in Concrete - Part 1:Fracture Properties[J].ACI Materials Journal,1995,92(3):296-303.
    [10] BRüHWILER E,SAOUMA V E.Water Fracture Interaction in Concrete - Part II:Hydrostatic Pressure in Cracks[J].ACI Materials Journal,1995,92(4):383-390.
    [11] 王建敏.静水压力环境下混凝土裂缝扩展与双K断裂参数试验研究[D].大连:大连理工大学,2008:80-89.
    [12] 杜成斌,杨羿,陈玉泉,等.混凝土水力劈裂时裂缝扩展与缝中水压力变化试验研究[J].三峡大学学报(自然科学版),2018,40(3):51-55.
    [13] 杜成斌,陈小翠,陈玉泉,等.混凝土水力劈裂试验研究[J].水利学报,2017,48(9):1047-1054.
    [14] 孔祥清,王学志,肖克见,等.水压力和轴力联合作用下常态混凝土的断裂试验研究[J].辽宁工业大学学报(自然科学版),2014,34(1):25-28.
    [15] 甘磊,沈振中,张腾,等.混凝土结构水力劈裂试验装置研究及应用[J].水利与建筑工程学报,2015,13(4):130-136.
    [16] 甘磊,沈心哲,王瑞,等.单裂缝混凝土结构水力劈裂试验[J].水利水电科技进展,2017,37(4):30-35.
    [17] 刘得潭,沈振中,徐力群,等.裂隙岩体水力劈裂临界水压力试验研究[J].南水北调与水利科技,2018,16(2):140-145.
    [18] 徐力群,陶韵成,刘得潭,等.单轴压缩状态下类岩石材料水力劈裂试验[J].水利水电科技进展,2018,38(4):28-34.
    [19] 曾奕滔,沈振中,甘磊,等.弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究[J].河海大学学报(自然科学版),2018,46(1):2-77.
    [20] 刘宁.岩石劈裂破坏过程的计算模拟[J].固体力学学报,2011,32(增刊1):412-415.
    [21] 姜亚洲.水工混凝土结构的破坏判据研究[D].南京:河海大学,2011:36-41.
    [22] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.水工混凝土断裂试验规程:DLT5332—2005[S].北京:中国电力出版社,2006:6-16.
    [23] 吴智敏,董伟,刘康.混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟[J].水利学报,2007,38(12):1453-1459.
    [24] 李宗利,张宏朝,任青文,等.岩石裂纹水力劈裂分析与临界水压计算[J].岩土力学,2005,26(8):1216-1220.
    [25] 汪魁,赵明阶.岩石压剪裂纹水力劈裂分析及裂纹面方向计算[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2010,29(3):441-444.
    [26] 李朝红.基于损伤断裂理论的混凝土破坏行为研究[D].成都:西南交通大学,2012:77-85.
    [27] 蒋梅玲,金贤玉,田野,等.基于断裂力学和损伤理论的混凝土开裂模型[J].浙江大学学报(工学版),2011,45(5):948-953.
    [28] 邓宗才.混凝土Ⅰ型裂缝的损伤断裂判据[J].岩石力学与工程学报,2003,22(3):420-424.
    [29] 田佳琳,李庆斌.混凝土Ⅰ型裂缝的静力断裂损伤耦合分析[J].水利学报,2007,38(2):204-210.
    [30] 朱珍德,胡定.裂隙水压对岩体强度的影响[J].岩土力学,2000,21(1):64-67.
    [31] 汤连生,张鹏程,王洋.水作用下岩体断裂强度探讨[J].岩石力学与工程学报,2003,22(增刊1):2154-2158.
    [32] 李宗利,王亚红,王正中.恒定水头岩体混凝土裂纹水入浸过程分析[J].四川大学学报(工程科学版)2010,42(4):13-17.
    [33] 李宗利,王亚红,金学洋,等.恒定光滑裂缝宽度缝内水压发展过程试验与分析[J].水力发电学报,2011,30(3):169-173.
    [34] 甘磊.水工混凝土结构水力劈裂试验及数值模拟[D].南京:河海大学,2013:44-50.
    [35] 盛金昌,赵坚,速宝玉.高水头作用下水工压力隧洞的水力劈裂分析[J].岩石力学与工程学报,2005,24(7):1226-1230.
    [36] 卞康,肖明,胡田清.水工隧洞围岩裂纹扩展的临界水压解析解[J].岩土力学,2012,33(8):2429-2436.
    [37] 邓华锋,李建林,刘杰,等.考虑裂隙水压力的岩体压剪裂纹扩展规律研究[J].岩土力学,2011,32(增刊1):297-302.
    [38] 李东奇,李宗利,吕从聪.考虑裂隙附加水压的岩体断裂强度分析[J].岩土力学,2018,39(9):3174-3180.
    [39] SLOWIK V,SAOUMA V E.Water Pressure in Propagating Concrete Cracks[J].Journal of Structural Engineering,2000,126(2):235-242.
    [40] PAPANASTASIOU P.An Efficient Algorithm for Propagating Fluid-Driven Fractures[J].Computational Mechanics,1999,24(4):258-267.
    [41] 阳友奎,肖长富,邱贤德,等.水力压裂裂缝形态与缝内压力分布[J].重庆大学学报(自然科学版),1995,18(3):20-26.
    [42] 李宗利,任青文,王亚红.岩石与混凝土水力劈裂缝内水压分布的计算[J].水利学报,2005,36(6):656-661.
    [43] 徐世烺,王建敏.水压作用下大坝混凝土裂缝扩展与双K断裂参数[J].土木工程学报,2009,42(2):119-125.
    [44] 张新海,胡云进.岩体水力劈裂数值模拟研究进展[J].人民黄河,2013,35(2):134-137.
    [45] PAPANASTASIOU P,THIERCELIN M.Influence of Inelastic Rock Behavior in Hydraulic Fracturing[C]//The 34th U.S.Symposium on Rock Mechanics.University of Wisconsin- Madison:Bezalel Haimson,1993:339-342.
    [46] 郑少河,赵阳升.三维应力作用下天然裂隙渗流规律的实验研究[J].岩石力学与工程学报,1999,18(2):133-136.
    [47] 刘建军,刘先贵.有效压力对低渗透多孔介质孔隙度、渗透率的影响[J].地质力学学报,2001(1):41-44.
    [48] 张勇,孟丹.混凝土破坏过程渗流-应力-损伤耦合模型[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,27(5):680-682.
    [49] 林凯生,李宗利.高孔隙水压作用下混凝土渗流-损伤耦合模型[J].水利水运工程学报,2010(2):51-55.
    [50] ADVANI S H,LEE T S,AVASTHI J M.Parametric Sensitivity Investigations for Hydraulic Fracture Configuration Optimization[J].Rock Mechanics as a Guide for Efficient Utilization of Natural Resources,1989(5):451-458.
    [51] 王育平,王永红.水-土相互作用对土体裂隙水流的影响[J].岩石力学与工程学报,1999,18(5):554-557.
    [52] DESROCHES J,THIERCELIN M.Modeling of the Propagation and Closure of Micro-Hydraulic fractures[C]//The 34th U.S.Symposium on Rock Mechanics.University of Wisconsin-Madison:Bezalel Haimson,1993:331-334.
    [53] 方修君,金峰.裂隙水流与混凝土开裂相互作用的耦合模型[J].水利学报,2007,38(12):1466-1474.
    [54] 董玉文,任青文.重力坝水力劈裂分析的扩展有限元法[J].水利学报,2011,42(11):1361-1367.
    [55] 王克峰,章青,夏晓舟.考虑流固耦合效应的重力坝水力劈裂模拟[J].应用数学和力学,2015,36(9):970-980.
    [56] 曾青冬,姚军.基于扩展有限元的页岩水力压裂数值模拟[J].应用数学和力学,2014,34(11):1239-1248.
    [57] 盛茂,李根生.水力压裂过程的扩展有限元数值模拟方法[J].工程力学,2014,31(10):123-128.
    [58] 石路杨,李建,许晓瑞,等.水力劈裂对岩体中自然裂隙的影响研究[J].岩土力学,2016,37(10):3003-3010.
    [59] 郑安兴,罗先启,陈振华.基于扩展有限元法的岩体水力劈裂耦合模型[J].岩土力学,2019,40(2):1-10.
    [60] 郑安兴,罗先启.危岩水力劈裂分析的扩展有限元法[J].岩土力学,2018,39(9):3461-3468.
    [61] WANG K F,ZHANG Q,XIA X Z,et al.Analysis of Hydraulic Fracturing in Concrete Dam Considering Fluid-Structure Interaction Using XFEM-FVM Model[J].Engineering Failure Analysis,2015,57:399-412.
    [62] LIU C,SHEN Z Z,GAN L,et al.A Hybrid Extended Finite Volume and Element Method for Hydraulic Fracturing with Cohesive Crack Propagation in Quasi-Brittle Materials[J].Materials,2018,11(10);1921,1-21.
    [63] 姚振汉,杜庆华.边界元法应用的若干近期研究及国际新进展[J].清华大学学报(自然科学版),2001,41(4/5):89-93.
    [64] PORTELA A.The Dual BEM:Effective Implementation for Crack Problem[J].International Journal for Numerical Methods in Engineering,1992,33:269-287.
    [65] DWYER J F,AMADAI B.Application of the Edge Function Method to Rock Mechanics Problems[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,1995,28(4):185-209.
    [66] 程玉民,彭妙娟.弹性动力学的相似边界元法[J].重庆建筑大学学报,2000,22(6):1-4.
    [67] 程玉民,嵇醒,贺鹏飞.动态断裂力学的无限相似边界元法[J].力学学报,2004,36(1):43-48.
    [68] GANIS B,MEAR M E,SAKHAEE-POUR A,et al.Modeling Fluid Injection in Fractures with a Reservoir Simulator Coupled to a Boundary Element Method[J].Computational Geosciences,2014,18(5):613-624.
    [69] 王水林,葛修润.流形元方法在模拟裂纹扩展中的应用[J].岩石力学与工程学报,1997,16(5):405-410.
    [70] CHIOU Y J,LEE Y M,TSAY R J.Mixed Mode Fracture Propagation by Manifold Method[J].International Journal of Fracture,2002,114:327-347.
    [71] 刘红岩,王贵和.节理岩体冲击破坏的数值流形方法模拟[J].岩土力学,2009,30(11):3523-3527.
    [72] 徐栋栋,杨永涛,郑宏,等.基于数值流形法的重力坝多裂纹扩展研究[J].岩土力学,2016,37(12):1001-1010.
    [73] ZHANG G X,LI X,LI H F.Simulation of Hydraulic Fracture Utilizing Numerical Manifold Method[J].Science China,2015,58(9):1542-1557.
    [74] YANG Y,TANG X,ZHENG H,et al.Hydraulic Fracturing Modeling Using the Enriched Numerical Manifold Method[J].Applied Mathematical Modelling,2018,53:462-486.
    [75] 杨石扣,任旭华,张继勋.基于数值流形法的重力坝水力劈裂研究[J].岩土力学,2018,39(8):3055-3060.
    [76] 杨石扣,任旭华,张继勋.改进的数值流形法在水力劈裂中的应用[J].岩土力学,2018,39(10):3875-3881.
    [77] 杨艳,常晓林,周伟,等.裂隙岩体水力劈裂的颗粒离散元数值模拟[J].四川大学学报(工程科学版),2012,44(5):78-85.
    [78] SHIMIZU H,MURATA S,ISHIDA T.The Distinct Element Analysis for Hydraulic Fracturing in Hard Rock Considering Fluid Viscosity and Particle Size Distribution[J].International Journal for Rock Mechanics and Mining Sciences,2011,48(5):712-727.
    [79] 倪小东,赵帅龙,王媛,等.岩体水力劈裂的细观PFC-CFD联合分析[J].岩石力学与工程学报,2015,34(增刊2):3862-3870.
    [80] 刘欣,朱德懋,陆明万,等.平面裂纹问题的hp型自适应无网格方法的研究[J].力学学报,2000,32(3):308-318.
    [81] 张雄,宋康祖,陆明万.紧支试函数加权残值法[J].力学学报,2003,35(1):43-49.
    [82] 周维垣,寇晓东.无单元法及其工程应用[J].力学学报,1998,30(2):193-202.
    [83] 周维垣,黄岩松,林鹏.三维无单元伽辽金法及其在拱坝分析中的应用[J].水利学报,2005,36(6):645-649.
    [84] 沈振中,张鑫,孙粤琳.岩体水力劈裂的应力-渗流-损伤耦合模型研究[J].计算力学学报,2009,26(4):523-528.
    [85] 张鑫.基于无单元法的应力-渗流-损伤耦合模型的水力劈裂研究[D].南京:河海大学,2007:58-65.
    [86] GAN L,ZHANG K L,ZHANG H W,et al.Coupling Analysis of Hydraulic Fracturing Computation base on Element-Free Method[J].The Journal of Networks,Software Tools and Applications,2017,20(4):3213-3224.
    [87] 沈心哲,甘磊,李舸航,等.基于无单元法的混凝土结构水力劈裂数值分析模型[J].三峡大学学报(自然科学版),2018,40(3):5-9.

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700