硬岩地层高温热冲击-水力压裂复合致裂理论及应用

前言
第1章绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 5
1.2.1 火成岩坚硬顶板致灾机理 5
1.2.2 定向水力压裂技术 6
1.2.3 热冲击作用下的岩石破裂 10
1.2.4 高温作用下岩石力学特性 11
1.3 主要研究内容 14
1.3.1 研究对象选取依据 14
1.3.2 主要研究内容 16
第2章花岗岩体热冲击定向致裂的温度效应 19
2.1 无约束条件下热冲击定向致裂花岗岩试验方案 19
2.1.1 试样 19
2.1.2 试验系统 21
2.1.3 试验方案及试验流程 22
2.2 定向热冲击花岗岩体内温度场分布及其演化规律 24
2.2.1 定向热冲击花岗岩体内各测点温度分布演化规律 24
2.2.2 定向热冲击花岗岩体内各测点升温速率分布演化规律 37
2.3 不同温度对花岗岩定向起裂的影响 40
2.4 温度对热冲击定向致裂花岗岩影响机理 43
第3章固-热耦合作用下花岗岩体热冲击定向裂缝扩展规律研究 47
3.1 固-热耦合作用下热冲击定向致裂花岗岩试验方案 47
3.1.1 试样 47
3.1.2 试验系统 48
3.1.3 试验方案及试验流程 48
3.2 声发射测试原理 50
3.2.1 振铃计数和能量 51
3.2.2 声发射信号的频域特性 51
3.2.3 基于声发射信号的破坏类型分析 53
3.2.4 基于声发射信号的岩石内部损伤演化分析 53
3.2.5 基于声发射事件的损伤定位分析 55
3.3 不同水平应力差下热冲击裂缝扩展规律研究 56
3.4 花岗岩体热冲击破坏特征研究 60
3.4.1 声发射信号特征参数分析 60
3.4.2 声发射信号频域特性分析 63
3.4.3 花岗岩热冲击破裂模式判识 67
3.4.4 基于声发射信号的花岗岩内部损伤演化过程分析 71
3.4.5 基于声发射事件定位的热冲击裂缝时空演化规律分析 72
3.5 固-热耦合作用下热冲击裂缝定向起裂与扩展机理研究 75
第4章固-热耦合作用下花岗岩体双孔热冲击定向连通致裂规律研究 80
4.1 花岗岩体双孔热冲击定向裂缝连通致裂试验方案 80
4.1.1 试样 80
4.1.2 试验系统 81
4.1.3 试验方案及试验流程 82
4.1.4 二维数字图像相关方法的基本原理 84
4.2 孔间热冲击裂缝定向扩展连通致裂规律研究 85
4.3 孔间热冲击裂缝连通演化特性研究 88
4.3.1 试样表面位移和应变分布演化规律 90
4.3.2 监测点位移和应变随时间的演化规律 92
4.4 固-热耦合作用下花岗岩热冲击损伤与裂缝定向扩展特征 95
4.4.1 固-热耦合损伤模型 96
4.4.2 固-热耦合裂缝扩展模型 115
第5章花岗岩体双孔热冲击定向预裂-水力压裂连通致裂规律研究 122
5.1 花岗岩体双孔预裂后水力压裂试验方案 122
5.1.1 试样 122
5.1.2 试验系统 123
5.1.3 试验方案及试验流程 125
5.2 单钻孔花岗岩热冲击定向预裂试验 129
5.3 单孔花岗岩体预裂后水力裂缝扩展规律研究 131
5.3.1 单孔花岗岩体预裂后水力裂缝形态分析 132
5.3.2 单孔花岗岩体预裂后水力压裂泵压演化规律分析 136
5.4 双孔花岗岩体预裂后水力裂缝连通致裂规律研究 142
5.4.1 双孔花岗岩体预裂后水力裂缝连通形态分析 143
5.4.2 双孔花岗岩体预裂后水力压裂泵压演化规律分析 146
5.5 固-流耦合作用下裂缝扩展模型 147
5.5.1 Cohesive单元裂缝面内流体模型 147
5.5.2 应力-渗流-损伤三场耦合 150
5.5.3 模型验证 150
第6章煤矿火成岩顶板热冲击定向预裂-水力压裂区域化切顶卸压技术参数研究 153
6.1 工程背景 154
6.2 火成岩顶板热冲击定向预裂-水力压裂切顶卸压技术参数研究 156
6.2.1 钻孔深度及封孔位置的确定 156
6.2.2 钻孔间距的确定 158
6.2.3 火成岩顶板热冲击定向预裂-水力压裂区域化切顶卸压效果 164
参考文献 166