增强地热系统研究现状:挑战与机遇

开发地热资源,尤其是深部干热岩地热资源,是加快能源结构转型,顺利实现“双碳”目标的重要途径。增强地热系统经历了50余年的发展,在深部地热资源开采方面取得了丰富的研究成果和施工经验。回顾增强地热系统的发展历程,总结热储特征、储层改造以及示范项目的终止原因,分析商业化面临的挑战,探讨未来的探索方向和发展机遇,能够有效服务我国深部地热资源开发和示范项目的建设。在经历研究和开发阶段后,增强地热系统进入示范和商业化的飞速发展阶段,截至2021年末,世界累计的增强地热系统数量已达41个,累计发电装机量为37.41 MW;储层地质条件的复杂性和差异性以及现有改造技术对储层原位地质环境的依赖性,难以形成“可复制”的热储改造模式,由此导致的热储质量差等问题是制约增强地热系统发展的主要原因;建立典型的干热岩增强地热系统示范项目或探索基于采矿技术的增强地热系统,突破热储改造对原位地质条件的依赖性,形成“可复制”的深部地热资源开采体系,是增强地热系统未来的发展方向,也是实现深部地热资源大规模商业化的关键出路。      

湿度扩散诱发的节理岩体时效变形特性研究

湿度对岩体结构性能的影响显著,不仅造成岩体物理力学性能弱化,还在一定程度上产生湿涨变形,进而改变岩体的应力状态,大大增强岩体的时效变形特性。为了分析节理岩体在高湿度环境下的时效变形,采用湿度-应力-损伤耦合数值模型对水敏感岩体隧洞开挖后的变形量、围岩内的湿度扩散,以及应力演化进行了数值分析。通过对单组和2组节理岩体的变形、应力、湿度扩散的分析,揭示了节理弱面对湿度扩散和岩体变形的强化作用。开挖隧洞拱顶和底板变形量的分析结果表明高湿度环境是水敏感岩体隧洞产生底鼓的重要原因之一。湿度扩散引起隧洞顶部和底部围岩产生大量破坏,致使相应部位的位移量陡增。此外,单组节理对岩体的湿度扩散的方向起到明显的导向作用,而多组相互斜交的节理则在一定程度上削弱了湿度扩散的各向异性。     

采动诱发顶板岩层失稳过程的数值模拟方法

岩体的非均质性和各向异性是导致其变形非线性的主要因素。文章充分考虑岩体力学参数的非均质性和各向异性，利用ＲＦＰＡ２Ｄ程序分析了开采影响下的岩体破裂失稳过程，并对其破裂机理进行了分析。     

CONFINING PRESSURE EFFECT ON ACOUSTIC EMISSIONS IN ROCK FAILURE

Based on the phenomenon that acoustic emissions (AE) generated by rock massincreas uddenly because of underground excavation, time sequence of AE rate in rock failurehas been discussed by using statistical damage theory. It has been demonstrated that how theinfluence of confining pressure on the deformation behavior and AE characteristics in rocks can beinferred from a simple mechanics model. The results show that loading confining pressure sharplybrings out increasing of AE. On the other hand, few AE emits when confining pressure is loadedsharply, and AE occurs again when axial pressure keeps on increasing. These results have beenwell simulated with computer and show close correspondence with directly measured curves“ inexperiments.     

矿山岩石力学发展的趋势及特点

矿山生产建设主要在地下岩体中进行。由于矿山生产的特殊性，矿山岩石力学也有许多不同于其他力学分支的特点。譬如，它的力学性能与金属材料的力学性能相比，存在明显的差异。这些差异构成了岩石力学有别于其它力学的特殊内容。人们研究金属材料力学性质的目的，主要是为了更好地利用金属材料来作承受荷载的构件，而不致发生结构的失稳和破坏。岩石则不然。它除了在工程结构中象金属材料一样能充当承载体（如隧道、矿井等地下工程），在采矿工程中，更多地则是将岩石（岩体）当作破碎工作的对象。如果说一般固体力学的背景是用材料建立起一…     

顺层岩质边坡变形破坏规律的分析

使用RFPA边坡版有限元分析程序分析含软弱结构面的顺层岩质边坡的变形破坏情况。结果表明，边坡的破坏主要是沿滑动面附近的软弱结构面萌生并扩展，含多组软弱结构面的顺层岩质边坡下沉曲线具有呈阶梯式变化的特征。这对在安全位置监测边坡位移变化从而了解整个边坡的变形破坏有积极意义。     

岩石变形和破裂的损伤模型

利用损伤力学的基本观点,以岩石中缺陷呈泊松分布,分析了岩石应力—应变全过程曲线的形成所得到的方程式,可以较好地描述全过程曲线,所需参数也容易实际测出。     

地表塌陷过程的数值模拟研究──地铁开挖引起广州珠海广场地表塌陷探究

应用AutoCAD及自行开发的岩土破坏过程分析系统（RFPA2D）对地铁施工过程中广州海珠广场地表沉陷过程进行了数值模拟分析，数值模拟再现了广场附近地表塌陷的过程，根据数值模拟结果指出了海珠广场地表塌陷的原因。     

水压致裂过程的三维数值模拟研究

基于RFPA数值分析方法和并行计算技术,建立了反映岩石细观损伤演化过程的三维渗流–应力–损伤耦合模型。对具有120万单元的方形岩石材料模型,进行了4组不同应力状态下水压致裂过程的三维大规模科学计算分析。计算结果分析表明：起裂压力与失稳压力并不重合,起始裂纹均为张性,裂纹扩展形式、表面平整度、走向、扩展失稳过程以及裂纹的空间分布形态受应力状态影响。当竖直方向为最大主应力方向时裂纹呈空间竖片分布,当水平应力差较大时裂纹表面形态平整,失稳到来较快;当竖直方向为最小主应力方向时裂纹的空间分布呈水平片状;不等的主应力情况下裂纹总是分布在最小主应力面内;当三向主应力相等时,裂纹起裂位置和扩展方向具有竞争趋势,空间分布不具规律,裂缝分支较多。数值模拟结果与物理实验结果有着较好的吻合,该研究对水压致裂工程设计有一定参考价值。