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内嵌式开裂模型在类混凝土材料中的三维计算分析

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岩石力学与工程学报 2003年第4期22卷 537-542页

作者：刘娟佘成学刘先珊武汉大学水利水电学院武汉430072

运用单元内嵌不连续面的方法,研究类混凝土等脆性材料的第一类开裂问题,推导了该理论在三维模型中应用时的计算公式,包括开裂面的应力、位移以及合开裂面影响的节点的位移和应力。通过虚功原理建立了含开裂面影响的有限元计算模式,并通... 详细信息

运用单元内嵌不连续面的方法,研究类混凝土等脆性材料的第一类开裂问题,推导了该理论在三维模型中应用时的计算公式,包括开裂面的应力、位移以及合开裂面影响的节点的位移和应力。通过虚功原理建立了含开裂面影响的有限元计算模式,并通过算例证明了计算程序的正确性和理论的合理性。

关键词：数值分析虚裂纹开裂面内嵌软化面有限元

基于时间序列的支持向量机在负荷预测中的应用

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电网技术 2004年第19期28卷 38-41页

作者：张林刘先珊阴和俊中国科学院电子所中国科学院研究生院北京市海淀区100080 武汉大学水电工程科学国家重点实验室

由于负荷预测是不确定、非线性、动态开放性的复杂大系统,传统方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而无法准确进行负荷预测。作者提出了基于一种基于时间序列的支持向量机(SVM)的负荷预测方法。SVM 方法采用结构风险最小化原... 详细信息

由于负荷预测是不确定、非线性、动态开放性的复杂大系统,传统方法往往难以准确地描述这种复杂的非线性特征,因而无法准确进行负荷预测。作者提出了基于一种基于时间序列的支持向量机(SVM)的负荷预测方法。SVM 方法采用结构风险最小化原则(SRM),能够在对小样本学习的基础上,对其它样本进行快速、准确的拟合预测,具有更好的泛化性能和精度,减少了对经验的依赖。时间序列考虑了趋势分量和周期分量,使负荷预测模型更加符合电力负荷特性。将该方法用于实际负荷预测中。和真实值的比较说明所提出的负荷预测方法是可行和有效的。

关键词：负荷预测电力负荷趋势分量 SRM 非线性特征快速 SVM 基于时间支持向量机泛化性能

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颗粒摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响

中南大学学报（自然科学版） 2014年第1期45卷 299-305页

作者：许明刘先珊重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为确定胶结砂岩的力学参数,探讨岩体破坏机理,采用细观力学分析方法,建立三维颗粒流数值模型,对胶结砂岩的剪切特性进行模拟。根据应力应变曲线以及平行黏结分布和接触网络变化说明胶结砂岩不同于无黏结砂岩的破坏机理,验证数值模型的... 详细信息

为确定胶结砂岩的力学参数,探讨岩体破坏机理,采用细观力学分析方法,建立三维颗粒流数值模型,对胶结砂岩的剪切特性进行模拟。根据应力应变曲线以及平行黏结分布和接触网络变化说明胶结砂岩不同于无黏结砂岩的破坏机理,验证数值模型的可行性,分析不同胶结半径比的砂岩模型的应力比、体应变、配位数和平行黏结破坏数的变化规律。计算结果表明:胶结半径一定时,不同摩擦因数对岩样宏观力学特性的影响不同,特别是随着胶结半径比的减小,颗粒间摩擦力在胶结砂岩受力过程中占主导作用,对砂岩抗剪能力起着决定作用,不同摩擦因数对胶结砂岩力学特性的影响较大。颗粒摩擦因数对胶结砂岩数值试验中的力学行为有着重要的影响,是准确选择三维颗粒流模型细观参数的关键。

关键词：颗粒流数值模拟胶结砂岩剪切试验颗粒摩擦因数

基于三维流-固耦合模型的油井出砂细观机制研究

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岩土力学 2013年第8期34卷 2363-2370页

作者：刘先珊许明重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流... 详细信息

油井出砂机制的研究是提高油藏产能和石油开采成本减小的关键课题,而常规的宏观力学理论和方法不能全面反映油藏开采过程中油井出砂的发生和发展。鉴于砂岩储层的物理性质和射孔试验特征,从岩土力学的角度建立基于柱坐标系的三维颗粒流数值模型,与理论分析成果进行比较,以说明该细观数值模型可行性,有效地模拟出砂过程中的渗流及流-固耦合效应。在该基础上,综合考虑流体压力梯度力和拖曳力,基于PFC3D模型模拟流体不同运动时的砂岩性态。数值分析得到的模型宏观应力图形说明流体运动对砂岩力学特性的影响不可忽略,且在相同条件下,流量越大,砂岩的塑性区越大,形成砂岩破坏出砂的几率也越大。同时,不同工况的砂岩黏结分布和颗粒转动图形表明,相同条件下流量越大,颗粒间平行黏结破坏越多,颗粒转动越大,失去黏结约束的颗粒也越多,出砂量就越大,可见两种细观特征图形与宏观应力图形变化规律一致,该模型可用于油井出砂机制的研究,可为出砂量预测及出砂控制提供新的研究思路。

关键词：柱坐标系三维颗粒流数值模型流-固耦合效应出砂细观机制细观特征

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粒度分布对胶结砂岩力学特性的影响

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第5期38卷 142-148页

作者：刘先珊许明重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破... 详细信息

储层出砂过程中砂岩颗粒的离散与其细观结构性有密切关系。以胶结砂岩为研究对象,基于三维颗粒流数值模型(PFC3D)建立4种不同粒度分布的数值模型,模拟剪切过程的砂岩力学响应,研究不同粒度分布的砂岩体应力比、体应变、配位数和黏结破坏与轴应变之间的关系。结果表明:粒度分布对砂岩力学特性的影响较大,仅基于随机方法产生颗粒建立的数值模型不能完全代表实际砂岩的物理结构。须根据实测的砂岩粒度分布建立三维数值模型,才能准确描述储层砂岩的力学特性。粒径越小,连接的颗粒越少,自由度越大,开采中成为离散颗粒的可能性越大。

关键词：细观结构胶结砂岩粒度分布三维颗粒流数值模型力学特性

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流体黏性对油井砂岩力学响应的影响

岩土力学 2013年第10期34卷 2984-2990页

作者：刘先珊陈治重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 中南电力设计院武汉430071

随着黏度较大的油藏陆续投入开发,油藏黏性对储层砂岩力学特性的影响研究意义重大。基于柱坐标系建立射孔试验的三维颗粒流数值模型,考虑不同黏性的流体运动对砂岩力学响应的影响,反映油井的出砂过程。砂岩的宏观应力曲线说明流速相同时... 详细信息

随着黏度较大的油藏陆续投入开发,油藏黏性对储层砂岩力学特性的影响研究意义重大。基于柱坐标系建立射孔试验的三维颗粒流数值模型,考虑不同黏性的流体运动对砂岩力学响应的影响,反映油井的出砂过程。砂岩的宏观应力曲线说明流速相同时,随着黏滞系数的增大,切向应力和偏应力均增大,使得砂岩剪切破坏的几率增大,砂岩更容易屈服破坏而出砂。另外,砂岩黏结应力图说明油井附近的应力较大,且随着黏滞系数增大,黏结张拉应力的增大是局部的,而剪应力的增大是全局的,且变化趋势更明显;颗粒的旋转也说明随着流体黏性的增大,颗粒旋转增大,砂岩形成离散颗粒而出砂的几率增大。上述结果与实际开采中的砂岩力学响应吻合,说明了在相同的外界条件下,黏性越大的流体运动对砂岩受力的影响越大,出砂越明显,该成果对不同黏性的油藏开采采用有效的防砂方法提供了重要的科学依据。

关键词：三维颗粒流程序油井砂岩力学响应不同黏性

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考虑流固耦合效应的储层砂岩力学响应分析

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第2期38卷 147-152页

作者：许明刘先珊重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅... 详细信息

用柱坐标系下的三维颗粒流数值方法研究储层砂岩的力学响应。通过实际颗粒级配的数值模拟与室内三轴试验对比,确定砂岩颗粒的细观力学参数,建立基于流固耦合效应的射孔试验模型。结果表明:砂岩的宏观应力反映了油藏流速对砂岩应力的增幅,但均未超过储层砂岩的峰值强度,最大塑性区约为12.9 mm,显示局部化的砂岩破坏过程;胶结应力的变化表明流速大于3 m/s时,增幅明显的剪应力加速了砂岩的剪切破坏,且颗粒平动和转动加剧,说明砂岩的胶结破坏严重,离散颗粒数呈量级增大,塑性区扩大明显。考虑流固耦合效应的三维数值方法能有效反映油井出砂的力学特性,当油藏流动对砂岩起控制作用时,出砂几率显著提高。

关键词：储层砂岩力学响应三维颗粒流数值模型流固耦合效应出砂

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砂土介质中土压力盒的力学响应特性

土木建筑与环境工程 2012年第4期34卷 12-18页

作者：刘先珊董存军重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确... 详细信息

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应。但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确的测试,基于细观分析方法研究了荷载作用下的砂土颗粒接触形成的力链网络,模拟了力传递过程,并分析了加卸载时的力-应变曲线和土压力盒力学响应与理想曲线的关系,验证了文章提出的砂土介质土压力盒力学响应数值模型。同时,基于建立的颗粒流数值模型研究加载模式、颗粒排列、颗粒间摩擦系数以及压力盒刚度等对压力盒测试的影响,其结果显示压力盒力学响应曲线具有明显的迟滞性和应变不可逆性,其监测值对上述因素很敏感。因此,研究力链结构及其演变规律为认识砂土介质的细观结构提供了科学的理论依据和新的研究手段,各因素对压力盒力学特性的影响研究对压力盒标定和获得更准确的土压力值具有重要的实践价值。

关键词：土压力盒细观分析方法力链网络力学响应迟滞性

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

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岩石力学与工程学报 2007年第7期26卷 1485-1491页

作者：刘先珊周创兵重庆大学土木工程学院重庆400044 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和–非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响。因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究... 详细信息

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和–非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响。因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的——DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例。计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大。仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践。

关键词：岩石力学裂隙岩体水力应力耦合非连续变形分析模型