摘要：有效应力决定了岩土材料的变形和强度,有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用,但是,对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力,其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此,通过文献分析,确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系,并运用摩擦学中的黏着摩擦理论,推导了排水和不排水条件下,粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响,得到了与Terzaghi一致的有效应力表达式,并在此基础上,探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。

摘要：目前煤层气单井主要通过水力压裂技术来提高产量,但水力压裂技术会导致煤层裂缝出现分区现象,在有效应力作用下不同裂缝分区的渗流特征将直接影响煤层气抽采效果。为了更好地研究有效应力对不同裂缝分区渗流特征的影响,以沁水盆地煤样为例,设计了完整煤样、微裂缝煤样和贯穿裂缝煤样的串、并联多腔体试验方法,分析了水力压裂后煤层气的横向沿区渗流和纵向跨区渗流,构建了有效应力影响下的不同损伤煤岩体串、并联渗透率模型,分析了有效应力恢复过程中水力压裂不同致裂分区的渗流特征,并预测了不同致裂深度和扰动范围下的煤层总体渗透性。研究结果表明:(1)随着有效应力的恢复,串、并联试验的总流量均呈现负指数形式的衰退;(2)在并联试验中,穿过完整煤样的流量占比极少,随着有效应力的恢复,穿过微裂缝煤样的流量占比逐渐增加,而贯穿裂缝煤样的流量逐渐减小,并逐渐趋于相等;(3)纵向渗流总渗透率小于横向渗流,纵向渗流总渗透性的变化受完整煤样的渗透性影响较大,而横向渗流总渗透性取决于贯穿裂缝煤样渗透性;(4)基于横纵向渗透率的大小,可以将煤层气产期曲线划分为单峰型与双峰型。结论认为,提高水力裂缝深度与射孔孔眼周围裂缝宽度有利于提高煤层气的抽采量,该认识可以为煤层气水力压裂参数设计提供参考,有助于推动煤层气的效益开发。

摘要：有效应力是影响煤体渗流特性的主要原因。为研究瓦斯预抽过程中钻孔周围破裂煤体的渗透特性演化,基于Ergun方程,利用多孔介质有效应力理论,开展4种不同级配混合粒径破碎煤体的渗流试验,研究了在三轴应力作用下不同孔隙结构煤体孔隙结构特征,得到了有效应力对孔隙结构煤体渗流的作用机制。研究结果表明:①在三轴应力下破碎煤体内部渗流状态贴近于非Darcy渗流,当围压一定时,轴向压力越大,其非线性拟合的现象更加显著。②粒径级配和孔隙率等骨架状态参数影响破碎煤体渗透性能,基于Ergun方程推导出孔隙率与渗透率和非Darcy流因子之间的函数关系式,得到破裂煤样孔隙结构变化与渗透率和非达西流因子的变化规律符合指数函数拟合。③在三轴作用下,在有效应力加载到0.55~0.75 MPa区间情况下,煤样的渗透率急剧减小,特别是在n=0.8的情况下,渗透率减小幅度最大,而在有效应力加载超过0.75 MPa的情况下,渗透率减小速度越来越小,渗透率随有效应力演化的规律可用k=ae^(bσ_(e))+c公式表示。综合以上结果,在孔周煤体受到外部应力(地应力)和内部应力(孔隙压力)共同作用时,破裂煤体的渗流规律与骨架变形和孔隙结构变化密切相关,结合有效应力变化与孔隙渗透率之间的内在联系,可以准确计算出瓦斯预抽过程中孔周煤体渗透性能演变历程,对破裂煤体渗流规律的研究可作为瓦斯抽采设计实施与效果评估的重要参考依据。

摘要：蓄水期谷幅变形影响着高拱坝当前工作性态和长期安全状况,但拱坝设计方法中尚没有相关的评价标准。首先总结蓄水期高拱坝坝址谷幅变形规律和常规数值方法计算的难点。从裂隙水压力的作用规律出发,在弹塑性模型屈服函数中引入静水压力,并应用于锦屏一级拱坝蓄水期计算分析。计算结果与监测值符合良好,初步解释谷幅收缩等坝址区山体变形现象。探索蓄水初期裂隙岩体的细观变形机制,提出非饱和、非贯通裂隙岩体中的有效应力原理。结果表明,裂隙水压力改变岩体平衡状态,是蓄水后坝址区岩体产生塑性变形的主要驱动力。

摘要：在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上,推导出固结系数和有效应力的表达式,通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律,同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加,考虑固结系数变化的软土地基固结速率,相对于太沙基固结理论预测的固结速率,会在一定程度上加快(压缩指数Cc与渗透指数Ck的比值Cc/Ck1)土体的固结,Cc/Ck=1时,与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系,达到了很好的拟合效果,此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障,能较准确预估软土地基的变形速率.

摘要：决定饱和岩土材料变形的有效应力以及孔压系数B的表达式主要有2种不同的形式,为辨析其合理性,分析了不排水条件下,孔压增量和净围压增量作用下固相与骨架的体积压缩系数之间的关系,以及分别由孔压增量和净围压增量作用引起的液相、固相和骨架的体积增量,指出了和B的两种形式的表达式在推求过程中各自存在的问题,并通过不排水和排水条件下的变形等效关系,建立了新的有效应力和孔压系数B的表达式。

摘要：采用了修正的析因设计方案,对低渗透致密砂岩进行了有效应力方程的实验研究。实验方案中包含多个循环,每个循环都是在孔隙流体压力不变,增加和降低围压的方式下进行。用稳态法采集各测点的渗透率,并用响应面法进行数据处理分析。结果表明,有效应力系数随着围压的增加而减小,随着孔隙流体压力的增加而增大。在实验研究范围内,有效应力系数的最大值不超过0.88,当围压大、孔隙流体压力小时,有效应力系数远小于1.0,表明孔隙流体压力对渗透率变化的影响变得很小。用响应面方法获取的有效应力系数确定了有效应力,建立了渗透率与有效应力的关系,与传统有效应力的概念相吻合。

摘要：试验设计多个回路,各个回路的孔隙流体压力不同,每一回路在孔隙流体压力不变,增加和降低围压方式下进行。试验过程中采用稳态法测定不同围压和孔隙流体压力下的岩芯渗透率,并用响应面法对试验结果进行处理分析。结果表明,有效应力系数α随围压和孔隙流体压力的变化而变化。当围压很大时,试验研究得到的有效应力系数很小,这与过去试验研究的结果差别很大。最后用有效应力系数α=1.0和本次试验获取的有效应力系数对低渗砂岩岩样进行应力敏感性评价。用有效应力系数α=1.0评价的结果是储层存在强应力敏感,而用本次试验获取的有效应力系数的评价结果是储层表现为弱应力敏感性。

摘要：为了从实验角度探索低渗砂岩是否存在很小的ESCK值及重新认识低渗砂岩ESCK的变化规律,用两种修正的析因设计方案开展了塔巴庙低渗致密砂岩渗透率有效应力定律实验研究.一种方案包含了3个循环,每个循环是在孔隙流体压力不变,通过加载和卸载围压完成的;另一种方案包含4个循环,每个循环是在围压不变,通过降低和增加孔隙流体压力完成的.采用稳态法采集每个测点的渗透率值,并选择合适的经验模型拟合实验数据.为了使模型更好地拟合实验数据,本文采用最大似然函数法确定的转换系数转换实验得到的渗透率数据,使拟合得到的经验模型计算的渗透率值与实验值偏差的联合概率密度趋于极大值且残余平方和最小.拟合得到的经验模型可以用渗透率-围压-内压响应面直观地表示,再用Bernabe的ESCK计算式将这一响应面转换成渗透率有效应力系数ESCK-围压-内压响应面.ESCK响应面的响应特征表明,ESCK随围压和孔隙流体压力的变化而变化,随围压的增加而降低,随内压的增加而增加,反之亦然;实验研究还表明,ESCK的变化范围在0.0～1.02之间,这一变化范围和以往实验的结果存在巨大的差异,为此,文中分析了产生这一差异原因,同时提出一新的机理模型解释了实验获取的ESCK的变化规律是低渗岩石中微裂缝和孔隙变形共同作用的结果.

摘要：由于非饱和土强度季节性变化,缺失统一的非饱和土有效应力公式而无法准确预警预防,导致非饱和土堆土、边坡出现滑坡、塌陷等诸多问题,基于Terzaghi的有效应力理论和土力学三相介质原理,推导得到非饱和土土颗粒之间的相互作用力,建立了非饱和土的有效应力公式.在此基础上,分别考虑应变功与能量守恒原理、非饱和土气水运移和受力平衡等不同情形,进一步论证了该非饱和土有效应力公式的科学性,同时利用不同的非饱和土剪切强度试验数据对这一有效应力公式进行计算验证,证明了其正确性和有效性.研究结果表明,所建立的非饱和土有效应力公式可适用于饱和土和非饱和土,并便于相关工程的设计和灾变防治应用.