Analysis of crack propagation in heterogeneous rock masses under high temperature and high pressure conditions

高温高压条件下非均质岩体裂纹扩展分析

• 批准号: 21F21715
• 负责人: 佐藤 晃
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21715/
• 关键词: 地熱; CCS; 水圧破砕; き裂進展; 地層処分; 不均質岩盤

大規模地下空洞の掘削や大深度トンネル，あるいは地熱開発において岩盤の安定性の評価が非常に重要である。岩盤の安定性を評価する一番の要因は岩盤内部のき裂であり，様々な岩種あるいは様々な応力条件下でその進展挙動を把握する必要がある。本研究では，外国人研究員が主に個別要素法と有限要素用により，複雑な岩盤内部でのき裂進展挙動を数値解析により明らかにした。本共同研究では岩盤の不均質性を考慮したモデルを作成し，さらに様々な応力条件下により引張き裂，せん断き裂の進展範囲を明らかにした。本研究で対象としたので主に水圧破砕による静的な破壊および発破を模試した動的な破壊について，き裂進展の特徴を明らかにするとともに，岩盤の支える応力の再配分や空洞周辺の緩和能力についてお明らかにした。特に，水圧破砕のき裂進展では高温下の岩体でのき裂進展挙動の把握が重要である。岩盤は天然の材料であるがゆえに必然的に多数のき裂を有している。このような場に高温下の岩体に水を圧入した場合，岩石自体の不均質性に加えてその温度差から熱応力が発生する。したがって，き裂の進展挙動は周辺岩盤に作用する岩盤応力のみならず，この岩盤に作用する熱応力の影響を十分に理解する必要がある。本研究では，特にこの点に注目し，個別要素法と有限要素法を組み合わせたハイブリッド手法によりき裂進展挙動を明らかにした。これらの研究結果についてはRock Mechanics and Rock Engineering などの国際誌に投稿誌，既にその一部が受理されている。

The excavation of large-scale underground cavities and the development of large-scale underground cavities are of great importance to the evaluation of the stability of rock masses during thermal development. The main reason for evaluating the stability of the rock plate is that it is necessary to grasp the progress of the rock plate under the condition of internal crack and internal stress. In this study, foreign researchers mainly focused on the analysis of individual element method and finite element method. This joint study takes into account the heterogeneity of the rock plate, and the progress of the crack under the condition of the stress. This study focuses on the characteristics of crack progression, the stress distribution and the relaxation ability of the cavity periphery of the rock plate. In particular, it is important to control the cracking progress of rock mass under high temperature. The rock plate is made of natural materials, and most of them are inevitable. When water enters the rock mass at high temperature, thermal stress is generated due to the increase of temperature difference of the rock itself. It is necessary to understand the influence of thermal stress on the development of crack and the action of rock mass around the rock mass. This study focuses on the individual element method and the finite element method. The results of this research were submitted to the International Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering, and one part was accepted.

项目成果

Hydraulic fracture development in conglomerate reservoirs simulated using combined finite-discrete element method

• DOI: 10.1016/j.engfracmech.2023.109063
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Engineering Fracture Mechanics
• 影响因子: 5.4
• 作者: M. Sharafisafa;A. Sato;Z. Aliabadian

Coupled Thermo-hydro-mechanical Simulation of Hydraulic Fracturing in Deep Reservoirs Using Finite-Discrete Element Method

深层油藏水力压裂有限离散元热-水-力耦合模拟

• DOI: 10.1007/s00603-023-03325-z
• 发表时间: 2023
• 期刊: Rock Mechanics and Rock Engineering
• 影响因子: 6.2
• 作者: Mansour Sharafisafa;Zeinab Aliabadian;Akira Sato & Luming Shen
• 通讯作者: Akira Sato & Luming Shen

天然潜在き裂および初期応力が水圧破砕き裂進展に及ぼす影響評価

天然潜裂缝和初始应力对水力压裂裂缝扩展影响的评估

• 发表时间: 2022
• 作者: D. Hernandez-Pinilla;B. K. Barman;N. Furuhata;S. Ishii and T. Nagao;藤田航史郎，Mansour Sharafisafa，佐藤晃
• 通讯作者: 藤田航史郎，Mansour Sharafisafa，佐藤晃