文摘
水力压裂是一个关键的技术在非常规油气储层的开发。连续产业化和大规模开发页岩气的生产在中国,水力压裂也迅速增加的工作负载,和诱导地震活动也逐渐增加,导致不同程度的损伤周围的附属建筑。为了研究水力压裂辅助建筑的影响,采用有限元软件ABAQUS建立三维模型中层和高层隔离结构的模拟地震引发的水力压裂。然后,考虑SSI(土壤结构交互)soil-based结构的影响,结构的非线性动态响应的作用下地面运动进行了分析。通过采用不同类型的土壤和基础深度,讨论了各种参数的影响。研究发现,在不考虑SSI的基底剪力,和隔震结构的层间位移反应明显大于考虑SSI,使用硬土层,基底剪力位移大于软土地层和夹层,表明由于水力压裂的影响,使土壤中流体扩散,地震能量耗散效应。也发现,基底剪力,深基坑的峰值位移和层间位移增加而浅基坑考虑SSI效应。
1。介绍
水力压裂技术提高生产力,增加的数量和程度骨折之间的流体通道形成和。原则是注入液体低渗透岩石在高压状态下,通常水,因此,岩石破裂或刺激现有断层或裂缝。除了液体,支撑剂注射,例如,砂岩砂、石陶瓷、维护新成立的打开,最后释放石油和天然气。水力压裂的目的是使骨折没有骨折,改变小的骨折变成大的错误,从减少骨折骨折,多个骨折并连接到网格骨折。新的或现有的裂缝裂缝得到激活,诱导大量压裂过程中微震的活动。和小扰动影响断层稳定可以激活附近断层的滑动,引起更高的自然地震活动强度当这些微震的活动发生在构造板块边界或分布式变形区等领域。水力压裂的原理和地震的关系如图1。
近年来,随着水平井多级压裂技术的广泛应用在页岩气开发中,孔隙流体压力的增加引起的水力压裂导致激活现有的断层或裂缝和诱导高强度地震活动也显著增加(1,2]。自2008年以来,中国西南部的四川盆地已开发页岩气。两个页岩气高纯度的地区,发现了长宁和涪陵,东部盆地南部边缘的边缘。这两个模块的基础上,示范区建设和开采范围的扩张已经执行。同时,这一地区的地震频率也大幅增加(3- - - - - -5]。例如(6- - - - - -9),Junlian地震4.9级,兴文县5.7级地震,僰族倾心与5.4级地震发生在四川盆地,和红迪与4.2级地震发生在加拿大西部盆地已被证明有一个时间和空间相关性的在附近的水平井压裂操作。基于上述情况,采取必要的地震隔离措施是特别重要的工业辅助建筑。因为水力压裂导致形成的深度振动引起的地震,地震的能量传播通过土壤、建筑抗震结构体系考虑土壤结构的相互作用是更符合实际情况。ATC-40 [10)建立了一个土弹簧模型和定义阻尼模型考虑SSI效应。Bi et al。11]研究了地震动的空间变化的综合影响,本地站点放大,SSI桥响应和所需的分离距离估计模块化伸缩缝必须提供避免地震的影响。最低总间隙之间的两个相邻甲板或甲板和相邻桥台之间以防止地震冲击被估计使用标准的随机振动的方法来估计结构峰值响应。数值结果表明,SSI对结构响应和重大影响是不容忽视的。在[12),考虑土壤结构相互作用,容易做的事情方法,固有频率,顶点极限位移和塑性铰扩张被用来分析一个六层的框架结构办公楼的假设下刚性基础。结果表明,考虑土壤结构相互作用,钢筋混凝土框架结构的自然振动周期变长了,和更多的铰链的底部出现列顶点位移的增加。在[13,14),提出了一个简单的三维模型的线性相互作用分析系统谐波下完全耦合剪切地震波。通过比较耦合系统的放大振幅放大的免费网站对基础振动表面反应,这是证明了耦合系统的动态相互作用不容忽视的堆垛结构的动态分析和设计。这是详细的数值分析和实验研究的基础下的动态交互。田庄et al。15)提出了一个数值策略模拟钢水高架桥预应力混凝土,显示土壤结构相互作用(SSI)的影响。研究结果表明,SSI是一个复杂的现象,导致了结构的位移和内力,这是很难预测的位移和内力和线性方法。与此同时,由于垂直地面运动的影响建筑地震反应也成为一个重要的考虑因素(16]。刘等人。17)与quasizero光电隔离器使用垂直刚度和阻尼器控制垂直地震断层附近。结果表明,增加垂直段和垂直隔离结构阻尼比可以表现良好在减少摇曳的响应的结构。
上述的研究主要集中在地震和隔离系统的水力压裂在地下岩层的破坏效应和结构地震效应,而研究土壤结构地震效应引起的水力压裂是非常有限的。因此,隔震结构模型建立了考虑SSI效应本文揭示隔离结构的地震响应的地震引起的水力压裂。
2。有限元模型
2.1。项目概述
一个8-story地震隔离建立框架结构模型。该网站设防烈度为8度,网站类别是二等,设计地震组是第二组。框架结构体系的地震隔离层上的第二个故事。列C40混凝土强度模型,光束C30混凝土强度模型,HRB400纵向钢筋模型的抗拉强度和抗压强度设计值是360 N /毫米2HRB335,马镫模型设计值为270 N /毫米2抗拉和抗压强度。采用筏板基础、上部结构阻尼比为0.05,基础的土阻尼比是0.1 (18),采用瑞利阻尼。因为即使是横波也认为在土壤垂直传播,运动相互作用会发生与嵌入式基础结构,和本文使用的两种不同土壤层次的板式基础模拟结构遭遇地震的地震响应。图2显示了结构的三维有限元模型。表1显示下面的土壤参数基础上,数字1代表软土地层,2号代表了坚硬的土层。考虑到土的无侧限条件,杨氏模量。表2列出了粘性边界参数。
在仿真过程中,梁、柱的模型采用梁单元,楼板采用壳单元,该基金会采用固体单元,它们绑定的领带,和协作节点采用耦合连接。模拟土壤都是在一个矩形的16倍广场计划,400米长,300米,宽30米的深度。粘弹性边界是用来吸收地震波在土壤的边界19]。应用地震波的底部基岩产生地震对结构的影响和土壤。用非线性弹簧来模拟地震隔离轴承(20.]。
2.2。地面运动的数据集
网站的最大设防加速度是0.2克,和强化的影响系数是0.45。声发射仪可以收集过程中的声发射参数储集岩断裂。通过简化的波形参数如能量、振幅、持续时间、上升时间,它可以模拟振幅,频率,相位,产生的地震波和其他参数不同的岩性,总结断裂信号的特点,并建立模板产生的地震信号不同类型的岩石样本骨折。例如,周et al。21)测量了花岗岩的细致的变形数据样本在不同加载振幅,获得了岩石破坏的阈值在超声振动下,和复制的过程,通过数值模拟裂纹萌生和传播。在水力压裂过程中,土壤和岩石的小裂缝会逐渐变大断裂(22]。与天然地震波相比,水力压裂产生的振动波会迁移到低频部分聚合的微裂缝和裂缝的扩展,裂纹越大,频率越低。因此,源信号的频率下降指数随着半径的增加(23]。在这项研究中,根据水力压裂网站由声发射监控记录仪,三个相对稳定的振动能量波被选来模拟地震波的能量释放,表示地震波我,地震波,分别和地震波三世。同时,土壤液化被认为是造成自然灾害和工程破坏的一个因素在地震灾害24- - - - - -27),所以最低流体的渗流影响水力压裂裂缝也被考虑在内。图3显示了三种地震波的响应谱。
3所示。孤立的结构地震反应的影响
3.1。隔离结构的地震反应具有不同的土壤
隔离结构的模态时期当地下室采用不同土壤的性质如表所示3。
从表可以看出3软土的地下室,孤立的建筑的自然周期大于硬土的地下室。整个系统的时期是最小的不考虑SSI效应。在考虑SSI效应时,土壤硬度的增加,土的剪切波速度越大。通过设置不同的土壤剪切波速度,模拟土壤不同的困难度,和相应的不同时期。发现柔软时期价值的影响变得越来越明显,表明土壤地震隔离的作用。下结构的弹塑性时程分析三种罕见的地震,和相应的基础结构的剪切力与不同性质的土壤图所示4。
(一)地震波
(b)地震波ii
(c)地震波iii
可以看出,不考虑SSI效应,底部剪切力明显大于考虑SSI,当基地是由硬土,软土的剪切力是比。这个故事位移条件下的三种地震波如图5。
(一)地震波
(b)地震波ii
(c)地震波iii
如图5的条件下,三种地震波,midstory隔离结构的地震响应分析进行了考虑SSI效应;结果表明,第三层的位移急剧增加在不同地面运动的影响,这是因为隔离层结构模型中位于第三个故事,和地震隔离轴承用于模拟地震隔离层变形很大。不考虑SSI效应,故事位移明显大于考虑SSI,表明隔离结构考虑SSI效应有更好的减震效果。然而,在地震波下,不同的柔软的地基土的过滤效果midstory孤立结构考虑SSI效应明显不同。硬土用作基础时,结构的层间位移大于软土,这表明软土的过滤效果明显优于硬土。在地面运动的影响下,土壤的应力和应变不同的属性数据所示6和7。
(一)考虑SSI效应(硬土)
(b)考虑SSI效应(软土)
(一)考虑SSI效应(硬土)
(b)考虑SSI效应(软土)
如数据所示6和7,当土壤具有不同属性被用作地下室,土壤的应力和应变是不同的。随着土壤刚度的增加,土层的应力和应变在地下室里变得更大。
3.2。隔离结构的地震反应具有不同埋藏深度基础
考虑SSI效应,隔离结构的模态时期不同基础埋深如表所示4的埋深,浅埋基础的顶面是50厘米,深埋的基础是150厘米。
根据表4考虑SSI效应,前两个订单的时间深埋基金会的模式是小于的浅埋基础,和这段时间价值的高阶结构是相似的。地基的地震反应与不同埋深处在三种地震波如图8。
(一)地震波
(b)地震波ii
(c)地震波iii
数据6和7表明,不考虑SSI效应,地震反应明显大于考虑SSI效应,和结构的基底剪力值浅埋基础低于深埋地下的基础,这是因为深埋基金会在基础结构提供了更多的约束,加强约束对结构的影响,减少基础和增加的旋转加速传播。在三种地震波,结构的位移响应与不同的基础埋深图所示9。
(一)地震波
(b)地震波ii
(c)地震波iii
数据8和9表明不考虑SSI,结构位移响应明显大于考虑SSI,深埋地下的基础,每一层的结构的位移大于浅埋基础。不同埋深处的基础,结构的应力和应力应变的影响下的土壤地面运动数据所示10和11。
(一)浅埋基础
(b)深埋的基础
(一)浅埋基础
(b)深埋的基础
作为数据10和11表明,筏板基础的作用下,没什么差别,在深埋地下的结构之间的压力和浅埋基础,而与浅埋基础相比,深埋基础的土壤应力、应变大,行动范围是广泛的,这意味着不同的应力场和应变场不同的基础。
4所示。结论
摘要水力压裂产生的振动是用来模拟地震,隔离结构模型考虑SSI效应,建立了非线性响应和低隔离结构的地震响应规律进行了研究和分析,是得出以下结论:(1)流体的扩散到土壤水力压裂效果,并使软土的作用吸收耗散地震能量(2)考虑SSI效应,硬土用作地下室时,结构基础剪切力和位移大于软土的故事(3)在不同地震波下,地震响应考虑SSI效应小于不考虑SSI(4)考虑SSI效应,深埋地下的基础,基础结构剪切力和故事位移大于浅埋基础
数据可用性
可以按照客户要求所有的数据都包含在本研究通过与相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者欣然承认金融支持云南省教育部门的科学研究基础,没有。2021 y226。