The application of high-resolution 3D seismic data to model the distribution of mechanical and hydrogeological properties of a potential host rock for the deep storage of radioactive waste in France
法国国家放射性废物管理局（Andra）对巴黎盆地东部的Calovo-Oxfordian泥质岩和周围地层进行了广泛的定性研究，以确定高放射性放射性废物的深层地质处置库。作为该项目的一部分，需要一个精确的三维地震地质模型。本文介绍了将地震层位的时-深度转换、一致性地震速度模型和弹性波阻抗时间模型相结合，建立三维地震约束地质模型的方法。它还展示了如何将3D模型用于力学和水文地质研究。三维地震场数据的例子说明了潜在的建议深度转换程序估计密度和速度分布，这是一致的深度转换的地震层位使用贝叶斯克里格方法。地质模型显示出良好的协议，从一个参考井，位于最接近的三维地震勘探区获得的测井数据。力学参数如剪切模量、杨氏模量、体积模量的建模表明参数的低可变性，证实了目标地层（Calovo-Oxfordian粘土岩）的均匀性。根据地震属性（瞬时频率、包络线、弹性阻抗）计算并在参考井验证的渗透率指数（Ik-Seis）的三维建模显示了支持水文地质模拟和与安全问题相关的决策的潜力。
2014-07-22 physics.geo-ph
Thermal Acoustical and Mechanical Characterization of Rock under in-situ conditions
本研究改造多面顶立方体压力机，结合三向P/S波速监测，实现原位温压条件下岩石热导率测量，并量化两种砂岩的温度与围压效应。
2025-10-20 physics.geo-ph
A Poromechanics-Based Framework for Fully Coupled Reactive Transport and Geomechanics in Porous Rocks
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；Northwestern University（西北大学）；EarthFlow AI
本研究提出基于孔隙力学的化学-力学耦合框架，整合入反应运移与岩土力学模拟，可准确模拟多孔岩石中矿物沉淀溶解的耦合过程，为工程地下系统油藏尺度分析提供物理预测方法。
2026-09-29 physics.geo-ph
Geo-mechanical aspects for breakage detachment of rock fines by Darcys flow
多孔介质中悬浮胶体纳米输运包括碎屑微粒对抗静电吸引和自生微粒通过破碎从岩石表面脱离。虽然目前知道很多关于碎屑颗粒的脱离的基本机制，包括在孔隙尺度的脱离标准和其放大的核心规模，一个关键的差距存在，由于缺乏这种知识的自生罚款。将三维弹性圆柱体变形的Rehshenkos梁理论与基于CFD的颗粒粘性流动模型以及颗粒-岩石结合强度破坏准则相结合，提出了一种新的细颗粒孔隙尺度破碎剥离理论。断裂准则包括拉伸和剪切应力最大值的解析表达式以及两个几何图形，可以确定断裂应力。这导致一个明确的公式破碎流速。它的放大产生一个数学模型的罚款脱离破碎，表示在形式的最大保留浓度的附着的罚款与流速-最大保留功能（MRF）破碎。我们进行了岩心驱，分段恒定增加流量，测量突破浓度和压降的核心。的行为的测量数据是一致的两个人口胶体运输，归因于碎屑和自生的罚款迁移。事实上，实验室数据显示高匹配的解析模式的两个人口胶体运输，这验证了所提出的数学模型的罚款脱离破碎。
2023-01-04 physics.geo-ph
Shape matters: DEM investigation of geometry-controlled mechanical response in irregular rock fragments under static and dynamic loading
University of Alberta（阿尔伯塔大学）
本研究用离散元法模拟不规则岩石碎片，发现静载下破坏力受表面积体积比控制，动载下几何敏感性增强，为无标准岩芯时的力学测量解释提供定量框架。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.geo-ph
Micromechanics of rock damage and its recovery in cyclic loading conditions
在压缩应力下，岩石的“损伤”以拉伸微裂纹的形式与微观界面上的内部滑移相耦合，例如预先存在的裂纹和晶界。为了揭示滑移对整体损伤过程的贡献，对Westerly花岗岩进行了三轴循环加载实验，并监测了体应变、弹性波速度和各向异性。循环加载试验表明，在轴向应力-应变行为，可以解释完全由滑移大滞后。弹性波速度的变化只观察到过去的屈服点，并显示滞后与不完全可逆卸载后。不可恢复的体积应变和弹性波的速度下降和各向异性增加与最大应力的增加，在静水减压过程中被放大，并随着时间的推移，在静水保持期变形周期后递减。力学数据和弹性性质的变化用于确定产生拉伸裂纹所需的机械功的比例，该比例随着岩石接近破坏而增加，但保持较小，直到每个循环的净耗散功的10%左右。岩石破裂前的变形行为与翼裂纹的力学性质是一致的。虽然拉伸裂纹是岩石物理性质大的变化的来源，但它们并不系统地与显著的能量耗散相关联，并且它们的孔径和生长主要由摩擦控制，摩擦在脆性状态下对岩石流变学施加主导控制。沿预先存在的剪切界面随时间变化的摩擦解释了拉伸裂纹如何在静态条件下闭合，并随时间产生弹性波速度的恢复。
2022-11-04 physics.geo-ph
Key parameters affecting the performance of fractured geothermal reservoirs: a sensitivity analysis by thermo-hydraulic-mechanical simulation
离散裂缝储层具有支持和维持长期地热能提取操作的能力。注入冷水以从裂缝储层提取热水的过程导致岩石基质中的热应力和孔隙弹性应力。因此，这些热-水-机械（THM）机制支配增强型地热系统（EGS）操作的效率。然而，THM机制受各种岩石和流体参数以及模型设置的初始和边界条件的影响。在本文中，我们已经确定和分析了22个这样的参数。由于所涉及的参数数量庞大，因此难以准确估计各个参数的相对重要性。为了解决这个问题，我们已经进行了广泛的敏感性分析的地平线2020项目的目的，多学科和多接触演示EGS勘探和开采技术和潜力（H2020 MEET）使用的实验方法的设计，并确定了影响模拟的三个关键结果的关键参数：热突破时间，质量通量和整体能量回收。我们发现，对于一个给定的离散裂缝网络，裂缝孔径，岩石基质渗透率，和井筒半径是最有影响力的参数控制的热突破时间，质量通量，和整体能量回收。
2021-07-05 physics.geo-ph
Continuum modeling of the effect of surface area growth due to crushing and damage on the permeability of granular rocks
本文讨论了一个连续的方法来跟踪渗透率的演变，在粒状岩石占孔隙度的变化，颗粒破碎和水泥胶结破坏的综合影响。为了解释在一般加载路径下的这种广泛的微观过程，使用了断裂力学理论，并且计算的机械响应与Kozeny方程相关联，即渗透率模型能够评估由孔隙度的同时损失和表面积的增长导致的水力传导性的降低。特别是，该模型的内部变量的演变已被链接到理想化的几何方案在颗粒尺度上，其目标是区分的贡献的细粉产生的水泥基质的解聚从破碎的碎片造成的骨架。压缩/流动实验在文献中不同的粒状岩石被用来验证所提出的方法。分析表明，如果不准确计算表面积的增长，受损岩石渗透率的下降将被严重低估，以及骨架颗粒的分布破碎往往比水泥细粉的产生具有更强的影响。这些研究结果，以及令人满意的模型预测和实验之间的协议，强调采用基于微观结构的本构关系的耦合流体力学问题的分析的好处。
2016-12-09 physics.geo-ph
Modeling of fracture geometry alteration and fracture flow evolution under geostress and water-rock interaction
建立了水岩作用和地应力作用下裂隙岩体几何形状变化的力学-水化学耦合模型。包括WRI、微凸体变形、矿物化学溶解和压力溶解等过程，都被考虑在内。该模型的一个特点在于它的近似线性化的非线性压力溶解过程，这使得该模型与现有的数值溶质运移模型兼容。实例研究表明，尽管WRI通常只侵入岩石表面的一薄层，但这一薄层的机械弱化往往会导致岩石表面变形的显著增加。因此，分布的流场、矿物溶解率和表面蚀变增量等，都受到影响。这表明，当考虑裂隙流相关问题时，我们应该关注岩石表面的顶部薄层而不是基质。结果还表明，流体流动促进了岩石的溶解和流动通道的发育;然而，在应力引起高压溶解但流体流动缓慢的地方，矿物沉淀并填充裂缝空隙。这表明水力条件对裂缝流道的发育和裂缝几何形态的演化起着关键作用。
2019-04-11 physics.geo-ph
A finite element-based machine learning model for hydro-mechanical analysis of swelling behavior in clay-sulfate rocks
TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格工业大学）；Bergische Universität Wuppertal（伍珀塔尔大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出一种基于CatBoost与贝叶斯优化的混合约束机器学习模型，结合OpenGeoSys有限元模拟预测黏土-硫酸盐岩石膨胀行为，为岩土风险评估提供工具。
2025-01-29 cs.LG physics.comp-ph physics.geo-ph
Rupture by damage accumulation in rocks
岩石的变形与微裂纹的成核和扩展有关，即损伤。损伤的累积及其空间局部化导致产生宏观尺度的不连续性，即地质术语中所谓的“断层”，并导致材料的失效，即强度和模量等机械性能的急剧降低。损伤过程既可以通过直接观察薄片进行静态研究，也可以通过记录裂纹扩展发出的声波（声发射）进行动态研究。在这里，我们首先回顾这样的观测地质对象的尺度范围从实验室样本规模（dm）的地震活动断层（公里），包括悬崖和岩体（Dm，hm）。这些观察揭示了复杂的模式，在空间（分形性质的损伤结构的粗糙度和凿），时间（聚类，特别是趋势时，故障的方法）和能量域（幂律分布的能量释放突发）。我们使用一个数值模型的基础上渐进损伤的弹性相互作用框架，使我们能够模拟这些意见。研究表明，岩石的破坏可以是损伤累积的结果。
2007-09-19 physics.geo-ph
Image-based modelling of rock non-linear deformation under low-stress levels
提出一种基于图像的数字岩石建模新方法，通过将部分体积体素视为包含微裂纹的过渡相并赋予中间弹性模量，利用有限元方法有效模拟了低应力条件下因微裂纹闭合导致的岩石非线性变形。
2025-09-14 physics.geo-ph
Micromechanical controls on the brittle-plastic transition in rocks
岩石的流变性随着压力和温度的增加从局部脆性行为转变为分布塑性行为。根据经验观察，当材料强度低于围压时会发生这种脆塑性，这被称为Goetze准则。这种标准适用于大多数硅酸盐，但并不适用于所有材料。我们的目标是确定岩石的微物理控制和应力-应变行为在脆塑性转变。我们使用的细观力学的方法，由于堀井和Nemat-Nasser，并考虑有代表性的体积元素包含滑动翼裂纹和塑性区。求解了常围压下的摩擦滑移、塑性形变和裂纹张开问题，得到了应力应变演化规律。我们表明，脆塑性转变取决于围压，断裂韧性和塑性屈服应力，但也至关重要的摩擦系数上预先存在的缺陷。具有低摩擦的材料预期更脆，并且在比Goetze标准预期的更高的压力下经历向完全塑性流动的转变。Goetze关于岩石脆塑性转变的准则的全面成功可能是由于大多数造岩矿物具有低韧性、高强度和中等摩擦系数的特性。
2022-11-21 physics.geo-ph
Numerical modelling of the effect of weathering on the progressive failure of underground limestone mines
观测结果表明，地下石灰岩矿山塌陷是由于岩体逐渐风化而导致的渐进性破坏。地下矿井中石灰石风化和降解过程可分为以下几个阶段：水在巷道顶板上的冷凝、水在多孔岩石中的渗透、空气中的CO2分子通过对流和分子扩散在岩石孔隙水的迁移、富CO2水溶解石灰石，从而降低岩石的强度特性。考虑到这一过程，一组方程的不同的水化学力学方面的风化现象和渐进式故障发生在这些矿山。然后研究了该过程数值模拟的可行性，并给出了一个简单的应用实例。
2008-08-29 physics.geo-ph
Thermomechanics of ferri-antiferromagnetic phase transition in finitely-strained rocks towards paleomagnetism
本研究建立了完全欧拉速率形式的有限应变粘弹性磁性材料热力学模型，纳入Landau相变理论等多种磁学与力学机制，符合能量守恒与熵不等式，可用于描述地壳岩石热剩磁古地磁现象。
2023-11-04 math.AP physics.geo-ph
Thermo-poro-elastic behaviour of a transversely isotropic shale: Thermal expansion and pressurization
法国的Calovo-Oxfordian（COx）粘土岩被认为是放射性废物深地质处置库的候选容矿岩。由于放热废物包，预计岩石将经受高达90 °C的温度。温度升高引起容矿岩变形，同时引起孔隙压力增加，涉及复杂的热-水-力（THM）耦合。本研究的目的是更好地表征THM响应的COx粘土岩在实验室中的温度变化。为此，粘土岩标本进行了测试，在温度控制，高压各向同性压缩单元，在应力条件下接近原位的。沿不同的加热和冷却路径对试样施加热载荷。温度校正的应变计系统提供了精确的测量的各向异性应变响应的标本。排水和不排水的热膨胀系数在两个横向各向同性方向进行了测定。在不排水条件下测量孔隙水压力的变化，得到热压系数。所有参数进行了分析，其兼容性的热多孔弹性框架内，并确定其应力和温度依赖性。
2020-10-26 physics.geo-ph
Gaussian Processes enabled model calibration in the context of deep geological disposal
针对岩盐深地质处置库安置巷道力学模拟计算昂贵的问题，提出基于Gaussian Processes的代理模型用于敏感性分析与校准，可降低计算成本并识别关键参数。
2025-03-19 physics.data-an physics.geo-ph
Off-fault damage characterisation during and after experimental quasi-static and dynamic rupture in crustal rock from laboratory P-wave tomography and microstructures
岩石在剪切破坏过程中释放的弹性应变能有一部分作为断裂能$Γ$用于进一步传播破裂。$Γ$在破裂尖端过程区内耗散，并包括作为非故障损伤$Γ_\mathrm{off}$耗散的能量。量化断裂过程中形成的断层外损伤对于理解其对断裂动力学和断裂尖端后的滑移弱化过程的影响及其对地震辐射的贡献至关重要。在这里，我们量化的$Γ_\mathrm{off}$和相关的变化，在准静态和动态破裂期间和之后的非故障机械性能。我们这样做是通过在三轴条件下完整的Lanhélin花岗岩进行动态和准静态剪切破坏实验。我们从时间分辨的三维$P$波速度层析成像故障期间和之后获得的弹性模量的变化进行量化。我们测量故障后的非故障微裂缝损伤。从层析成像，我们观察到一个局部的最大下降25\%左右的$P$波速度的剪切破坏界面的准静态和动态故障。微裂缝密度数据显示，准静态失效后的损伤区宽度约为10 mm，动态失效后为20 mm。微裂缝密度从$P$ -波速度层析成像模型使用有效介质的方法是在良好的协议与测得的断层外微裂缝损伤。从断层外微裂缝测量获得的$Γ_\mathrm{off}$对于准静态破裂约为3 kJM $^{2}$，对于动态破裂约为5.5 kJM $^{2}$。我们认为，破裂速度决定的损伤区宽度滑动到几毫米，和剪切断裂能$Γ$随着破裂速度的增加。
2020-07-19 physics.geo-ph
Small World Property of a Rock Joint(Complexity of Frictional Interfaces: A Complex Network Perspective)
采用复杂网络方法分析了粗糙岩体节理的抗剪强度和粘滑特性。我们开发了一个网络方法的相关模式的演变粗糙断裂（裂纹类型II）的空隙空间。网络性质与滑移前后断裂的水力-力学属性（从实验测试中获得）之间的相关性是所揭示的非接触网络的直接结果。局部和全局过滤相关性的节理分布通过岩石节理抗剪强度的演化与接触带的附着-剥离序列有着密切的关系。特别是节点度率的传播与聚集系数率的传播，产生了位移过程中可能的粘滑序列。我们的方法可以发展到调查的复杂性，粘滑行为的故障，以及能量/应力局部化的皱壳/片，其中脊网络控制的能量分布。
2011-08-23 cond-mat.dis-nn cs.CE nlin.AO
A multiscale framework for the simulation of the anisotropic mechanical behavior of shale
页岩，像许多其他沉积岩，是典型的非均质，各向异性，其特点是部分排列的各向异性粘土矿物和天然形成的层面。在这项研究中，一个基于晶格离散粒子模型（LDPM）的微机械框架制定捕捉这些功能。材料各向异性是通过页岩内部结构的近似几何描述引入的，其中包括材料性质随取向变化的表示和平行层的显式建模。该模型进行了校准，进行数值模拟，以匹配各种实验数据，包括相关的弹性性能，巴西抗拉强度，无侧限抗压强度。此外，参数研究进行中尺度参数和宏观性质之间的关系。结果表明，弹性刚度，强度和失效模式的加载方向的依赖关系，可以成功地捕获。最后，采用基于场变量渐近展开的均匀化方法对所提出的细观力学模型进行了扩展，并对均匀化模型的性质进行了分析。
2016-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Importance of precipitation on the slowdown of creep behaviour induced by pressure-solution
Duke University（杜克大学）；UCLouvain（瓦隆-布拉邦天主教大学）
本文研究了降水对压力溶解诱导蠕变行为减缓的影响，通过数值模拟发现，慢速沉淀导致化学机制减缓，而快速沉淀则由机械机制主导。
2024-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
