地質(zhì)力學(xué)在地質(zhì)工程一體化中的應(yīng)用研究

譚何

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1 地質(zhì)工程一體化概述

地質(zhì)工程一體化實際上就是“地質(zhì)”與“工程”進(jìn)行融合的一種概念理論。其中“地質(zhì)”主要指以油氣藏為中心所進(jìn)行的地質(zhì)油藏表征、地質(zhì)建模、地質(zhì)力學(xué)、油氣藏工程評價等的綜合研究；“工程”則是指在勘探開發(fā)工作中針對從鉆井至生產(chǎn)等一系列鉆探與開發(fā)生產(chǎn)工程技術(shù)和解決方案開展針對性篩選、優(yōu)化，同時為其實際作業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。而將這兩方面概念思想聯(lián)系起來就形成了地質(zhì)工程一體化理論，即圍繞提升單井產(chǎn)量這一目標(biāo)，將三維模型作為核心、將地質(zhì)—儲層研究作為基礎(chǔ)基礎(chǔ)，在叢式水平井平臺工廠化開發(fā)方案中針對各種關(guān)鍵性挑戰(zhàn)進(jìn)行具有前瞻性、針對性、預(yù)測性、指導(dǎo)性、實效性以及時效性的研究，并將之加以有效應(yīng)用。同時，地質(zhì)工程一體化中通過高效的組織管理與作業(yè)能夠進(jìn)行相關(guān)學(xué)科知識與工程作業(yè)經(jīng)驗的有效積累，從而使鉆井、壓裂等相關(guān)技術(shù)方案得以在已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行不斷優(yōu)化調(diào)整，最終實現(xiàn)工程效率與開發(fā)效益的同步提升。可以說，地質(zhì)工程一體化在相關(guān)地質(zhì)工程領(lǐng)域的發(fā)展中具有極高應(yīng)用價值[1]。

2 地質(zhì)力學(xué)對地質(zhì)工程一體化的現(xiàn)實作用

在地質(zhì)工程一體化中，其許多工程問題都需要結(jié)合多種學(xué)科的知識方能夠更為有效的解決，而地質(zhì)力學(xué)正是解決工科專業(yè)發(fā)展與工程實際中力學(xué)難題的一個專業(yè)領(lǐng)域。目前，地質(zhì)力學(xué)已經(jīng)在地質(zhì)工程中得到了較多的應(yīng)用，如地質(zhì)考察、地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析等工作都涉及到地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用。而在地質(zhì)工程一體化中，地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用同樣有著重要作用。

首先，地質(zhì)力學(xué)能夠有效判斷各種地質(zhì)體問題。地質(zhì)工程一體化中的許多工程地質(zhì)力學(xué)的地下工程問題都與地質(zhì)體存在緊密聯(lián)系。如地下隧道施工中的交通問題、地下采空區(qū)開采問題等，都牽涉到巖石、水與硬度等地質(zhì)體的特性問題，因此地質(zhì)體對地質(zhì)工程一體化工作的影響是毋庸置疑的。就地質(zhì)工程一體化中地下工程所面臨的各種主要問題，其多是因卸載高地應(yīng)力條件下地質(zhì)體被破壞導(dǎo)致，所以地質(zhì)力學(xué)恰恰可以針對地面上各種基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)行改造，使之能夠符合工程要求。因此，地質(zhì)力學(xué)可以幫助人們判斷地質(zhì)體問題并提出解決方法。

其次，地質(zhì)力學(xué)為地質(zhì)工程一體化提供了設(shè)計依據(jù)與分析方法。判斷地質(zhì)體問題僅是工程建設(shè)的一個環(huán)節(jié)，此外還有許多內(nèi)容如山體變形、工程結(jié)構(gòu)等都需要進(jìn)行研究。這就需要人們有一套科學(xué)的研究依據(jù)和分析方法。地質(zhì)力學(xué)的相關(guān)理論和研究方法恰恰為地質(zhì)工程一體化進(jìn)行這些問題的研究提供了幫助，使實際工程建設(shè)中的各種問題都能夠進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的研究分析[2]。

3 地質(zhì)力學(xué)在工程地質(zhì)一體化中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于本構(gòu)關(guān)系的處理中

在現(xiàn)實生活中，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)是人們較為常見的，其是用來描述結(jié)果得失的一個有限的方程。而在具體工程中，連續(xù)介質(zhì)力學(xué)能夠利用一些簡單的處理方法來解決實踐中的許多問題。而地質(zhì)力學(xué)的應(yīng)用則可以通過多種方法來表達(dá)，因此地質(zhì)力學(xué)最終得到的效果也是不同的。在地質(zhì)力學(xué)中，連續(xù)地質(zhì)力學(xué)是其最具代表性的研究內(nèi)容，因其研究內(nèi)容較多，范圍較廣，所以其應(yīng)用與工程地質(zhì)一體化中可以通過對應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變率、速度梯度等內(nèi)容間的聯(lián)系來處理地質(zhì)工程一體化中的本構(gòu)關(guān)系，使其中許多復(fù)雜的問題可以被簡化為連續(xù)性的內(nèi)容，進(jìn)而為地質(zhì)工程一體化的研究產(chǎn)生推動作用。

3.2 初始狀態(tài)理論的應(yīng)用

初始狀態(tài)是地質(zhì)力學(xué)中的一個重要研究內(nèi)容和重要理論。其核心理論認(rèn)為地質(zhì)體的初始狀態(tài)不是固定的，而是一種相對而言的狀態(tài)。具體而言，地質(zhì)體初始狀態(tài)實際上是基于地質(zhì)體演變過程而開展的，因此初始狀態(tài)應(yīng)用到地質(zhì)工程一體化中可以幫助其建設(shè)和研究解決許多問題。例邊坡開挖過程中邊坡的初始狀態(tài)就是開挖狀態(tài)。而在具體的地質(zhì)工程中，地質(zhì)體初始狀態(tài)則可以被看作是應(yīng)力、地質(zhì)構(gòu)造等。因此在實際工作中應(yīng)用初始狀態(tài)理論展開研究和相關(guān)調(diào)查，能夠更好的把握工程的初始化狀態(tài)，進(jìn)而通過初始狀態(tài)的研究與分析為地質(zhì)工程一體化提升經(jīng)濟(jì)效益與社會效益帶來支撐。

3.3 地質(zhì)力學(xué)在地質(zhì)體演化過程中的應(yīng)用

地質(zhì)力學(xué)在地質(zhì)工程一體化中的應(yīng)用還體現(xiàn)在其能夠用于地質(zhì)體的演化過程研究，進(jìn)而幫助工作人員更好地掌握自然災(zāi)害、演變形式以及地質(zhì)的未來發(fā)展方向等。在地質(zhì)體中往往會有許多不同的結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面都會對地質(zhì)應(yīng)力產(chǎn)生一定影響。因此在利用地質(zhì)力學(xué)進(jìn)行地質(zhì)體演化過程的研究時就可以通過合理構(gòu)建力學(xué)模型來更為直觀、準(zhǔn)確的將應(yīng)力作用呈現(xiàn)出來，從而為人們進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地質(zhì)體演變過程的研究提供參考依據(jù)。目前，地質(zhì)工程一體化中已經(jīng)針對地質(zhì)體演化過程研究開發(fā)出多種力學(xué)模型，但這些力學(xué)模型多少都存在一些缺陷，還有待進(jìn)一步完善。因此在未來應(yīng)用地質(zhì)力學(xué)進(jìn)行地質(zhì)體演化過程的研究時就需要進(jìn)一步強化局部研究，深入挖掘地質(zhì)體各部分演變發(fā)展的方式與方向，從而為我國工程建設(shè)發(fā)展提供更多參考資料[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)力學(xué)作為地質(zhì)工程研究與建設(shè)中的一個重要的學(xué)科領(lǐng)域，其中蘊含許多理論和研究方式方法都能夠被應(yīng)用到地質(zhì)工程一體化中，并對地質(zhì)體問題的判斷和實際工作中研究方法的豐富起到積極促進(jìn)作用。因此，在地質(zhì)力學(xué)的實際應(yīng)用中，工程人員就需要充分借助地質(zhì)力學(xué)對地質(zhì)工程一體化中的本構(gòu)關(guān)系處理、初始狀態(tài)研究和地質(zhì)體演變過程研究等進(jìn)行探索分析，從而最大程度地保證地質(zhì)工程一體化研究與建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。