“钱七虎奖”获得者--张丰收

创新成果一：复杂裂隙岩体水力压裂理论

水力压裂裂缝的形成经历了裂缝的起裂、扩展、闭合和长期蠕变等主要阶段，其中每一个阶段所涉及的长度和时间尺度相差达到几个数量级。因此，水力压裂裂缝扩展机制的研究是一个跨长度和时间尺度的复杂科学问题，单个的数值分析方法很难满足所有复杂问题研究的需求。被推荐人基于离散格子法、颗粒离散元方法、块体离散元方法和有限差分法综合建立了深部裂隙岩体水力压裂的多尺度数值模拟体系。对近井筒区域水力压裂裂缝的三维非平面起裂和扩展、射孔-井眼-岩层跨尺度裂缝扩展、水力裂缝和天然裂缝相互作用、结合微地震震源机制的裂缝扩展和复杂缝网形成机理、水力裂缝闭合和长期蠕变等页岩水力压裂中的挑战性难题提供了全新的研究角度和解决方案。上述研究成果已经广泛应用于我国的四川盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地等页岩气和干热岩的主产地。 

创新成果二：离散材料流固耦合基础理论

 针对离散材料的非线性复杂本构行为和缺乏粘结力与抗拉强度、渗透率高等特点，通过试验首次给出流体注入离散介质中的四种完整分形机制，提出控制这些分形机制的能量消散方式并基于特征时间给出控制不同分形机制的归一化条件，通过量纲分析可以预测流体注入离散介质相关的工程问题的分形样式和关键参数，为工程设计提供指导。同时，开发三种离散材料流固强耦合数值模型，将可适应网格计算流体动力学，基于 Python 库的有限体积法和可重分布的空隙网格法分别与离散元耦合，建立了一套离散材料与流体强耦合的多尺度分析方法体系，丰富了相关方向的数值模拟手段。该方法可广泛地应用于注浆加固、土体侵蚀、水流冲刷、沉积物运输、水力压裂、出砂和支撑剂铺设等工程实践中。

创新成果三：深部断层工程稳定性基础理论

收集了我国主要盆地的储层岩石并开展高温高压断层泥摩擦剪切试验研究，探究了不同的矿物成分对储层沉积岩岩石摩擦性质的影响规律，发展了断层泥速度-状态摩擦本构定律。分析了四川地区页岩气开采中大量断层激活的案例，融合套管变形分析数据、地震波勘探信息、以及微地震震源机制解等多源数据，解译流体注入引起深部页岩断层激活与滑移背后的作用机制。通过尺度上推理论，构建了能区别有震和无震滑动的断层宏观摩擦本构模型，借助块体离散元理论构建多因素耦合下场地尺度断层激活与滑移变形数值分析方法，并结合现场工程实例，开展流体注入下深部页岩断层激活的三维多场耦合数值仿真。研究成果应用于四川盆地页岩气开发、青海共和盆地干热岩开发等国家重大工程。