岩石水压致裂过程的数值模拟分析.pdfVIP

2002 年 11 月 东 北 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) Nov . 　2 0 0 2 第23卷第11期 Journal of Nort heastern U niver sity (N at ural Science) Vol 23 ,No . 11 文章编号 : (2002) 岩石水压致裂过程的数值模拟分析 冷雪峰 , 唐春安 , 杨天鸿 , 李连崇 ( 东北大学 岩石破裂与失稳研究中心 , 辽宁 沈阳　110004) ( 2D) 摘 　　　要 : 应用岩石破裂失稳的渗流应力耦合分析系统 FRFPA ,模拟分析了岩石在水力压 力作用下破裂失稳过程 ,对比分析了不同均质度对岩石水压致裂过程的影响 结果表明 ,岩石的非 · 均匀性对水压致裂的开始压力 、失稳压力以及裂纹的扩展路径有很大的影响 ,对于不均质试样 ,水 压破裂的开始出现要比失稳压力到达早得多 ,而对于均质试样 ,破裂初始压力和崩溃压力是不能 区分的; 同时 ,岩石的非均匀性也影响着破裂路径的粗糙度和不规则展布 ,模拟结果和相关实验结 果具有较好的一致性 · 关 　键 　词 : 岩石破裂 ;水压致裂 ;非均匀性 ;均质度 ;数值模拟 中图分类号 : TD 742 2 　　　文献标识码 : A 研究岩石水压致裂过程不但有利于认识其渗 的 ,可以对具有渗透性和非均匀性的岩石水压致 流 、应力耦合作用的发生机理 ,而且在石油开采 、 裂过程中裂纹萌生 、扩展 、失稳过程进行分析 在 · 地应力测量 、岩石断裂韧度测试 、水库诱发地震 、 每一步加载过程中 ,对于一个已给的水压力 ,通过 水坝及边坡失稳等领域具有广泛的应用前景 ,是 有限元技术求解应力分布 ,并用强度准则对单元 许多工程学科面临的热点课题 · 的剪应力或拉应力进行损伤判断 ,损伤单元具有 水压致裂最早是 Hubbert 和 Willis ( 1957) [ 1] 提 残余强度 ,它的弹性模量会损伤减少 ,渗透率则会 出的,在众多的与水力破裂相关的理论中,基于线 相应增加 ,水压力就可以跟踪传递到损伤单元四 ( ) 周的非损伤单元 然后重新进行应力计算 ,进行压 弹性的断裂力学理论 L EFM 一直被广泛地使 · 用[2 ] 在 L EFM 理论基础上 ,Degue 和 Ladanyi[3 ] 提 力调整和再分配 ,直到一个新的应力平衡为止 由 · · 出了能够考虑到水侵入的效果和加压率的理论 随 于在远离裂缝端部高压力集中区的地方 ,可能存 · 着计算机模拟技术的发展 ,使用加密网格方法 ,提 在低强度单元 ,所以可能在破裂区域的邻近部位 出了多种断裂数值模型 :分离裂缝模型、分布裂缝 出现微裂隙 ,而且存在水压力作用[6 ] ,这对饱和 模型和内嵌单元裂缝法 ,来模拟水力压裂后所形成 的非均匀材料是完全可能的 这些与主贯通裂纹