高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现

• 作者: 万文 张盛国 彭青阳 王卫军 赵延林
• 来源期刊: 岩土力学
• 关键词: 岩石力学 高水压 渗流-断裂耦合 数值实现 水力劈裂
• 年，卷（期）: 2014,（2）
• 所属期刊栏目: 数值分析
• 页码范围: 556-564
• 页数: 9页
• 分类号: TU452|O357.3
• 语种: 中文

摘要

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布，研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制，建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型，给出该数学模型的求解策略与方法，在 Fortran95平台下开发高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合分析程序 HWFSC.for。高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合体现在岩体裂纹网络和渗流初始条件都随渗流时步变化。对高压注水岩体裂纹扩展过程进行渗流-断裂耦合分析。结果表明，高压注水条件下，岩体裂纹扩展存在起动水压力，当水压力大于起动水压力时，裂纹尖端开始萌生翼形裂纹，随着裂纹水压力的增加，翼形裂纹扩展，进而与其他裂纹搭接贯通，停止扩展。渗流-断裂耦合分析考虑了裂纹动、静水压力对裂纹产生的法向扩张效应及翼形裂纹的扩展而形成新的渗流通道两方面的影响，连通裂纹数随渗流的发展而增加。岩体裂纹的渗流-断裂耦合分析，能较真实地再现岩体裂纹的水力劈裂现象，描述岩体裂纹的扩展、贯通过程及与之相耦合的渗流响应。