基于黏聚力单元法的单双射孔水力裂缝扩展数值模拟研究

• 作者: 竹宇波
• 来源期刊: 有色金属工程
• 学科: 工学
• 关键词: 黏聚力单元法 射孔 水力压裂 数值模拟 破坏机理
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 地质采矿与安全工程
• 页码范围: 107-115
• 页数: 9页
• 分类号: TD313
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.2095-1744.2021.01.016

摘要

为研究单双射孔下的水力劈裂规律,基于Abaqus的黏聚力单元损伤本构,建立了含单双射孔裂隙的有限元模型,对不同水力压裂因子D下的裂纹扩展过程,位移矢量进行了数值模拟研究.结果表明:单裂隙情况下,裂纹扩展产生于裂缝尖端,随着水压的不断增大,D值较小的工况裂缝沿着最大主应力的方向发展,对于D值较大的情况而言,裂缝将呈现45°的破坏特征.双裂隙情况下,裂隙内侧存在裂缝相互干扰的问题,D=1,D=5和D=20时,两条射孔裂隙的内侧端先互相远离,然后互相搭接,最终形成一条相互作用区域,当D=2时,内侧端将直接搭接;裂纹的位移矢量揭示了裂纹扩展机理.单裂隙情况裂缝尖端的位移矢量向两侧散开,裂纹呈现典型的"拉裂"现象,主要发生I型破坏;双裂纹内侧尖端产生应力"相互作用环",产生典型的剪切破坏现象;基于数值模拟产生的拉伸破坏与剪切破坏特征,对拉伸破坏与剪切破坏机理进行了讨论,得到了拉伸与剪切破坏的临界条件.