孔洞-裂隙扩展规律数值模拟研究

"郭修成.单轴应力下的孔洞–裂隙扩展规律数值模拟[J].煤田地质与勘探，2020，48(2)：179–186." 这篇论文主要探讨了在单轴应力作用下，孔洞与裂隙相互作用下裂纹扩展的规律。研究通过运用RFPA软件进行了数值模拟，以分析不同裂纹角度和非均质系数对岩体破坏的影响。实验涵盖了不同条件下的裂纹形成、声发射特性以及应力-应变曲线的变化。 首先，研究发现，对于完整试样，裂纹主要沿着剪切方向产生。然而，当存在孔洞和裂隙时，裂纹会沿着裂隙尖端和孔洞边缘扩展。同时，当翼裂纹穿过试件时，会在预制裂纹尖端或孔洞侧边产生水平方向的次生裂纹，并可能进一步发生分叉。非均质系数对次生裂纹的走向具有显著影响，表明岩体内部的不均匀性会改变裂纹扩展路径。 其次，研究揭示了在加载过程中，试样的破坏模式由早期的拉伸破坏逐渐转变为晚期的拉伸-剪切组合破坏。次生裂纹的形成与剪切破坏密切相关，这是因为在压载后期，剪切应力的作用加剧，导致新的裂纹产生。 此外，声发射参数被用来监测裂纹扩展的过程。声发射累计能量和累计数在加载初期缓慢增加，随着裂纹活动加剧，后期增长速度明显加快。预制裂纹的倾斜角度和非均质系数对声发射参数有直接影响，角度越小，非均质系数越大，声发射累计能量相应地越大，表明这些因素加剧了裂纹活动和能量释放。 在应力-应变曲线上，所有试件经历了三个阶段：弹性变形阶段，非线性变形阶段，以及最终的残余变形阶段。孔洞和裂隙的存在导致试样的峰值强度降低，同时也影响了其脆性行为，使试件表现出更弱的抗拉强度和更高的破坏可能性。 这项研究通过数值模拟深入理解了孔洞-裂隙环境下的裂纹扩展规律，对于预测岩体破坏模式，评估地质结构稳定性，以及指导钻井工程等具有重要的理论和实践意义。研究结果可为未来在复杂地质条件下进行孔洞和裂隙相互作用的分析提供参考依据。