基于断裂力学机理的劈裂扩展分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：高压压水试验过程中，岩体水力劈裂扩展过程可用上述断裂力学理论加以分析。在地应力一定情况下，由式知，缝内水压力p越大，σa越小；根据断裂韧度与地应力关系，可知断裂韧度KⅠC也就越小。根据式和式可知，断裂韧度值KⅠC和KⅡC增大后，裂纹产生水力劈裂的临界水压力pC增大。因此，为了使岩体中产生新的裂缝或使得原有裂纹继续扩展，需要继续提高压水孔中的压水压力p0。

高压压水试验过程中，岩体水力劈裂扩展过程可用上述断裂力学理论加以分析。

在地应力一定情况下，由式（4.12）知，缝内水压力p越大，σa越小；根据断裂韧度与地应力关系，可知断裂韧度KⅠC也就越小。由式（4.17）可知，缝内水压力p越大，断裂韧度KⅡC也越小。考虑到缝内水压力的分布与空间位置和压水历时有关：压水过程中靠近压水孔附近（裂纹开口处）的缝内水压力大；远离压水孔位置（裂纹尖端）的缝内水压力小。随着压水时间的持续，由式（4.11）知，远离压水孔位置岩体内的裂纹中的水压力会逐渐增大，断裂韧度不断减小。当缝内压力满足式（4.15）或式（4.16）时，裂缝失稳并扩展。

对式（4.11）进行变换，有

由式（4.18）可知，保持压水孔压力和裂纹宽度改变率不变（即p0和 pagenumber_ebook=77,pagenumber_book=66 不变），当岩体中原有裂缝产生水力劈裂后，裂缝长度a增加，裂缝宽度w0增加，则由裂缝长度和宽度控制的指数函数自变量数值减小，由指数函数性质可知，指数函数值减小，故缝内压力px也随之减小。根据断裂韧度与地应力关系和式（4.17）可知，当缝内压力p减小时，断裂韧度值KⅠC和KⅡC都将增大。根据式（4.15）和式（4.16）可知，断裂韧度值KⅠC和KⅡC增大后，裂纹产生水力劈裂的临界水压力pC增大。因此，为了使岩体中产生新的裂缝或使得原有裂纹继续扩展，需要继续提高压水孔中的压水压力p0。这就是岩体高压压水试验过程中随着压水压力的增加，岩体出现渐进式的多次劈裂扩展的基本力学机理。

基于断裂力学机理的劈裂扩展分析

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