考慮T應力的巖石裂紋尖端起裂特性研究.pdf

1、巖石作為一種天然材料，其內(nèi)部存在著很多的節(jié)理、片理、層理及裂紋等，是一種典型的非均勻、不連續(xù)、各向異性的材料。工程中巖石的破壞與失穩(wěn)主要由細觀裂紋的起裂、擴展、貫通引起。因此，巖石中裂紋的起裂特性一直是巖石工程中的一個研究熱點，并且已經(jīng)取得了豐碩的成果。
　　本文基于傳統(tǒng)斷裂力學中裂紋尖端應力場方程的基礎(chǔ)上，通過考慮Williams展開式中的非奇異應力項，重新建立了裂紋尖端斷裂準則，分析了不同遠場載荷作用下裂紋起裂特性以及雙軸壓縮

2、作用下的巖石裂紋水力壓裂規(guī)律，并且基于數(shù)值模擬的方法研究了預置雙裂紋的貫通機制。得出以下結(jié)論：
　　慮非奇異項的修正理論相比不考慮非奇異項的傳統(tǒng)理論計算出的起裂角與實驗結(jié)果吻合良好。裂紋表面正應力將出現(xiàn)拉壓轉(zhuǎn)換，隨著側(cè)壓系數(shù)|k|和摩擦系數(shù)μ的增大，轉(zhuǎn)換臨界角增大。起裂角隨著裂紋傾角β的增加而減小，裂紋表面為壓應力時的減小程度要比裂紋表面為拉應力時小。裂紋表面為壓時，裂紋起裂角隨著摩擦系數(shù)μ的增大而增大。在遠場壓-壓應力組合下，本

3、文修正理論計算的起裂角隨著裂紋傾角β的增加而增大。隨著摩擦系數(shù)μ、側(cè)壓系數(shù)k、無量綱系數(shù)α的增加，裂紋傾角β較小和較大的區(qū)域，裂紋尖端的奇異性消失。
　　(2)運用最大周向拉應變理論，建立了巖石裂紋水力壓裂的開裂判據(jù)，計算了裂紋起裂的臨界水壓和臨界偏轉(zhuǎn)角。隨著圍壓、臨界裂紋區(qū)r，以及泊松比v的增加，起裂臨界水壓增大，臨界偏轉(zhuǎn)角逐漸減小。當水壓高于巖石破裂所需的臨界水壓，起裂偏轉(zhuǎn)角將隨著水壓的提高逐漸減小，最后趨于沿著裂紋原有的方向