不同荷载作用条件下水力裂缝起裂特性的数值模拟研究

摘要

水力裂缝的起裂特性对水力压裂工程的顺利实施至关重要,因此,需要提出准确预测水力裂缝起裂类型和位置的断裂准则。在本研究中,将带有拉伸截断的摩尔-库仑准则引入有限元程序中,用来确定水力裂缝的起裂类型和位置。该断裂准则考虑了裂缝倾角、岩石内摩擦角和载荷条件对裂缝尖端应力场分布的影响。研究结果表明,内摩擦角能减弱剪切断裂发生的可能。此外,随着内摩擦角的增加,需要更大的外部载荷来使水力裂缝扩展。随着注水压力的增大,拉伸裂缝类型最终决定了水力裂缝的起裂类型。但随着应力差的增大,则优先产生剪切裂缝类型。最大拉应力和等效最大剪应力均随着应力差的增大而减小,说明应力差越大,裂缝扩展所需的外载荷越大。本文的数值计算结果为研究不同条件下水力裂缝的起裂与扩展特性提供了理论依据。