非对称载荷下各向异性砂岩半圆弯曲断裂特性的离散元研究

作     者：陈彦安 卞康 刘建 崔德山 李一冉 CHEN Yanan;BIAN Kang;LIU Jian;CUI Deshan;LI Yiran

作者机构：中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFC0401802) 国家自然科学基金重点项目(51539002) 国家自然科学基金资助项目(51779249) 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2021年第40卷第7期

页      码：1412-1427页

摘      要：储集层资源往往赋存于各向异性的节理岩体中,其断裂模式较为复杂,仅根据以往的工程经验难以进行高效开采。为了更好地认识各向异性储层的断裂特征,并实现对裂缝扩展形态控制和预测,从而更为科学地对储层进行采集,利用离散元方法,开展非对称载荷下各向异性砂岩半圆弯曲断裂特性的研究,通过调整底部支座的不对称度,可以实现岩体从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型断裂的控制。主要结论如下:(1)半圆弯曲数值试样的峰值荷载表现出明显的各向异性,随节理角度增长,主要呈现出"W"和"增大–平稳–增大"的分布形式。随非对称系数增加,主要呈现出"急降–平稳"的趋势。(2)对于破坏模式,试样破坏模式随切缝倾角和节理分布方式不同,主要表现为偏移式、顺层式、切层–顺层式和复合型切层式4种破坏形式。随着非对称系数增加,试样内应力场发生改变,试样破裂路径逐渐沿支座移动方向发生偏离。(3)获取基于J积分计算求解得出的无量纲几何因子,并基于此设计了纯Ⅱ型、纯Ⅰ型和复合型的加载方案。由几何因子求解所得试样断裂韧度随节理变化呈现出明显的各向异性,而随非对称系数增加,主要呈现出"急降–平稳"的趋势。(4)受节理的影响,Ⅰ型断裂起裂角分布在0°~36.9°范围,Ⅱ型断裂起裂角分布在47.68°~76.12°范围,并非与理论值完全相同。

主 题 词：岩石力学 非对称载荷 各向异性 半圆三点弯曲试验 断裂韧度 离散元方法 

学科分类：08[工学] 080104[080104] 0815[工学-矿业类] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.13722/j.cnki.jrme.2020.0776

馆 藏 号：203104663...