三点弯曲条件下不同层理面强度对裂纹扩展过程的影响
韩伟歌1
崔振东1
唐铁吾1
张建勇1
王燚钊2
1.中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京 100029;中国科学院地球科学研究院,北京100029;中国科学院大学地球与行星科学学院,北京1000492.中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院页岩气与地质工程重点实验室,北京 100029;中国科学院地球科学研究院,北京100029;中国科学院大学地球与行星科学学院,北京100049;北京科技大学土木与资源工程学院,北京100083
摘要：煤矿、页岩气开采等工程均涉及到层状岩体力学问题,层状岩体的裂纹破裂模式直接决定了工程施工稳定性及能源高效开发利用.为了揭示层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响,利用ABAQUS模拟软件,通过全局嵌入0厚度cohesive单元的方法,创建了与最大主应力方向垂直的层理面,并且基于页岩XRD矿物成份分析结果,利用Python语言对软件进行二次开发,实现了页岩的层理各向异性与矿物颗粒非均质性.通过控制层理面的强度参数,研究了在三点弯曲条件下,层理面强度性质对裂纹扩展过程的影响.通过MATLAB编程处理模拟结果,实现了加载过程中的声发射(AE)模拟,根据声发射定位图和声发射能量数据,进一步分析了裂纹破裂类型及动态扩展过程.结果 表明:层理面抑制了裂纹沿着最大主应力方向扩展,层理面强度越弱抑制效果越强;层理面强度较弱时,裂纹先从层理界面处起裂,产生顺层横向裂纹,阻隔应力波的传递,导致预制裂纹尖端应力场波及范围变小应力集中程度变强;层理面的存在导致裂纹扩展路径复杂,穿层破裂与顺层破裂交替出现,裂纹表现为断续位错式的破裂特征,层理面强度与最大主应力共同决定了裂纹路径;穿层破裂主要沿着最大主应力方向产生,表现为拉张破裂类型,顺层水平迁移裂纹表现为剪切破裂类型;层理面强度越弱,克服顺层破裂所需能量越大,峰值载荷越大;层理面强度与声发射事件数呈负相关性,层理面越弱声发射事件数越多,拉张、剪切破裂越多,顺层裂纹长度越长.
关键词：ABAQUS层理面强度各向异性破裂类型MATLAB声发射
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点基础研究发展计划（973计划）(973)资助项目(2015CB258501)中国科学院战略性先导科技专项(XDB10030301)国家自然科学基金(41202228)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 3022-3030 )
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