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考虑沥青材料的黏弹性,结合动力学和断裂力学理论,通过有限元数值模拟研究了含多裂纹沥青路面在移动交通荷载作用下的动力特性,考察了裂纹间距变化对动态应力强度因子以及裂纹尖端应力的影响。研究结果表明,在移动交通荷载作用下基层底面裂纹处于Ⅰ、Ⅱ型动态应力强度因子交替控制下;裂纹间距增大,对基底裂纹应力强度因子的影响逐渐减小;表面裂纹尖端在移动荷载距其较近时受压应力,且随裂纹间距增大,最大压应力先微弱减小后逐渐增大;在移动荷载经过表面裂缝时,裂缝尖端经历了方向相反的剪切作用,随着裂纹间距的增大,最大剪应力呈现先减小后增大的趋势。同时对加铺土工布这一阻裂措施利用数值模拟进行了验证。 相似文献
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为研究锚杆对裂隙岩体的锚固机制及其影响因素,对预制锚固单排裂隙试件进行单轴破断试验。提出了主控裂纹的概念,即控制试件强度弱化和最终破坏的一条或几条大裂纹称为主控裂纹。在不同的锚固条件下主控裂纹会有不同的产状：在有效锚固范围内,裂隙试件具有横向和纵向两类主控裂纹,而在无锚或有效锚固范围之外的试件仅有纵向一条主控裂纹贯通。通过声发射和应力监测表明,在有效锚固范围内锚杆能延迟主控裂纹产生和提高裂隙试件强度。另外,利用ANSYS软件对不同锚固条件下的裂隙尖端应力强度因子进行数值计算,得到了锚固距离和锚固倾角与裂隙尖端应力强度因子之间的关系;通过FLAC3D模拟了不同锚固距离下主控裂纹贯通模式,数值模拟与试验结果比较吻合。 相似文献
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含多裂纹沥青路面开裂机制及扩展分析 总被引：1，自引：1，他引：0
基于断裂力学基本理论,通过有限元数值模拟方法,研究了同时存在表面裂纹和反射裂纹的沥青路面在交通荷载作用下表面裂纹和反射裂纹开裂机制及扩展路径,深入讨论了路面材料和结构对裂纹扩展路径的影响,分析了表面裂纹的位置对反射裂纹扩展路径的影响,采用多裂纹小梁弯曲试验验证了多裂纹的扩展行为。结果表明：在交通荷载作用下,表面裂纹向着偏离载荷的方向扩展,且扩展路径几乎为直线,反射裂纹则沿着“Z”字形向上扩展;路面结构层模量和厚度的改变能够影响裂纹的扩展路径;反射裂纹总是向着存在表面裂纹的一侧扩展;小梁弯曲试验得到裂纹扩展行为与数值模拟结果一致。 相似文献
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考虑岩石介质的非均匀性,把爆破过程视为爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果,基于损伤力学理论建立了岩石爆破的力学模型,并对不同地应力条件下岩石双孔爆破裂纹演化规律进行了数值模拟,分析了不同侧压力系数和埋 深对裂纹扩展规律的影响。数值模拟结果表明：①爆炸应力波导致裂纹的萌生,爆生气体压力则会使裂纹进一步扩展和贯通; ②裂纹演化过程与地应力密切相关,裂纹扩展的主方向趋于最大地应力方向;③随着埋深增加和初始地应力增大,裂纹扩展半径和裂纹区面积减小,地应力对爆破致裂的抑制作用明显。 相似文献
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脆性岩石材料在压应力作用下常出现两类裂纹：翼型张拉裂纹和次生剪切裂纹。近场动力学是一种新型的无网格数值计算方法。在近场动力学理论中,采用积分形式的控制方程代替微分形式的控制方程使得该数值算法在断裂问题上具有独特的优势。将Mohr-Coulomb准则和最大主应力准则引入非普通“态”基近场动力学理论中,分别用于模拟材料常见的压剪和张拉破坏。这种扩展的非普通“态”基近场动力学可以有效地模拟脆性岩石材料在多种受力状态下的裂纹起裂、扩展和连接问题。通过5个不同的数值算例说明该数值算法在处理脆性岩石材料断裂问题的有效性和准确性。首先,通过模拟含圆孔的弹性板拉伸数值试验说明该数值算法的有效性和准确性。其次,数值模拟了简单三点弯曲试验以及不使用其他外部准则条件下动荷载作用下裂纹的分叉试验,所得结果与其他试验结果或数值结果相吻合,从而验证了该理论的有效性。然后,模拟了包含斜裂纹的巴西圆盘试验,裂纹扩展路径和计算所得的断裂韧度同样吻合于试验结果。最后,模拟了单轴压缩状态下,预制裂纹试样的裂纹扩展和连接问题。将该数值算法与试验结果对比表明,所提出的数值方法可以模拟和预测岩石类材料的张拉和压剪裂纹的起裂、扩展和连接行为。 相似文献
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采用模型试验和数值模拟方法,研究单轴压缩载荷下带裂纹直墙拱形隧道在不同的裂纹面与隧道垂直边墙之间的夹角 时围岩损伤破坏规律。试验采用水泥砂浆制作成具有不同夹角 的直墙拱形隧道模型,养护30 d后进行加载。数值模拟采用混凝土损伤塑性模型,计算出隧道周边各点的应力和裂纹尖端的应力强度因子,与模型试验结果吻合较好。结果表明,拱肩处的裂纹会降低隧道的整体稳定性及强度,在裂纹尖端及侧壁产生很大的应力集中,但随着 角度的变化,强度降低的程度有所不同;当 = 60?和 = 130?时,裂纹对其整体稳定性及强度的影响最大,其裂纹尖端的应力集中现象最为明显,而且破坏应力峰值仅为无裂纹模型的40.9%和41.8%。 相似文献
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干热岩水压致裂过程中低温诱导热应力与注入水压共同影响裂缝的萌生与扩展。首先通过THM耦合分析了低温压裂液注入过程中注入水压与热应力的相互作用及其对裂缝萌生的影响,随后建立描述岩石细观结构的THMD耦合模型对热应力影响下高温岩石水压致裂过程进行初探。结果表明：低温压裂液注入高温岩石产生的热应力包括岩石自身温度梯度形成的热应力与岩石颗粒非均匀膨胀导致的热应力,并在井筒周围呈现为拉应力。高注入压力将抑制热应力导致的多裂缝萌生,井筒附近热应力的存在对注入压力也具有削弱作用。基岩温度升高,裂缝萌生阶段更多裂缝在井筒附近起裂,缝网沿最大地应力方向的扩展速度减慢,但改造规模增加,同时多裂缝的存在也使得裂缝延伸压力增加。 相似文献
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为了研究温度作用下缺陷花岗岩的热损伤问题,以甘肃北山缺陷花岗岩为例,从损伤力学和热力学的角度出发,研究了缺陷花岗岩内部热应力的产生机理,推导出缺陷花岗岩裂纹热损伤的临界应力公式,分析了高温作用对花岗岩热弹性比能变化的影响规律,建立了温度作用下花岗岩热损伤演化方程,并对温度作用下花岗岩应力损伤面可能存在的形态进行了研究。对含缺陷的花岗岩在温度作用下结构内部结构晶体单元损伤、晶体单元损伤应力变化规律进行数值模拟,结果表明:当模拟温度升高到60℃时,花岗岩缺陷裂纹附近出现明显的热损伤,远离缺陷处出现微弱的热损伤;当温度升高到120℃时,花岗岩缺陷处剪切破坏特征明显,裂纹处的热损伤点继续增大,远离缺陷处出现非常明显的不间断损伤点,损伤量、热应力、能量累计数出现了突变;此后,随着温度升高到200℃,损伤增量变化微弱。北山缺陷花岗岩的损伤量和温度之间存在直接的演化关系。 相似文献
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考虑裂隙水压力的岩体压剪裂纹扩展规律研究 总被引：3，自引：2，他引：1
在库水位大幅度升、降变化时,容易导致岩体内增量裂隙压力的集中,使断裂面上有效应力降低,裂纹面尖端的应力强度因子增加。当达到临界强度因子时,可能使岩体内裂纹、裂隙贯通、扩展,形成连续的复式破坏面,从而使边坡稳定性降低,造成边坡的失稳。基于此,从断裂力学角度分析了裂隙水压力对裂纹强度因子的影响,对考虑裂隙水压力作用的Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹扩展规律进行了研究,结果表明：Ⅰ、Ⅱ型复合裂纹的裂纹扩展角的变化,不仅与裂纹的闭合程度、斜裂纹倾角、双向应力大小有关,还与裂隙水压力的大小、裂纹面的摩擦系数有关;并且在相同情况下,未闭合裂纹的扩展角要大于闭合裂纹的扩展角;对于闭合裂纹,裂纹面摩擦系数越小,扩展角越大;最后,推导了基于摩尔-库仑准则考虑裂隙水压力的岩体断裂韧度KIc、KIIc和压剪状态下Ⅰ、Ⅱ型复合断裂判据。研究成果为分析水岩作用下裂隙岩体的失稳破坏提供了重要的参考。 相似文献
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由于混凝土材料与岩土材料的热传导系数、比热容与热膨胀系数的差异,在温度的循环变化下使得喷射混凝土边坡容易于喷层与岩土层的结合面处产生应力集中而开裂。采用有限元的方法,考虑地应力与温度应力的耦合作用,分析了在一定的边界温度作用下不同时刻边坡喷层面的水平位移,以及喷层与岩层结合面处的剪应力的分布规律;指出在温度应力与地应力的共同作用下,喷混凝土边坡坡顶与坡脚均为容易发生破坏的地方,通常坡顶的破坏型式为拉张破坏而坡脚则为剪切破坏;边坡内的温度分布、边坡表面的位移与应力的变化均存在一定的时间效应,这一规律与实测规律比较吻合。分析结果表明,当温度变化剧烈时边坡的防护必须考虑温度应力的影响。 相似文献
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Alastair Beach 《Journal of Structural Geology》1980,2(4):425-438
The hydraulic fracture is modelled as an ellipse in an infinite elastic medium with an internal fluid pressure and loaded under biaxial stresses at infinity. The available stress function for this model has been evaluated numerically, and the magnitudes of the stresses generated around the crack calculated for a variety of loading conditions and crack orientations. Fracture initiation is predicted from the Griffith maximum tensile stress criterion. The location of the maximum tensile stress around the crack is recorded and it is found that for many conditions of applied stresses and crack fluid pressure, the hydraulic shear fracture has a symmetrically developed maximum tensile stress and fracture initiation will occur by growth along the direction of the crack. It is also predicted that fracture initiation will occur when the ratio of fluid pressure to applied least principal stress is considerably less than one. The elastic strain energy fields around elliptical hydraulic flaws have been calculated, and in particular, the change in strain energy upon introduction of a small flaw, and the change in strain energy upon growth of this flaw, have been investigated. The results allow an evaluation of the second part of the Griffith criterion-that fracture growth is accompanied by a decrease in strain energy-for hydraulic fractures. Changes in strain energy with small increases in fluid pressure provide a physical basis for dilatancy hardening and fracture instability. Quasi-static growth from a flaw is modelled by calculating changes in strain energy for unit increases in half length. The distinction between fractures which show an increasing and a decreasing rate of change in strain energy with increasing length, and between fractures which may only extend spontaneously for short distances and those which may show extensive spontaneous growth on the basis of the rate of change of strain energy with length, is made. A gradual drop in crack fluid pressure once the threshold for fracture initiation has been passed may promote the extent to which spontaneous crack growth occurs.The formation of syntectonic veins, particularly in rocks being deformed under low grade metamorphic conditions, is often the most abundant evidence of natural hydraulic fracturing in rocks. Commonly observed geometric features of syntectonic veins-length, simple tapering, symmetric and asymmetric forking, branching, irregular zig-zag traces, en échelon patterns—are discussed primarily with reference to the strain energy model for growth established, and the geometric variation is interpreted in terms of variation in applied stress and fluid pressure conditions and the rate of change of stored strain energy with crack growth. In particular, terminal branching arises when the minimum stress changes from a symmetric to an asymmetric location at the tip of a growing shear fracture, and terminal forking results when there is an increase in the energy release rate during crack growth, and may be symmetric or asymmetric depending on the location of the minimum stress at the crack tip at the time of forking. 相似文献
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ZHANG Pei-feng 《地下水科学与工程》2016,4(4):293-300
In the enhanced geothermal systems wells, casing temperature variation produces casing thermal stresses, resulting in casing uplift or bucking. When the induced thermal stresses exceed casing material's yield strength, the casing deforms and collapses. The traditional casing design standard only considers the influence of temperature variation on casing material's yield strength. Actually, for commonly used grades of steel pipe, casing's material properties-such as yield strength, coefficient of thermal expansion, and modulus of elasticity change with temperature variation. In this paper, the modified thermal stress equation is given. Examples show that the allowable temperature of the material grade N80's casing is only 164 ℃, which is much lower than that of the traditional design standard. The effective method to improve the casing pipe's allowable temperature is pre-stressed cementing technology. Pre-stressed cementing includes pre-tension stress cementing and pre-pressure stress cementing. This paper focuses on the design method of full casing pre-tension stress cementing and the ground anchor full casing string pre-tension cementing construction process. 相似文献
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考虑非线性徐变的混凝土温度裂缝扩展过程模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
混凝土温度应力超过相应龄期的抗拉强度一半时,混凝土的徐变变形不再与应力呈线性关系。采用一个混凝土非线性徐变模型来进行混凝土的温度应力计算,并给出了相应的算法。同时,吸取无网格方法在裂缝扩展模拟方面的优势,采用无网格方法对混凝土的温度裂缝过程进行了仿真计算。数值算例计算结果表明,所编制的无网格法程序具有较好的收敛性和可靠性,能够有效地模拟混凝土块在温度应力作用下的开裂发展过程,考虑混凝土非线性徐变效应后,在开裂时刻混凝土急剧增加的非线性徐变变形缓和了缝端的温度拉应力,使得相同龄期混凝土的裂缝深度和扩展速率要比只考虑混凝土线性徐变要小一些。 相似文献
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空化水射流热效应影响煤体渗透率试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
对空化水射流空泡溃灭瞬间和空化噪声声场作用产生的热效应进行了分析,得到了热效应作用下的煤体渗透率表达式,并开展了不同空化条件(泵压、空化腔围压)下的煤体温度和瓦斯渗流试验。结果表明:空化腔围压一定时,温度随泵压的增大而升高;而泵压一定时,温度随空化腔围压的增大而减小。当热应力大于平均有效应力时,煤体热膨胀出现微变形,产生的张应力使裂隙变宽、数量增多;热效应使得游离瓦斯内能增加,分子自由程大大缩短,同时吸附瓦斯解吸使得煤基质发生收缩效应,导致微孔隙及微裂隙结构产生膨胀变形,从而影响煤体渗透率。试验得到渗透率随温度升高呈指数规律增大,与理论得到的渗透率表达式描述的规律相符。 相似文献
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为了准确认识水平井多段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机制研究,综合考虑井筒内压、地应力、压裂液渗流、热应力、射孔和先压开裂缝等因素的影响,根据应力叠加原理,建立了水平井多段压裂应力场计算模型。该模型利用位移不连续法,重点考虑了先压开裂缝在水平井筒周围水平面上产生的诱导应力大小,克服了裂缝诱导应力解析模型只能计算裂缝高度平面诱导应力大小的局限。结果表明,通过应力场模型进行的破裂压力预测与实际破裂压力值吻合度较高,验证了建立模型的准确性;人工裂缝形成后会对水平井筒周围应力场造成很大影响,在裂缝尖端出现应力集中,造成应力分量降低,在裂缝周围一定区域造成应力分量有较大的升高;多段压裂压开人工裂缝越多,应力之间干扰越严重,水平井筒周围应力分布越复杂。该研究对认识多段压裂存在先压裂缝干扰下后续裂缝的起裂和延伸机制,指导压裂施工具有一定意义。 相似文献
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Crack initiation in uniaxial compressive loading of rocks occurs well before the peak strength is reached. The factors that may influence the onset of cracking and possible initiating mechanisms were explored using a discrete element numerical approach. The numerical approach was based on grain-based model that utilized the Voronoi tessellation scheme to represent low porosity crystalline rocks such as granite. The effect of grain size distribution (sorting coefficient ranging from 1.5 to 1.03), grain size (average grain size ranging from 0.75 to 2.25 mm), and the heterogeneities of different mineral grains (quartz, K-feldspar, plagioclase) on the onset of cracking were examined. The modelling revealed that crack initiation appears to be a tensile mechanism in low porosity rocks, and that shear cracking along grain boundaries is only a prominent mechanism near the peak strength. It was also shown that the heterogeneity introduced by the grain size distribution had the most significant effect on peak strength and crack initiation stress. The peak strength ranges from 140 to 208 MPa as the grain size distribution varies from heterogeneous to uniform, respectively. However, the ratio of crack initiation to peak stress showed only minor variation, as the heterogeneity decreases. The other factors investigated had only minor effects on crack initiation and peak strength, and crack initiation ratio. 相似文献