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为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定（512 mm×128 mm）,分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm。提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律。研究结果表明:（1）薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的。（2）在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果。同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状。（3）在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小。（4）裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主。（5）薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现。到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大。研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据。 相似文献
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在自然界岩石和工程围岩中,宏观尺度雁列式断续破裂现象较为常见。然而,在微纳观尺度上,是否也存在类似的雁列式断续破裂特征?其扩展与演化过程又是怎样的?这是非常值得探讨的基础科学问题。采用带切槽的弧形页岩试样,在扫描电子显微镜（SEM）下开展原位拉伸与微纳观破裂过程观测试验。基于原位观测分析,获得如下几点认识:（1）在微纳米尺度,依然存在断续破裂现象,呈“S”形或反“S”形雁列式展布,是由裂纹尖端部位拉张-剪切复合应力场及矿物非均质性共同诱导形成的。（2）微纳观雁列式断续裂纹总体展布特征和扩展、演化过程是有规律可循的,相邻微裂纹近似平行展布。对单个裂纹来讲,中间的拉张裂纹近似平行于最大拉张应力方向,而两端翼裂纹转向朝着最大剪切应力方向扩展。（3）微纳观雁列式断续裂纹仅代表着主裂纹路径形成过程中的暂时的剪切变形状态或某个中间扩展阶段。（4）雁列式断续裂纹在微米至纳米尺度上具有多尺度分层级结构特征:相对较大尺度的雁列式断续裂纹包含着更小尺度的次级雁列式断续裂纹。该研究提供了微纳观尺度页岩雁列式破裂的观测证据,为分析页岩多尺度裂纹演化过程提供了重要支撑。 相似文献
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二氧化碳地质封存技术是一种减少二氧化碳排放量的有效方式。砂岩透镜体具有良好的储-盖组合,是较为理想的二氧化碳封存场址。砂岩透镜体中注入超临界二氧化碳引起的裂缝萌生、扩展、演化等一系列复杂问题直接决定着封存的安全性。利用ABAQUS数值模拟软件,基于扩展有限元法（XFEM）建立流-固耦合模型,通过将超临界二氧化碳注入砂岩透镜体,观察透镜体内部砂岩储层裂缝破裂过程。数值模拟研究得出结论:在透镜体产状不同的条件下,倾斜透镜体相对于水平透镜体封存能力较差,不适宜进行二氧化碳封存;将二氧化碳以3种不同的流速充注到砂岩透镜体中,流速增加不利于封存的安全性,但是裂缝长度和形态没有发生明显变化;裂缝在扩展过程中裂缝首先变宽成为导流通道,然后变长扩展,裂缝尖端应力先增大达到峰值然后逐渐降低,最终裂缝停止扩展。 相似文献
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