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水压诱发裂缝拉伸与剪切破裂的理论模型研究
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:《岩石力学与工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU45[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]大连理工大学土木工程学院岩石破裂与失稳研究所,辽宁大连116024, [2]西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(U1562103); 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2014CB047100); 中央高校基本科研业务费专项资金资助(DUT17LK35)~~
中文摘要:

基于断裂力学理论,分别研究水压诱发的拉伸与剪切破坏特征。在水压诱发拉伸破坏方面,建立考虑井筒影响的地应力与水压耦合下的射孔尖端裂缝应力强度因子计算方程,推演该条件下拉剪复合应力状态下的断裂准则以及临界水压和启裂角的计算式。运用该方法从理论上分析了井筒周围存在对称的2条裂纹时,启裂水压和角度受射孔倾角、射孔长度、井筒半径及主应力差的影响。研究结果表明,依据推演的拉剪复合型断裂准则计算得到的射孔启裂水压和角度与试验结果吻合良好。参数分析表明:随着射孔长度或井筒半径的增加,临界水压减小。在水压诱发剪切破坏方面,则根据裂纹面的应力状态,分别推导裂纹处于压剪闭合状态和压剪不闭合状态下,水压诱发剪切破坏的断裂准则,并考虑非奇异应力对剪切断裂的影响,进一步推导压剪闭合应力状态下发生剪切破坏的临界水压计算公式。

英文摘要:

The tensile and shear failures of rock subjected to high water pressure were studied with the fracture mechanics. For the tensile failure caused by high water pressure,a method was proposed to calculate the stress intensity factors of two symmetric radial cracks emanating from a pressurized borehole. The fracture initiation criterion under the tensile-shear stress condition and the equations for the critical water pressure and the fracture initiation angle were derived. The influence of the perforation angle and length,the radius of the borehole and the difference of the principal stress on the critical water pressure and fracture initiation angle of two symmetrical cracks were analyzed according to the proposed method. The results show that the theoretical calculated critical water pressure and fracture initiation angle are in good agreement with the experimental results. The parameter analysis indicates that the critical water pressure decreases with the increase of the perforation length and the borehole radius. For the shear failure of rock subjected to high water pressure,the shear fracture criterion of both open and closed cracks under the compression-shear stress state was derived considering the effect of non-singular stress component. Finally,the explicit solution for critical water pressure of shear failure under the condition of compression-shear stress state was proposed.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823