水力劈裂裂隙扩展与软弱面作用机理离散元研究

刘帅奇^1,2,3，马凤山^1,2，郭捷^1,2，孙琪皓^1,2,3

1. 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室2. 中国科学院地球科学研究院3. 中国科学院大学地球与行星科学学院

摘 要：针对高承压水引发水力劈裂导致巷道的突水渗水问题,对离散元流固耦合算法进行改进,更新了流体通道长度和水压力对颗粒的作用模式.进行水力劈裂裂隙（HFs）与天然软弱面（WPs）相互作用的数值模拟,得到5种作用模式,并获取不同模式之间的临界水压力值,进一步分析了试件的位移、接触力以及特征点的应力变化.结果表明:1)定压力注水试验,流体压力值在初始注水处最大,沿裂隙扩展方向逐渐减小; 2)不同模式下试样位移响应具有差异性,法向接触力接触方向存在明显竖直优势面,切向接触力则产生4个垂直的优势方向; 3)测量圆1处应力在起裂阶段变化剧烈,最大主应力始终为压应力,测量圆2处应力响应相对滞后,主应力曲线的特征是由劈裂裂隙和软弱面之间的作用模式决定.

关键词：颗粒离散元;流固耦合;水力劈裂;位移响应;最大主应力;