用数值流形法对含预制裂纹岩石断裂的综合模拟

岩石通常被认为是一种异质和各向异性的材料，其中包含大量的初始缺陷，例如裂纹、节理和孔隙度。在目前的工作中，基于最大拉应力和Mohr-Coulomb准则，完善了在数值流形方法 (NMM) 中实现的压裂建模算法，并将其应用于岩石试件压裂的综合模拟研究。分别模拟了包含单个预先存在裂纹的圆盘和半圆盘试样，以及包含两个平行的预先存在裂纹的矩形试样，以验证裂纹萌生、扩展、相互作用和聚结方面的压裂建模算法。在此基础上，还模拟了包含多个随机分布裂纹的四个矩形试样，并研究了试样的有效力学响应。通过圆盘和半圆盘的模拟表明，裂纹的萌生、扩展和最终裂纹路径均与实验结果非常吻合。对具有两个平行的预先存在裂纹的矩形试样的模拟显示了裂纹对的裂纹相互作用和聚结，结果也与实验和理论结果吻合良好。对于具有多个裂纹的复杂模型的模拟，结果表明，随着预先存在的裂纹的演变，裂纹密度的增加导致有效弹性模量和抗压强度的急剧降低，富含压裂建模算法的NMM可用于解决更多类型多样且初始缺陷大量的岩石压裂问题。