水压致裂过程的三维数值模拟研究

基于rfpa数值分析方法和并行计算技术，建立了反映岩石细观损伤演化过程的三维渗流–应力–损伤耦合模型。对具有120万单元的方形岩石材料模型，进行了4组不同应力状态下水压致裂过程的三维大规模科学计算分析。计算结果分析表明：起裂压力与失稳压力并不重合，起始裂纹均为张性，裂纹扩展形式、表面平整度、走向、扩展失稳过程以及裂纹的空间分布形态受应力状态影响。当竖直方向为最大主应力方向时裂纹呈空间竖片分布，当水平应力差较大时裂纹表面形态平整，失稳到来较快；当竖直方向为最小主应力方向时裂纹的空间分布呈水平片状；不等的主应力情况下裂纹总是分布在最小主应力面内；当三向主应力相等时，裂纹起裂位置和扩展方向具有竞争趋势，空间分布不具规律，裂缝分支较多。数值模拟结果与物理实验结果有着较好的吻合，该研究对水压致裂工程设计有一定参考价值。