層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的數(shù)值模擬研究.pdf

1、層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是自然界一種非常普遍的現(xiàn)象，同時也是地質工程界和采礦工程界的一個熱點問題。由于巖層的裂紋飽和現(xiàn)象是地質活動在非常復雜的條件下長期演變的結果，所以很難在實驗室進行研究和重現(xiàn)。對于巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究，絕大多少的研究工作者僅停留在對現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)的分析上或者一些不完善的理論假說上。本文基于有限元程序對層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象進行分析，并得出了裂紋從產生到飽和的過程，進一步分析了裂紋的產生和擴展規(guī)律，主要內容如下：

2、 1.介紹了地質工程中存在的層狀巖層的裂紋飽和現(xiàn)象；概述了國內外層狀巖層裂紋飽和現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀。 2.應用有限元計算軟件，建立一個三層的層狀巖層的模型，首先在模型的中間巖層中引入四條裂紋，通過改變裂紋的間距來觀察相鄰裂紋之間的應力分布隨裂紋間距的變化而變化的情況。研究發(fā)現(xiàn)相鄰裂紋之間的應力分布隨裂紋間距的不斷減小經(jīng)歷了一個從拉應力狀態(tài)到壓應力狀態(tài)的變化過程。相鄰裂紋之間的應力狀態(tài)的轉變解釋了層狀巖層產生裂紋飽和狀態(tài)的原因。通過非

3、均勻性的引入，研究了巖層的非均勻性對巖層中應力分布的影響。數(shù)值模擬的結果再現(xiàn)了層狀巖層從裂紋產生到裂紋飽和的全過程；并給出了裂紋的產生、擴展規(guī)律。 3.改變模型的邊界條件，發(fā)現(xiàn)層狀模型在垂直方向上受到了壓應力作用下，相鄰裂紋之間的應力分布同樣經(jīng)歷了一個從拉應力狀態(tài)到壓應力狀態(tài)的轉變過程；相應地得到了層狀巖層模型在垂直受壓條件的裂紋飽和現(xiàn)象。由于在多數(shù)情況下巖層是處于上覆巖層的壓應力狀態(tài)下的，所以這個結果使得我們的研究工作更具有普