[发明专利]一种基于断裂力学准则的水力裂缝扩展路径数值计算方法

权利要求书

1.一种基于断裂力学准则的水力裂缝扩展路径数值计算方法，其特征在于，该裂缝扩展路径计算方法包括以下步骤：

(1)建立计算需要的数值计算模型，对模型进行网格划分，施加外荷载、边界条件及注水压力：

对裂缝尖端的单元进行精细划分，同时采用1/4奇异单元来表示裂缝尖端应力场和位移场的奇异性；

(2)根据岩石断裂力学理论，提出基于裂缝尖端应变场的最大周向应变断裂准则；

(3)提出计算裂缝扩展路径的裂缝扩展增量法，确定扩展增量的大小；

(4)利用数值方法获得裂缝尖端的应力强度因子，根据最大周向应变断裂准则得到水力裂缝起裂所需的临界水压和临界起裂角；

(5)根据临界起裂角和给定的裂缝扩展增量，确定新裂缝尖端的位置；

(6)更新数值计算模型进行下一步水力裂缝扩展过程计算；重复上述过程直到完成整个水力裂缝扩展。

2.如权利要求1所述的基于断裂力学准则的水力裂缝扩展路径数值计算方法，其特征在于，通过公式(1)计算在当前注水压力作用下的水力裂缝起裂角θ，

将此时的裂缝起裂角θ代入公式(2)判断在该注水压力作用下水力裂缝是否满足起裂条件，

如果不满足起裂条件，那么进一步改变注水压力的大小，重新计算裂缝尖端应力强度因子，直到满足公式(2)要求的起裂条件，所得起裂角和荷载大小即为裂缝起裂的临界起裂角θ₀及起裂所需的临界水压；

然后根据所得的临界起裂角θ₀和给定的裂缝扩展增量△a确定新裂缝尖端的位置；

其中，K_I、K_II分别表示由地应力和注水压力共同作用引起的I、II型裂缝尖端应力强度因子；K_IC表示材料的断裂韧度；υ表示材料泊松比；K_eq表示等效应力强度因子。

3.如权利要求2所述的基于断裂力学准则的水力裂缝扩展路径数值计算方法，其特征在于，利用有限元软件计算在地应力和注水压力荷载共同作用下裂缝尖端应力强度因子K_I和K_II。

4.如权利要求1所述的基于断裂力学准则的水力裂缝扩展路径数值计算方法，其特征在于，所述网格尺寸为0.5-1.0mm。