理论教育 岩体水力劈裂的位移场研究

岩体水力劈裂的位移场研究

时间:2023-09-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:裂纹交叉单元的连接加强函数J和形函数Ni在第3章中已给出。为了提高裂纹附近精度,裂纹附近结点形函数Ni同样采用广义形函数,如图5.3中的灰色部分。水力裂纹宽度w和uc的表达形式相似,即式中:d为单元结点参数列阵;T为局部坐标和整体坐标的转换矩阵;d和T的具体表达式详见第3章;Nc为结点的形函数,和裂纹单元的结点加强方式有关。

岩体水力劈裂的位移场研究

采用包含交叉加强的XFEM的位移模式来表示包含自然裂纹和水力裂纹的裂纹体的位移模式;对于裂尖加强结点,需根据裂尖内是否充满流体,裂尖加强函数采用不同的奇异指数,具体形式为

式中:I为离散域内所有结点集,ui为结点位移,Ni(x)为结点形函数;J为裂纹贯穿的单元结点的集合(图5.3中标“□”和“◇”的结点),用广义的Heaviside加强函数H(x)来加强,在裂纹一侧等于1,在裂纹另一侧等于-1,为相应的附加变量;K为K*与其邻近结点(与K*中结点共享单元的结点,图5.3中标“○”的结点)的集合,b为相应的附加变量;L为裂纹交叉点所在单元结点的集合[图5.3(b)中标“×”的结点];R(x)=为裂尖处为了消除混合单元而引入的线增函数。

对于各向同性弹性体,裂尖加强函数φα(x)(α=1,…,4)一般采用下列裂尖分支函数:

图5.3 加强结点及加强类型

其中,r和θ为裂尖处的局部极坐标;当裂尖没有流体时λ=,当裂尖充满流体时λ=

裂纹交叉单元的连接加强函数J(x)和形函数Ni在第3章中已给出。为了提高裂纹附近精度,裂纹附近结点形函数Ni同样采用广义形函数,如图5.3中的灰色部分。

根据XFEM位移模式式(5.16),可以计算自然裂纹面的相对位移uc,第2章已给出。水力裂纹宽度w和uc的表达形式相似,即

(www.daowen.com)

式中:d为单元结点参数列阵;T为局部坐标和整体坐标的转换矩阵;d和T的具体表达式详见第3章;Nc为结点的形函数,和裂纹单元的结点加强方式有关。

其中

对于H(x)或Jq(x)函数加强的结点:

对于φα(x)函数加强的结点:

其中,当裂尖没有流体时λ=,当裂尖充满流体时λ=

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