图5.7　裂纹加强结点和加强方式

模型仍然采用图5.5中的裂纹板，注射持续时间t=22s，此时，裂纹长度为3.53m，网格仍采用19×39个单元，加强结点的加强方式如图5.7所示。流体流量q0=0.0005m2/s、流体的动力黏度μ=0.1Pa·s时，沿着裂纹面的压力分布和裂纹宽度如图5.8所示，在注射口的值最大，然后沿着裂纹扩展方向逐渐减小，在裂尖处的值为零。在靠近注射口的裂纹段，压力和裂纹宽度的下降梯度是比较小的，而在靠近裂尖处，下降梯度明显增加，这是采用了裂尖处的零流量和零裂纹宽度边界条件的缘故。

图5.8　压力和裂纹宽度沿着水力裂纹长度方向的变化趋势

水力劈裂过程的影响因素有很多，比如流体的动力黏度、流体的流量和岩体中已存在的自然裂纹等，本节主要分析流体的动力黏度和流体流量对水力裂纹的影响，故采用不同动力黏度（μ=0.1Pa·s、0.2Pa·s、0.3Pa·s）和不同的流量（q0=0.0005m2/s、0.0008m2/s、0.0010m2/s）的流体，对不同特性的流体作用的水力裂纹的数值结果进行分析，研究这两种因素对水力劈裂的影响。

图5.9为不同黏度的流体作用下的裂纹长度、注射口裂纹宽度和压力随时间的变化。图5.10比较了不同黏度的流体作用下裂纹宽度和压力沿水力裂纹的变化趋势。从图中可以得到以下结论：

图5.9　（一） 不同黏度下的数值结果随时间的变化趋势

图5.9　（二） 不同黏度下的数值结果随时间的变化趋势

（1）在相同的注射时间下，随着流体黏度的增加，裂纹长度会逐渐减下，这是由于流体黏度增加会阻碍流体的流速，进而阻碍裂纹的扩展；

（2）随着流体黏度的增加，注射口的流体压力和裂纹宽度会随之增加，原因是高黏度的流体对裂纹面会产生比较大的压力，较大的流体压力作用于裂纹面上进而增加裂纹宽度；

图5.10　（一） 不同黏度下水力裂纹面上的压力分布和裂纹宽度变化(www.daowen.com)

图5.10　（二） 不同黏度下水力裂纹面上的压力分布和裂纹宽度变化

（3）在相同的注射时间下，流体黏度越大，裂纹面上的流体压力梯度和裂纹宽度的下降梯度越大。

图5.11比较了不同流量下的水力裂纹长度、注射口压力和裂纹宽度随时间的变化。图5.12为沿着裂纹面的压力分布和裂纹宽度。从图中可以得到以下结论：

图5.11　（一） 不同注射流量下的数值结果随时间的变化趋势

图5.11　（二） 不同注射流量下的数值结果随时间的变化趋势

（1）在相同的流体黏度和注射时间下，随着注射流量的增加，水力裂纹的长度会逐渐增加；

（2）随着注射流量的增加，注射口的流体压力和裂纹宽度也会随之增加，原因是大流量的流体对裂纹面会产生比较大的压力，进而增加裂纹宽度；

（3）在相同的注射时间内，注射流量越大，裂纹面上的流体压力梯度和裂纹宽度的下降梯度越大，下降梯度的增加主要表现为在靠近裂尖的裂纹段最明显。

图5.12　不同注射流量下水力裂纹面上的压力分布和裂纹宽度变化

通过不同动力黏度和流量的流体对水力裂纹的影响的分析，可见在水力劈裂问题中，采用不同特性的流体对水力劈裂的影响很大。