基于有限元法的层状岩体破裂规律探讨

徐 珂，戴俊生，付晓龙，任启强，刘丛宁，赵 恽

（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266580；2.中国石油冀东油田勘探开发研究院，河北唐山 063004；

3.广州大学教育学院，广州 510006）

基于有限元法的层状岩体破裂规律探讨

徐 珂1，戴俊生1，付晓龙1，任启强1，刘丛宁2，赵 恽3

（1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛 266580；2.中国石油冀东油田勘探开发研究院，河北唐山 063004；

3.广州大学教育学院，广州 510006）

层状岩体的非均质性及各向异性导致其破裂方式及规律与均质岩体有显著不同。对层状岩体分别进行不同方式的单轴、双轴、三轴试验，分析应力-应变曲线特征；再利用ANSYS有限元软件进行数值模拟，观察应力、应变在岩体上的分布，通过曲线和图件的对比分析，并结合岩石破裂理论，总结不同应力状态下层状岩体的破裂方式、顺序及规律；最后以富台地区为例，对分析结果进行验证。研究结果表明，不同受力方式对层状岩体破裂的影响体现在施加的载荷及约束与层面的方位。当应力方向与岩层面平行时，强度大的石灰岩岩体发生集中应力，首先破裂；而应力与岩层面垂直时，强度小的泥岩岩体首先破裂。岩石试验、数值模拟结果以及实例均成功验证了这个规律。

层状岩体；岩石试验；数值模拟；破裂规律

0 引言

层状岩体普遍分布于自然界中。与均质块状岩体相比，层状岩体的变形和强度特性具有明显的各向异性，因此其稳定性和破坏条件也有特殊表现，特别是裂缝的产生和延伸变得比较复杂，现有的破裂准则也难以精准描述它们的破裂规律。……