基于不同断裂准则下水力压裂裂纹起裂规律研究

摘要

为研究煤矿顶板定向水力压裂裂纹扩展机理，探究不同断裂准则之间的关系，基于断裂力学理论构建钻孔水力压裂力学模型，推导不同断裂准则下的起裂角和临界水压计算公式，分析不同变量对起裂角和临界水压的影响效果。结果表明：(1)注入水压的增大会显著降低起裂角，且预制裂纹倾角与起裂角曲线极值会随着水压的增大而向45°附近移动；随着应力差的增加，起裂角逐渐增加；起裂角随预制裂纹长度与钻孔半径比值的减小而增大；泊松比对起裂角的影响效果有限。(2)临界水压随着预制裂纹倾角和主应力差的增大而增大，但在低预制裂纹倾角条件下，σ准则计算出的临界水压会随着主应力差的增大而减小；钻孔半径和预制裂纹长度的增加会显著减小临界水压。(3)对比临界水压的理论计算结果与试验结果知，二者有较好的拟合性。研究结果可指导水力压裂现场施工。

关键词

定向水力压裂 / 断裂力学 / 起裂角 / 临界水压 / 断裂准则