1背景與目的

我們知道cohesive單元常常被用來模擬裂紋損傷，在巖石內(nèi)部壓裂的仿真中同樣如此，通過cohesive單元嵌入、定義失效準(zhǔn)則可以很好地再現(xiàn)裂紋損傷現(xiàn)象，相對(duì)于試驗(yàn)，這是仿真無與倫比的巨大優(yōu)勢(shì)。本文通過ABAQUS分析技術(shù)，應(yīng)用cohesive單元來模擬水力裂縫的現(xiàn)象。

2問題描述

模型為水力壓裂施工的目標(biāo)地層，地層深度為2000m，壓裂目標(biāo)層厚度10m，上下層厚度均為20m，巖土層參數(shù)和地應(yīng)力條件見表1所示，施工采用的壓裂液黏度為1，施工為定排量施工，注液峰值為0.6m³/min，注入總時(shí)長(zhǎng)300s，其中前30s為注液提速階段，注入點(diǎn)位于目標(biāo)層中點(diǎn)。

表1 巖土層材料參數(shù)及相應(yīng)條件

地層	單位	上下蓋層	目標(biāo)層
彈性模量	GPa	15	20
泊松比	/	0.3	0.25
滲透系數(shù)	m/s	1e-8	1e-7
濾失系數(shù)	m2.s/kg	1e-15	1e-13
抗拉強(qiáng)度	MPa	4	2
斷裂能密度	N/m	8000	4000
垂直地應(yīng)力	MPa	32	32
水平最大地應(yīng)力	MPa	30	30
水平最小地應(yīng)力	MPa	30	25
孔隙壓力	MPa	20	20

3模型

模型滿足對(duì)稱條件，因此建立一半的模型，并將對(duì)稱面中點(diǎn)作為注入點(diǎn)。對(duì)稱面采用對(duì)稱約束，且為不透水邊界，建立的有限元模型如圖1所示。

圖1網(wǎng)格模型

4有限元分析

關(guān)于cohesive單元的嵌入，需要注意的是本次案例是在abaqus2017版本上進(jìn)行的，若是abaqus2016及以下版本則并沒有提供insert cohesive seams功能。在這里，需要打開命令mesh→edit，將類型修改為select from interior entities，按照軟件提示信息選擇模型中間內(nèi)部剖面，單擊done完成零厚度的cohesive孔壓?jiǎn)卧谛畔⒋翱谥刑崾静迦雴卧托陆系那闆r，如圖2所示。至于其他接觸約束及邊界條件的建立參考上傳附件內(nèi)容，這里不再詳細(xì)說明。

圖2嵌入cohesive單元命令

5結(jié)果

5.1損傷單元?jiǎng)討B(tài)分布云圖

6結(jié)論

應(yīng)用cohesive單元可以很好地模擬巖土類內(nèi)部單元損傷破壞的現(xiàn)象，相對(duì)于試驗(yàn)，其簡(jiǎn)單的仿真操作步驟極大降低了時(shí)間、經(jīng)濟(jì)成本，能夠知道巖土內(nèi)部破壞的參數(shù)優(yōu)化及損傷預(yù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1]江丙云.ABAQUS分析之美[M].北京：人民郵電出版社，2021.