裂隙的案例
基于ABAQUS的隧洞圍巖裂隙擴(kuò)展二次開發(fā)及研究
巖石裂隙周邊基體逐漸達(dá)到抗壓強(qiáng)度,并發(fā)生破壞。該階段的裂隙穩(wěn)定發(fā)展,內(nèi)部能量不斷積累,積累速度較慢（AB階段）。B點(diǎn)為巖石屈服點(diǎn),當(dāng)巖石抗壓強(qiáng)度大于該處的應(yīng)力值時(shí),巖石內(nèi)部能量瞬間釋放,基體發(fā)生破壞。在該點(diǎn)之后,裂隙不斷擴(kuò)展、貫通,最終形成宏觀裂縫。
5 結(jié)論
(1）在荷載作用下,巖石裂隙尖端出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,破壞始于裂隙尖端。斜裂隙水平、豎直擴(kuò)展的方向垂直與裂隙的長邊。
(2）豎向荷載下,裂隙下部的受拉區(qū)域明顯大于上部,裂隙下部先于上部發(fā)生破壞。整個(gè)受壓過程中,主要為剪切破壞模式。
(3）由于隧洞處于軟弱地層,此處巖石粘聚力較小C=0.10 MPa,巖石應(yīng)變ε=0.033時(shí),巖石峰值應(yīng)力σ=3.23 MPa。為避免巖石裂隙擴(kuò)展引起興隆山隧道圍巖失穩(wěn),采用灌漿措施填充裂隙以提高巖石強(qiáng)度。同時(shí),該方法能夠有效減小圍巖松動壓力。
文章來源：陜西水利
展開 裂隙中的流固耦合仿真方法
第二步:設(shè)置模型，定義材料屬性、耦合參數(shù)和邊界條件
我們使用 COMSOL Multiphysics 中的固體力學(xué)和達(dá)西定律接口對裂隙介質(zhì)中的流體力學(xué)過程進(jìn)行了模擬。我們激活了 多孔彈性接口以實(shí)現(xiàn)固體和流體方程之間的直接耦合，定義了巖石基質(zhì)和裂隙的材料特性和本構(gòu)方程，將巖石/裂隙特性，例如孔隙率、儲水和滲透率定義為局部應(yīng)力/壓力狀態(tài)的函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)間接耦合。我們還定義了力學(xué)和水力邊界條件。
第三步:計(jì)算解
我們在兩個(gè)連續(xù)的階段運(yùn)行模型。在第一階段，系統(tǒng)在給定的原位應(yīng)力和壓力條件下達(dá)到初始平衡（通過斜坡加載）。在第二階段，我們模擬系統(tǒng)對流體注入或地下開挖等工程活動的響應(yīng)。
仿真實(shí)例
示例1:裂隙巖石中的流體注入
我們將建立的模型用于模擬受流體注入影響的裂隙巖石的流體力學(xué)行為（參考文獻(xiàn) 1）。使用該模型，我們可以真實(shí)地表征裂隙多孔介質(zhì)中的壓力擴(kuò)散，完整巖石中由脆性和疲勞引起的損傷以及裂隙結(jié)構(gòu)對流體力學(xué)過程的重要影響（圖2）。我們還能夠直觀地查看裂隙巖石中損傷、應(yīng)力和壓力場的詳細(xì)演變，并進(jìn)一步研究多孔彈性對驅(qū)動系統(tǒng)中新?lián)p傷傳播的基本控制（圖 3）。根據(jù)模擬結(jié)果，我們還可以分析由完整巖石脆性破壞和（或）天然裂隙摩擦滑動引起的誘發(fā)地震活動的時(shí)空演變（圖4）。
圖2 注液過程中裂隙巖石的壓力演化與損傷擴(kuò)展。
圖3 查看(a)損傷的分布情況;(b)應(yīng)力比(即局部最大主應(yīng)力與局部最小主應(yīng)力的比值);(c)裂隙巖石局部區(qū)域的流體壓力(通過高度表達(dá)式顯示)。
圖4 低、高裂隙密度分別為 0.5 和 1.5 的裂隙巖石中誘發(fā)地震活動的空間分布和演化規(guī)律。
展開 基于MATLAB的離散裂隙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建代碼 ￥200
該程序可實(shí)現(xiàn)構(gòu)建表征地下儲層的復(fù)雜離散裂隙網(wǎng)絡(luò)。每條裂隙可通過控制裂隙跡長，裂隙開度，裂隙方向三個(gè)參數(shù)改變單條裂隙幾何形貌。可通過分別控制三個(gè)參數(shù)的分布規(guī)律（均勻分布，正態(tài)分布，對數(shù)正態(tài)分布，指數(shù)分布等）及一定面積內(nèi)的裂隙密度來控制整個(gè)裂隙網(wǎng)絡(luò)的形貌。
生成的裂隙網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)一步后處理導(dǎo)入有限元模擬軟件，如COMSOL進(jìn)行流體流動及固體變形仿真模擬。
三種生成預(yù)制裂隙的方法
預(yù)制裂隙的裂紋擴(kuò)展也是近年比較熱的研究課題，因?yàn)閹r石往往不會是一個(gè)完整的，所以研究含裂隙的巖石非常有必要。但是隨機(jī)裂隙又不是特別的規(guī)律性，所以預(yù)制裂隙的研究就顯得尤為重要。
這里介紹三種預(yù)制裂隙的方法。
一、刪除顆粒形成預(yù)制裂隙
這個(gè)是最簡單也是最直接的方法，直接根據(jù)裂隙的角度、長度、厚度，在我們需要加裂隙的地方刪除原本存在的顆粒。注意這個(gè)裂隙的平整度對顆粒數(shù)要求比較高，如果裂隙厚度大于顆粒粒徑很多的話，效果會比較好點(diǎn)。
下面為在已經(jīng)加膠結(jié)的試樣中刪除顆粒的方法：
這里的裂隙都為角度為30，厚度為10mm，長度為0.1*wlx的裂隙。
這里的邏輯也比較簡單，range后面加多個(gè)條件是取交集的意思，這里其實(shí)有兩個(gè)range。
第一個(gè)range是一個(gè)plane，plane可以指定某個(gè)半平面，還有個(gè)用法，是指定這個(gè)plane線附近的區(qū)域。這里就是第二個(gè)用法，origin和dip確定直線，distance確定的是離這個(gè)直線的距離，我們試一下不加后面x條件下是什么效果：這里因?yàn)楹穸葲]有比粒徑大很多，導(dǎo)致某些顆粒沒刪除，可以看出不加x條件的話，刪除了有厚度的線區(qū)域。
加了x條件取了交集后，就是我們想要的區(qū)域了：
二、使用dfn施加sj模型
在PFC手冊里面也有一個(gè)使用dfn加滑裂面的例子，這里道理一樣，先生成我們所需要的dfn，然后在dfn某距離內(nèi)生成sj模型就可以了。這個(gè)邏輯也不難，sj模型我了解的不深，所以這里我也不敢多講。
展開 
Comsol-裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型 ￥650
針對裂隙多孔介質(zhì)流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型，實(shí)現(xiàn)如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機(jī)天然裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應(yīng)力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴(kuò)展以及壓后滲透率改變等。
部分結(jié)果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻(xiàn)：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開 COMSOL裂隙流
裂隙介質(zhì)的流動特性與均質(zhì)介質(zhì)顯著不同，裂隙的分布、連通性和幾何形態(tài)對流體流動有著決定性的影響。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立復(fù)雜的圓片裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，并模擬流體穿過裂隙時(shí)的流體流動行為。
圓片狀裂隙模型可采用CAD纖維密堆積3D插件建立，模型的參數(shù)設(shè)置如圖所示。
在AutoCAD內(nèi)將生成的裂隙聚積模型導(dǎo)出為sat格式文件后，再將模型導(dǎo)入到COMSOL內(nèi)，即可完成初始裂隙模型的建模
。
對模型設(shè)置材料并劃分網(wǎng)格。
進(jìn)行三維滲流模擬，選擇層流穩(wěn)態(tài)，將模型左側(cè)設(shè)置入口，右側(cè)設(shè)置出口，提交分析并完成模擬。
本案例中對模型的設(shè)定是流體不能穿過模型內(nèi)的圓片結(jié)構(gòu)，如模擬土層內(nèi)的圓片顆粒夾雜對滲流的影響等。模型采用了圓片堆積算法，能更好的擬合實(shí)際工程中圓片狀顆粒在重力下的堆積工程場景。
展開 基于DYNA的含裂隙巖體爆破裂紋及擴(kuò)展及損傷模擬 ￥48.9
巖體中的裂隙直接影響爆破應(yīng)力波在巖體中的傳播，進(jìn)而影響爆破效果。本案例研究了含裂隙巖體爆破中裂紋的擴(kuò)展及損傷過程，Ls-dyna模擬了爆炸應(yīng)力波在裂隙巖體中的傳播特性。結(jié)果表明:爆破過程中應(yīng)力波分布不均勻，主要向自由表面?zhèn)鞑ラ]合型宏觀裂隙阻礙爆炸應(yīng)力波的傳播，且在裂隙處會止裂，裂紋及損傷會繞過裂隙處，模擬結(jié)果如下 ：
圖1 含裂隙巖體爆破裂紋及擴(kuò)展有限元模型
圖2 含裂隙巖體爆破裂紋及擴(kuò)展過程
圖3 含裂隙巖體爆破裂紋及等效應(yīng)力波傳播過程
本案例適用于研究爆炸、沖擊、侵徹動力學(xué)的朋友，下面附上該模擬的K文件，大家有疑問可以在私信我，歡迎交流！
展開 COMSOL孔隙-單裂隙介質(zhì)注漿擴(kuò)散模型 ￥40
<ul><li class="ql-align-justify">研究目的：利用COMSOL Multiphysics 軟件建立了受注礫巖層的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，分析了帷幕墻的注漿效果。</li><li class="ql-align-justify">模型簡介：將注漿層位礫巖含水層視為孔隙－單裂隙介質(zhì)，建立40 m×30 m 的孔隙－單裂隙介質(zhì)數(shù)值模型，布置1 個(gè)注漿孔和一條單裂隙。單裂隙長度為20 m，裂隙開度為5 mm，注漿孔孔口設(shè)置為定壓力邊界，注漿孔直徑為152 mm。模型上下邊界為無流動邊界，左右邊界為定水頭邊界。</li><li class="ql-align-justify">計(jì)算參數(shù)：孔隙介質(zhì)的滲透率為k = 4. 071 ×10E-12m2。礫巖物理力學(xué)性質(zhì)測試實(shí)驗(yàn)中得到其孔隙率為18. 5%，故數(shù)值模型中取孔隙介質(zhì)的孔隙率為15%。按照現(xiàn)場注漿壓力的范圍，數(shù)值模型中的注漿壓力p 分別取5MPa，根據(jù)注漿層位礫巖含水層的埋深情況，模型的靜水壓力p0取2. 0 MPa。
展開 基于裂隙網(wǎng)絡(luò)模型的地下流體滲流的有限元分析 ￥200
本案例基于構(gòu)建的離散裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，在COMSOL中進(jìn)行了油氣在儲層裂隙及基質(zhì)中的滲流規(guī)律模擬分析。本案例可實(shí)現(xiàn)以下功能：
可靈活改變裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何參數(shù)表征不同特性的儲層；
可進(jìn)行油，氣，水在地下裂隙及空隙中的流動規(guī)律分析；
可對裂隙儲層的油氣抽采等工程進(jìn)行模擬仿真；
可在該案例上自主添加固體力學(xué)場和熱場進(jìn)行更復(fù)雜的分析；
考慮基質(zhì)、裂隙雙滲透的滲透率演化過程
煤層瓦斯運(yùn)移過程，基質(zhì)、裂隙中瓦斯分別以不同的滲透率進(jìn)行滲透。裂隙中滲透率變化明顯高于基質(zhì)中滲透率變化，可能于裂隙瓦斯?jié)B透速度快，裂隙有效應(yīng)力變化大有關(guān)，具體的變化見圖。歡迎大家交流學(xué)習(xí)！
粗糙裂隙的滲流模擬-基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的建模-comsol模擬 ￥78
巖體裂隙滲流，考慮裂隙接觸（滲透率低）和非接觸（滲透率高）的影響，利用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)建模，反映裂隙表面的非均質(zhì)性質(zhì)，研究裂隙面可能存在的優(yōu)勢通道。
巖體巖石裂隙滲流 ￥50
求解器采用瞬態(tài)求解器,除了裂隙面，其他的部分，材料參數(shù)按大理石參數(shù)定義,滲流從坡頂面邊線沿著裂隙滲流到底面邊線；通過本案例可以學(xué)習(xí)掌握巖石裂隙滲流耦合模型，詳細(xì)案例和文檔說明附后。
ANSYS Workbench隨機(jī)地層裂隙三維建模
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在ANSYS Workbench內(nèi)建立三維地層裂隙模型，通過Fluent等工具進(jìn)行裂隙流模擬是理解復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的流體行為及進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的重要手段。這里介紹一種在Workbench內(nèi)建立地層或巖石的隨機(jī)裂隙模型方法。
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<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202409/attachment/f941340d350545eea1d94df929fadf0d.png" style="text-align: center">
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展開 COMSOL Multiphysics?模擬裂隙對巖體滲流的影響 ￥30
研究了理想裂隙引起的流動擾動及其幾何排列對裂隙巖體穩(wěn)態(tài)滲流（有效滲透率、壓力分布、流線等）的影響；
參考論文：Fluid flow partitioning between fractures and a permeable rock matrix,
https://doi.org/10.1029/2003GL019027
論文原圖：
COMSOL Multiphysics?計(jì)算云圖（由于參數(shù)不同，云圖存在些許差別）：
為了方便對比，不同裂隙幾何、參數(shù)影響結(jié)果都放在同一個(gè)模型不同研究中了。
技能包含：模型計(jì)算設(shè)置方式；計(jì)算云圖后處理方式（參考論文）；等效滲透率計(jì)算方式
展開 comsol模型-裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型（lei qinghua) ￥360
裂隙多孔介質(zhì)流固耦合-損傷模型
comsol-水力壓裂巖石損傷耦合模型 ，含裂縫制作代碼matlab。
comsol HM耦合模型 損傷模型 裂隙多孔介質(zhì)注入流體引起天然裂隙，巖石產(chǎn)生新?lián)p傷的數(shù)值模擬，內(nèi)含MATLAB 網(wǎng)裂縫函數(shù)及comsol模型。
