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爆生气体作用下孔壁岩石的开裂过程是一个比较复杂的问题。实验研究表明爆生气体对孔壁岩石的破坏作用形式是准静态条件下的拉伸破坏,并且初始损伤对孔壁岩石的开裂起着重要作用。初始损伤以初始微裂纹的形式代替,应用有限元计算软件ANSYS9.0,对爆生气体作用于水泥试样中心孔的冲击开裂现象进行了数值模拟研究。研究表明裂纹条数、长度及分布位置对裂纹的起裂及扩展有重要影响。计算结果显示:(1)裂缝附近存在应力卸载区,应力卸载区的范围受裂缝长度的影响,裂缝长度大,卸载区大,反之亦然;应力卸载区内不会有裂缝的起裂扩展。应力卸载区的存在必然导致应力集中,这样裂缝容易在应力集中的地方起裂;(2)裂缝扩展是裂缝间竞争的结果;(3)岩石孔壁上贯穿裂缝的条数受应力卸载区的影响,在实验试样尺寸和载荷有限的条件下,只能产生有限条贯穿裂缝。这些成果将为“层内爆炸”采油技术的进一步研究,为优化施工设计,提供一定的理论支撑;也为了解柱孔内壁开裂问题的稳定性提供了数值分析基础。
本文的研究成果适用于一定动载条件下的岩石开裂问题,不仅可以为“层内爆炸”采油技术的研究提供一定的理论基础,同时,它也适用于油田高能气体压裂等有关理论问题。