基于混合维流动公式研究水力试验中裂缝开启的探究

我们应用混合维流动模型对Reiche Zeche地下研究实验室注水试验中记录的压力瞬变进行模拟,以研究流体注入引起的裂缝法向开启行为。我们识别了两类对流量阶跃的不同压力响应,并使用径向对称流动公式对裂缝进行数值建模,该公式包含控制可逆裂缝面相互作用的接触力学非线性本构关系。从常规压力扩散视角看,这两类分别代表径向对称与平面轴对称流动态。对所用流固耦合模型对特征裂缝参数变化的敏感性开展全面参数研究,揭示了裂缝长度与法向裂缝刚度之间的关联,可使现场观测与数值结果吻合。裂缝刚度值随相应裂缝长度增加而增加。将作用的法向应力分解为与全局裂缝几何变形状态相关的应力及接触应力表明,几何诱导应力在总有效法向应力越低、裂缝越短时贡献越大。将局部接触力学与整体裂缝几何对裂缝法向刚度的贡献分离表明,后者即几何刚度构成总刚度的下界;其相关性也随裂缝长度减小而增大。我们的研究证明,非线性流固耦合可导致迥异的水力响应,从而提供了一种替代常规压力扩散分析的方案,后者需借助流动态变化才能涵盖全部观测。