压缩与约束下各向异性地质材料断裂的相场建模

强各向异性地质材料在压缩载荷下发生断裂。本文应用相场断裂模型来研究这一断裂过程。尽管相场断裂模型具有多个优势，但在应力状态复杂且包含可导致裂缝面接触的压缩时，仍会给出不物理的预测。基于一种考虑裂缝面压缩拉力的相场模型，本文将模型扩展至各向异性断裂。关键特征包括：（1）均化的各向异性弹性响应和强各向异性断裂能模型；（2）考虑裂缝面压缩拉力的有效损伤响应，其源自各向异性弹性响应；（3）克服各向同性设定局限性的正规化裂缝法向场，使其能够正确地在裂缝面内外给出正确的裂缝响应。为测试该模型，我们首先将其预测与在完全解析的层状试样中进行相场断裂演化计算进行比较，表明其能够捕捉裂缝生长的总体模式。我们随后将其应用于先前报道的在实验室试样中（如页岩）受压缩约束下的断裂演化观察，发现其在广泛的加载条件下能良好预测观察到的裂缝模式。我们进一步应用于预测在压缩约束下翼裂的生长。该有效裂缝响应模型使我们能够将初始裂缝简单地视为计算域内非奇异损伤区，从而实现简便且通用的计算。