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裂纹沿非均质界面扩展的理论分析

脆性材料,页岩水力压裂,裂纹偏折,应变能释放率,非均匀界面

界面是构成我们丰富多彩的自然和人造系统的基本组成单元。从元素到材料、从材料到结构、从结构到系统的层级和维度跨越，这其中都包含了无数的界面。力学上，界面是影响材料-结构-系统各个层面及其综合系统力学性能的关键因素。在这一报告中，针对页岩油气开采中利用水力压裂在页岩层理等弱面处实现复杂裂缝网络这一需要，报告人给出了水力裂缝沿弱界面转向扩展的临界条件：给出了考虑地应力、摩擦力等因素时水力裂纹沿任意方向扩展的应变能释放率的显式表达式，并推导出水力裂缝转向扩展条件的理论解。这些结果解决了长期存在的压裂地质力学悖论：即水力压裂直观上为扩张型裂纹破坏模式而实验观察显示破坏模式主要为剪切型。