Ein Modell für die Bildung und Propagation von Rissen durch die Koaleszenz kleinerer Risssysteme: Numerischer Ansatz basierend auf der Finite-Elemente-Methode

Das 2D-Plane-Strain, Finite-Elemente-Methoden-basierte lineare elastische Modell, das ich präsentiere, zielt darauf ab, die differentialen Spannungsreaktionen auf Variationen in der geometrischen Konfiguration eines Systems von mehreren kollinearen elliptischen Rissen, die in einen Felskörper eindringen, der sich elastisch verformt, zu bewerten. Die zugrunde liegende Annahme dieser Simulation ist, dass eine Ansammlung von dünnen Hohlräumen in einem Kontinuumsmittel die Merkmale replizieren kann, die in einem System bestehend aus groben Rissprofilen in teilweiser Kontaktierung und unter Scherbelastung zu beobachten sind. Das lineare elastische Modell ist darauf ausgelegt, die Spannungs- und Verschiebungsfelder um einen groben Riss zu reproduzieren, mit einem spezifischen Fokus auf die Spannungsökumulation um die Kontaktunregelmäßigkeiten. Das Modell ermöglicht es auch, das Hauptspannungsfeld im Bereich für eine breite Palette von Größen und geometrischen Eigenschaften des Systems kollinearer Risse, die im sich deformierenden Gestein eingebettet sind, aufzuzeichnen. Die Analyse der Abhängigkeit der differentialen Spannung von Parametern, die die Geometrie von groben Brüchen beschreiben, ermöglicht Überlegungen zu den primären Faktoren, die den spröden Versagen beeinflussen. Darüber hinaus hilft die Untersuchung der Hauptspannungen um die Rissspitzen, die potenzielle Orientierung neuer Bruchmuster zu bewerten, die entstehen können, wenn die Fließgrenze des sich deformierenden Materials lokal überschritten wird. Die Größe und Orientierung der Hauptspannungen sind auch entscheidend für das Verständnis der Risskoaleszenz und der reibungsbedingten Reaktivierung von Scherrissen in einem elastischen Gestein, was wiederum einer der Hauptfaktoren ist, die den seismischen Zyklus natürlicher Risse bestimmen. Darüber hinaus deutet ein Vergleich der Ergebnisse des vorliegenden Modells mit aktuellen Wing-Riss-Modellen der spröden Kriechphase darauf hin, dass unser Code auch nützlich sein könnte, um Schätzungen der kritischen Distanz zwischen Rissen zu erhalten, damit sie koaleszieren und größere Brüche bilden. Der Prozess wird angenommen, dass er unendlich auf größeren Skalen fortgesetzt wird, was die Chance bietet, ein Modell für die Bildung und Propagation von Rissen vorzuschlagen.