1.题目：
Rock grain-scale mechanical properties influencing hydraulicfracturing using Hydro-GBM approach
（
使用 Hydro-GBM 方法影响水力压裂的岩石晶粒级力学特性
）
2.关键词：
独特元法；
Hydro-GBM；微观机理
；
标定；
水力压裂；
颗粒流代码
岩石开裂是许多地质应用的关键问题。
在颗粒尺度上，岩石压裂不仅取决于外部载荷，还取决于矿物颗粒和颗粒边界的力学性能。
在这项研究中，我们研究了岩石颗粒尺度力学参数对流体驱动开裂行为的影响，并讨论了基于颗粒的模型中微观力学参数的识别。基于水力颗粒的耦合 DEM 模型 （Hydro-GBM） 用于重建岩石微观结构并模拟水力压裂。
本文分析了矿物晶粒和晶界主要微观力学参数的影响，并探讨了其微观机制。详细介绍了裂纹起裂压力、击穿压力、晶内分区和拉伸/剪切晶界裂纹等结果。然后，在参数分析的基础上，讨论了现有 DEM 模拟中识别微观参数的一些问题。我们提出了一种确定接触摩擦角的公式，这可以消除实验和模拟之间长期存在的剪切裂纹不匹配。我们还提出了在基于谷物的建模中校准微观结果的重要性。
本研究系统地揭示了岩石颗粒尺度特性对水力裂缝的影响，可为未来建模中微观力学参数的选择提供有价值的参考。
4.引言：
岩石压裂可以改变储层的流体传导性或降低岩层的完整性。
它是各种地质应用（如石油工程）的关键关注点 、地热工程， 科罗拉多州 地质封存和地下隧道.结果表明，宏裂缝的形成（在 ∼ cm 或更大的尺度上）取决于微观开裂行为（在 ∼ mm 的尺度上.微裂纹的起生、增长和聚结受岩石的微观特性控制。在过去的几十年里，已经进行了大量实验测试，以了解岩石的微裂纹行为及其影响因素。例如，Přikryl确定了花岗岩的矿物学成分，并将它们与岩石宏变形和强度特性相关联。Ündül 等人证明了微观织构对安山岩裂纹萌生和扩展阈值的影响。Gupta 和 Rao比较了结晶岩的强度、变形模量和破坏模式，得出岩石强度的降低归因于矿物颗粒和晶界的机械降解因风化而改变。Karaca 等人研究了晶粒和晶界特性对大理石试件拉伸和压缩强度的影响。这些早期的实验研究带来了与岩石微观开裂相关的宝贵信息，并探索了岩石微观和宏观特性之间的联系。然而，由于天然岩石中存在大量不可控的内在变化，因此通常很难概括相关性。获得的相关性通常是统计关系，并且可能受到许多不可控变量的影响.另一方面，人们已经努力使用光学和扫描电子显微镜等微观测技术来揭示微裂纹与矿物晶粒和晶界的相互作用。一些典型特征和开裂行为，
如图 1，包括跨晶裂纹、晶内 （IG） 裂纹、晶界 （GB） 裂纹、拉伸/剪切/混合模式特征和晶粒粉碎。这些观察揭示了一些负责宏机械响应的微观过程，并有助于微观机制。
然而，在微观观察中，绘制大面积（>几厘米）的地图通常很耗时，因为高分辨率的视野只能覆盖非常有限的区域。
此外，不同微裂纹等微特征的表征和量化通常需要特殊的图像处理，并且需要大量的工作.此外，大多数观察必须在实验后进行。因此，它们仅限于实时揭示微尺度特征（如拉伸和剪切裂纹）的发展。
面对物理测试中遇到的限制，数值技术被开发为替代方案。离散元法 （DEM） 由于具有捕获大变形和多裂纹发展的多功能性，因此得到了广泛的应用。
在传统的粘合 DEM 模型中，岩石由圆形颗粒的集合表示，这些颗粒在接触处与有限区域胶结在一起。由于 DEM 颗粒的固有圆性，传统的键合 DEM 模型往往高估了滑动和旋转的自由度，并且由于忽视了颗粒球形度，无法提供足够的颗粒-颗粒互锁.因此，传统的粘结 DEM 模型经常受到诸如强度比不当、摩擦角小和变化围压下线性强度包络等限制.此外，由于颗粒组件不能反映实际的岩石结构，传统的 DEM 无法提供真实岩石的重要微观结构信息，例如。粒度和矿物成分。
IG 和 GB 裂纹之间经常在真实岩石中观察到，但在传统的 DEM 建模中是不可能的.在模拟粗粒岩石（如大理石和花岗岩）时，缺点更为明显。
然而，现有的 GBM 模拟大多基于力学测试，考虑岩石颗粒尺度结构的水力诱导微裂纹的理解仍处于初始阶段。具体来说，目前有一些关于水力压裂的 DEM 模拟，例如Huang 等人基于传统的 DEM 模型分析了材料异质性对水力压裂的影响.这些工作提出了一系列有趣的发现，这些发现具有许多深入的微观机制。
这些模拟主要基于传统的 DEM 模型，如上所述，该模型无法表示岩石的真实颗粒尺度结构。最近，我们之前的论文[49]提出了一种基于水力颗粒的耦合模型 （Hydro-GBM），用于模拟水力压裂中花岗岩的晶粒级开裂行为;我们用这个模型来研究地应力的影响。然而，岩石颗粒尺度微观特性对水力诱导的微裂纹发展的影响尚未涵盖，因此仍未得到充分探索。为了阐明差距，这项工作使用我们提出的 Hydro-GBM 方法全面分析了晶粒和 GB 的机械性能的敏感性。此外，还阐明了现有模拟中微观力学参数选择中存在的一些问题，并提供了一些解决方案。所介绍的工作主要贡献在于两个方面。
首先，这项工作揭示了岩石微观力学性能对流体驱动的微裂纹行为的影响。其次，讨论和获得的参数敏感性将为未来基于晶粒的建模以及未来常规 DEM 建模中微观力学参数的选择提供有价值的参考。
本文的其余部分结构如下：第 2 部分描述了 hydro-GBM 方法和模型设置;第 3 部分描述敏感性分析和解释的结果;第 4 部分讨论了 GBM 模型中的参数校准问题、现有 GBM 模型与实验观察相比面临的差异，以及裂纹萌生和击穿之间的关系。最后，总结性评论在第 5 部分.
5.主要研究
