本文關(guān)鍵詞：頁(yè)巖的物理力學(xué)各向異性及拉伸剪切破裂特征研究

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【摘要】：頁(yè)巖具有的礦物成分復(fù)雜、天然裂縫發(fā)育、泥質(zhì)發(fā)育和層狀構(gòu)造等特點(diǎn),導(dǎo)致了強(qiáng)烈的非均質(zhì)性和各向異性,極大地影響了頁(yè)巖氣的產(chǎn)能。因此,有必要通過物理力學(xué)試驗(yàn)來研究頁(yè)巖的各向異性特征,并且采用更加直觀的試驗(yàn)研究方法來獲取層理面的力學(xué)性質(zhì)和破裂特征。本文對(duì)頁(yè)巖試樣進(jìn)行了超聲波測(cè)試、巴西劈裂和單軸抗壓等物理力學(xué)試驗(yàn),研究了不同層理角度頁(yè)巖的物理力學(xué)性質(zhì)各向異性情況,其中,層理角度定義為層理面法線與試樣軸向的夾角；研究了動(dòng)彈性參數(shù)和靜彈性參數(shù)隨層理角度的變化情況,并且擬合出動(dòng)靜彈性參數(shù)、抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨層理角度的變化曲線,最后通過公式變換計(jì)算出頁(yè)巖的各向異性材料參數(shù)。通過試驗(yàn)和擬合成果得出如下結(jié)論：隨著層理角度的增大,縱波波速、橫波波速、動(dòng)彈性模量和動(dòng)剪切模量隨之增大,變化趨勢(shì)一致,動(dòng)體積模量和動(dòng)泊松比的變化曲線呈現(xiàn)出“M”型,存在兩個(gè)先增大后減小的過程,且都在層理角度為45。時(shí)取到極小值點(diǎn)；抗拉強(qiáng)度隨層理角度的變大逐漸減小,彈性模量和破裂面復(fù)雜性隨著層理角度的變大逐漸增加,而單軸抗壓強(qiáng)度則呈現(xiàn)出先減小后增大的“U”型的變化規(guī)律,并且在層理角度為60。時(shí)取到最小值。為了研究層理面的力學(xué)特性,本文進(jìn)行了層理角度為0。和90。頁(yè)巖立方塊試樣的直接拉伸、拉伸剪切和壓縮剪切等試驗(yàn),建立了層理角度為90。頁(yè)巖試樣的拉伸剪切全區(qū)破裂特征曲線,并且重點(diǎn)研究了相應(yīng)條件下頁(yè)巖的破裂特征。試驗(yàn)和擬合結(jié)果顯示,層理角度為0。的試樣在拉剪應(yīng)力條件下非常不穩(wěn)定,很容易破壞；而層理角度為90。的試樣,通過拉伸剪切試驗(yàn)可以得到拉剪-壓剪全區(qū)破裂特征曲線,通過該曲線得到的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度均小于其他方法的值,說明傳統(tǒng)的破裂準(zhǔn)則對(duì)拉剪應(yīng)力條件下巖石的破裂特征描述存在一定的偏差。拉伸剪切試驗(yàn)后,本文利用三維激光掃描和電鏡掃描的方法,從宏觀和微觀的角度研究了頁(yè)巖的破裂面特征,宏觀角度分析了頁(yè)巖的破裂模式和各向異性特點(diǎn),微觀角度分析了頁(yè)巖的破裂機(jī)理。主要得出如下結(jié)論：拉剪應(yīng)力條件下,多種因素共同主導(dǎo)了頁(yè)巖試樣的破裂,導(dǎo)致破裂面形貌復(fù)雜,并且破裂大多發(fā)生在膠結(jié)物中,特別是風(fēng)化嚴(yán)重和膠結(jié)程度較差的部位,基質(zhì)顆粒在裂紋擴(kuò)展的過程中通常扮演著誘導(dǎo)和牽引作用。
【關(guān)鍵詞】：頁(yè)巖 各向異性 拉伸剪切 破裂面特征 破裂機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU45
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 頁(yè)巖各向異性研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 巖石拉伸剪切破裂特征研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 存在問題15-16
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容16
• 1.5 技術(shù)路線16-19
• 2 頁(yè)巖物理力學(xué)各向異性研究19-45
• 2.1 概述19
• 2.2 基于超聲波測(cè)試的各向異性研究19-29
• 2.2.1 巖石超聲波測(cè)試方法介紹19-22
• 2.2.2 基于波速的各向異性系數(shù)22-24
• 2.2.3 動(dòng)彈性參數(shù)的各向異性研究24-29
• 2.3 基于巴西劈裂試驗(yàn)的各向異性研究29-34
• 2.3.1 巖石巴西劈裂試驗(yàn)方法介紹29-31
• 2.3.2 頁(yè)巖抗拉強(qiáng)度的各向異性31-34
• 2.4 基于單軸壓縮試驗(yàn)的各向異性研究34-39
• 2.4.1 巖石單軸壓縮試驗(yàn)方法介紹34
• 2.4.2 力學(xué)特性分析34-38
• 2.4.3 破裂模式分析38-39
• 2.5 頁(yè)巖各向異性材料參數(shù)計(jì)算39-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 3 頁(yè)巖拉伸-剪切試驗(yàn)研究45-57
• 3.1 概述45
• 3.2 試驗(yàn)方法介紹45-47
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析47-52
• 3.3.1 拉伸試驗(yàn)47-49
• 3.3.2 剪切試驗(yàn)49-50
• 3.3.3 拉剪試驗(yàn)50-51
• 3.3.4 壓剪試驗(yàn)51-52
• 3.4 拉剪-壓剪全區(qū)破裂特征曲線52-55
• 3.4.1 壓剪區(qū)破裂特征曲線53
• 3.4.2 拉剪區(qū)破裂特征曲線53-54
• 3.4.3 拉剪-壓剪全區(qū)破裂特征曲線54-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 4 頁(yè)巖破裂面宏觀和微觀分析57-69
• 4.1 概述57
• 4.2 頁(yè)巖拉伸剪切破裂面宏觀分析57-61
• 4.2.1 斷裂面三維激光測(cè)試方法介紹57-59
• 4.2.2 破裂面宏觀形貌研究59-61
• 4.3 頁(yè)巖拉伸剪切破裂面微觀分析61-68
• 4.3.1 斷裂面掃描電鏡SEM試驗(yàn)方法介紹61-64
• 4.3.2 掃描電鏡SEM的結(jié)果與分析64-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 5 結(jié)論與展望69-71
• 5.1 結(jié)論69-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 作者簡(jiǎn)歷75-79
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集79

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