【摘要】：頁巖本構關系既是對頁巖力學性質的描述,又是頁巖壓裂改造的理論依據(jù)。頁巖包含大量的微裂隙、裂縫、層理等宏細觀缺陷,缺陷影響著頁巖的力學性質,因此構建頁巖本構模型需對宏細觀缺陷加以考慮。本文通過三軸壓縮實驗和ABAQUS有限元軟件數(shù)值模擬相結合,分析了細宏觀缺陷對頁巖力學性質的影響,依據(jù)巖石力學理論基礎建立了考慮細宏觀缺陷的頁巖損傷本構模型。本文研究成果如下:(1)數(shù)值模擬結果顯示:在細觀損傷處易發(fā)生應力集中現(xiàn)象;細觀損傷的存在影響著巖樣的破壞形式;隨著細觀損傷的數(shù)目從0增加到20,破裂壓力從18.04MPa減小到15.36MPa,即巖石更易發(fā)生破壞。(2)頁巖三軸壓縮實驗結果顯示:當裂縫深度從0mm增加到12.5mm時,對應的頁巖峰值壓力從106.2MPa減小到72.3MPa;當裂縫條數(shù)從1條增加到4條時,峰值壓力從85.5MPa減小到70MPa;頁巖峰值應力和彈性模量隨著角度增大呈現(xiàn)出凹形變化的規(guī)律,45°裂縫對應的峰值應力最小,其值為85.5MPa;隨著裂縫填充物(方解石)百分比的增加,彈性模量和峰值應力變化呈現(xiàn)為凹形,即先減小再增加,在含量為50%時值最小,其值為85MPa;通過對頁巖壓后的照片進行研究,發(fā)現(xiàn)樣品主要發(fā)生剪切破壞,并且破裂面與裂縫角度有關。(3)假設巖石微元強度服從韋伯分布,并以莫爾庫倫準則表示微元強度,推導細觀損傷變量;根據(jù)斷裂力學和損傷力學推導出單軸壓縮的宏觀損傷變量,再對宏、細觀損傷變量進行耦合,最終得到單軸壓縮載荷下的考慮宏細觀缺陷的頁巖損傷本構模型,將模型計算的應力-應變曲線與實驗數(shù)據(jù)進行比較,發(fā)現(xiàn)二者吻合較好,表明所建立單軸壓縮模型是正確的。(4)結合三軸實驗數(shù)據(jù),通過引入實測應力、實測應變推導細觀損傷變量表達式,根據(jù)裂隙巖體的等效柔度矩陣與完整巖樣的柔度矩陣推導出三軸壓縮下的宏觀損傷變量表達式,依據(jù)Lemaitre應變等價性原理推導出耦合宏細觀缺陷的損傷變量表達式,最終建立三軸壓縮載荷下考慮宏細觀缺陷的頁巖損傷本構模型,將三軸模型的應力-應變曲線與實驗曲線對比,發(fā)現(xiàn)二者吻合較好,并通過分析裂縫深度、角度、條數(shù)對峰值應力的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)該規(guī)律與實驗結果相同,從而可說明所建立本構模型的正確性。
【圖文】：

為了解決這一現(xiàn)狀，各國已經(jīng)加速了對非常規(guī)能源資料分析到，頁巖氣資源將會在未來成為一種主流的非國頁巖氣革命的成功，使得美國頁巖氣進入商業(yè)開發(fā)階光[1-2]。天然氣作為一種經(jīng)濟環(huán)保的能源，受到大家關球探明的頁巖氣可采資源總地質儲量為 6.15×106億方.35×105億方。我國頁巖氣資源量豐富，頁巖氣的快速開大的戰(zhàn)略意義。從 EIA 的預測結果得知，預計在 203104億方[3]。對頁巖氣的開發(fā)力度不斷加大，在地質條件方面，中國國海相頁巖的特點是成熟度高并具有復雜的地質構造，大、成熟度低，因此美國關于頁巖氣的開采經(jīng)驗和技術頁巖氣開采當中，現(xiàn)在本國關于頁巖氣的開采正面臨著吸取國外經(jīng)驗的基礎上探索前進。中國頁巖氣的生產(chǎn)始×108方，預計在 2020 年中國頁巖氣的開采量將會達 氣在我國能源方面將扮演著至關重要的角色[4]。

添加不同傾角、不同深度、不同條對其進行三軸壓縮實驗，分析宏觀學性質的影響型的建立賦予不同的細觀缺陷難以統(tǒng)計，而，因此采用數(shù)值模擬方法研究細觀缺單軸壓縮載荷下力學性質的影響，寸的大小依據(jù)文獻[70]進行建立，，分，每個網(wǎng)格的邊長為 1mm 的正方條件為：僅僅允許在垂直方向上運，這樣才能更好的符合實驗的真
【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE31

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本文編號：2683466