巖石斷裂與土木工程、石油工程、采礦工程等領(lǐng)域密切相關(guān),孔隙和塑性區(qū)在巖石中普遍存在。巖石的孔隙壓力和彈塑性性質(zhì)對巖石的斷裂性質(zhì)具有顯著的影響,研究彈塑性條件下含孔壓巖石的斷裂性質(zhì)具有重要的意義,可為解決相關(guān)工程問題提供理論指導(dǎo)。本文設(shè)計加工了可單獨控制孔壓和圍壓的三點彎實驗裝置,提出了巖石在孔隙壓力條件下測量斷裂韌性的新實驗方法,對多組均質(zhì)性較好的疏松砂巖試樣在不同孔壓和圍壓條件下進(jìn)行了三點彎測試;同時針對圍壓和孔壓條件下的巖石斷裂參數(shù)提出了新的表征方法;建立了考慮2D流固耦合的有限元數(shù)值模型,獲得了巖石在不同孔壓和圍壓條件下的斷裂參數(shù),并對實驗測試、理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬所獲得的巖石斷裂參數(shù)進(jìn)行了對比研究。得出了孔壓、圍壓和彈塑性性質(zhì)對巖石斷裂性質(zhì)的影響規(guī)律。采用XFEM方法建立彈塑性水力壓裂數(shù)值模型,研究了彈性、彈塑性、滲透率和初始孔壓對水力裂縫擴(kuò)展延伸規(guī)律的影響,進(jìn)一步對三點彎實驗和理論推導(dǎo)進(jìn)行了驗證。 

【文章來源】：中國石油大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

裂紋尖端坐標(biāo)系[3]

圖 2. 2 試件受力示意圖Fig. 2.2 Diagram of the load on specimen件為線彈性材料，彈性條件下應(yīng)力強(qiáng)度因子試件，其應(yīng)力強(qiáng)度因子可以表示為多個相同之和，如圖 2. 3 所示。圖 2. 3 疊加法示意圖Fig. 2.3 Diagram of superposition method

- 9 -圖 2. 3 疊加法示意圖Fig. 2.3 Diagram of superposition method圖中(a)的應(yīng)力強(qiáng)度因子可以表示為(b)、(c)應(yīng)力強(qiáng)度因子之和，其中(b)所示為頂部中央位置承受集中力的三點彎試件的受力狀態(tài)，其應(yīng)力強(qiáng)度因子可以通過公式（2. 6）計算得到。(c)所示試件依然為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，需進(jìn)一步簡化。實驗時要求圍壓不小于孔壓，即pq P，因而試件在圍壓和孔壓共同作用下處于受壓狀態(tài)，預(yù)制裂紋未張開。假設(shè)受壓狀態(tài)下的裂縫不影響試件上應(yīng)力分布，試件上應(yīng)力分布均勻，根據(jù)公式（2. 3）可知，試件所受應(yīng)力狀態(tài)為[18,37]：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]等向強(qiáng)化–軟化Drucker-Prager材料強(qiáng)度參數(shù)演化[J]. 丁祥,張廣清.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2017(04)
[2]含裂隙飽和多孔介質(zhì)流-固耦合的擴(kuò)展有限元分析[J]. 王榮華,章青,夏曉舟.  巖土力學(xué). 2017(05)
[3]“十二五”中國油氣儲量增長特點及“十三五”儲量增長展望[J]. 吳國干,方輝,韓征,胡曉春.  石油學(xué)報. 2016(09)
[4]圍壓對巴西裂紋圓盤應(yīng)力強(qiáng)度因子影響分析[J]. 徐積剛,董世明,華文.  巖土力學(xué). 2015(07)
[5]砂巖Ⅰ型斷裂韌度及其與強(qiáng)度參數(shù)的相關(guān)性研究[J]. 鄧華鋒,朱敏,李建林,王宇,羅騫,原先凡.  巖土力學(xué). 2012(12)
[6]孔隙壓力變化對巖石強(qiáng)度特性的影響[J]. 劉向君,申劍坤,梁利喜,韓林,劉洪.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2011(S2)
[7]考慮裂隙水壓力的巖體壓剪裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究[J]. 鄧華鋒,李建林,劉杰,朱敏,郭靖,魯濤.  巖土力學(xué). 2011(S1)
[8]孔隙水壓力對巖石力學(xué)參數(shù)的影響[J]. 劉琦,盧耀如,李曉昭.  地球?qū)W報. 2008(05)
[9]圍壓下泥巖斷裂韌性測試與解釋方法[J]. 張廣清,陳勉,金衍,王學(xué)雙.  工程地質(zhì)學(xué)報. 2004(04)
[10]孔隙水壓力對巖石裂紋擴(kuò)展影響的數(shù)值模擬[J]. 唐春安,楊天鴻,李連崇,梁正召,ThamL.G.,LeeK.K.,TsuiY..  巖土力學(xué). 2003(S2)



本文編號：3268253