孔压影响下的岩石弹塑性断裂性质研究
发布时间：2021-07-06 12:34
岩石断裂与土木工程、石油工程、采矿工程等领域密切相关,孔隙和塑性区在岩石中普遍存在。岩石的孔隙压力和弹塑性性质对岩石的断裂性质具有显著的影响,研究弹塑性条件下含孔压岩石的断裂性质具有重要的意义,可为解决相关工程问题提供理论指导。本文设计加工了可单独控制孔压和围压的三点弯实验装置,提出了岩石在孔隙压力条件下测量断裂韧性的新实验方法,对多组均质性较好的疏松砂岩试样在不同孔压和围压条件下进行了三点弯测试;同时针对围压和孔压条件下的岩石断裂参数提出了新的表征方法;建立了考虑2D流固耦合的有限元数值模型,获得了岩石在不同孔压和围压条件下的断裂参数,并对实验测试、理论推导和数值模拟所获得的岩石断裂参数进行了对比研究。得出了孔压、围压和弹塑性性质对岩石断裂性质的影响规律。采用XFEM方法建立弹塑性水力压裂数值模型,研究了弹性、弹塑性、渗透率和初始孔压对水力裂缝扩展延伸规律的影响,进一步对三点弯实验和理论推导进行了验证。
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端坐标系[3]
图 2. 2 试件受力示意图Fig. 2.2 Diagram of the load on specimen件为线弹性材料，弹性条件下应力强度因子试件，其应力强度因子可以表示为多个相同之和，如图 2. 3 所示。图 2. 3 叠加法示意图Fig. 2.3 Diagram of superposition method
- 9 -图 2. 3 叠加法示意图Fig. 2.3 Diagram of superposition method图中(a)的应力强度因子可以表示为(b)、(c)应力强度因子之和，其中(b)所示为顶部中央位置承受集中力的三点弯试件的受力状态，其应力强度因子可以通过公式（2. 6）计算得到。(c)所示试件依然为复杂应力状态，需进一步简化。实验时要求围压不小于孔压，即pq P，因而试件在围压和孔压共同作用下处于受压状态，预制裂纹未张开。假设受压状态下的裂缝不影响试件上应力分布，试件上应力分布均匀，根据公式（2. 3）可知，试件所受应力状态为[18,37]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]等向强化–软化Drucker-Prager材料强度参数演化[J]. 丁祥,张广清. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[2]含裂隙饱和多孔介质流-固耦合的扩展有限元分析[J]. 王荣华,章青,夏晓舟. 岩土力学. 2017(05)
[3]“十二五”中国油气储量增长特点及“十三五”储量增长展望[J]. 吴国干,方辉,韩征,胡晓春. 石油学报. 2016(09)
[4]围压对巴西裂纹圆盘应力强度因子影响分析[J]. 徐积刚,董世明,华文. 岩土力学. 2015(07)
[5]砂岩Ⅰ型断裂韧度及其与强度参数的相关性研究[J]. 邓华锋,朱敏,李建林,王宇,罗骞,原先凡. 岩土力学. 2012(12)
[6]孔隙压力变化对岩石强度特性的影响[J]. 刘向君,申剑坤,梁利喜,韩林,刘洪. 岩石力学与工程学报. 2011(S2)
[7]考虑裂隙水压力的岩体压剪裂纹扩展规律研究[J]. 邓华锋,李建林,刘杰,朱敏,郭靖,鲁涛. 岩土力学. 2011(S1)
[8]孔隙水压力对岩石力学参数的影响[J]. 刘琦,卢耀如,李晓昭. 地球学报. 2008(05)
[9]围压下泥岩断裂韧性测试与解释方法[J]. 张广清,陈勉,金衍,王学双. 工程地质学报. 2004(04)
[10]孔隙水压力对岩石裂纹扩展影响的数值模拟[J]. 唐春安,杨天鸿,李连崇,梁正召,ThamL.G.,LeeK.K.,TsuiY.. 岩土力学. 2003(S2)
本文编号：3268253
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
裂纹尖端坐标系[3]
图 2. 2 试件受力示意图Fig. 2.2 Diagram of the load on specimen件为线弹性材料，弹性条件下应力强度因子试件，其应力强度因子可以表示为多个相同之和，如图 2. 3 所示。图 2. 3 叠加法示意图Fig. 2.3 Diagram of superposition method
- 9 -图 2. 3 叠加法示意图Fig. 2.3 Diagram of superposition method图中(a)的应力强度因子可以表示为(b)、(c)应力强度因子之和，其中(b)所示为顶部中央位置承受集中力的三点弯试件的受力状态，其应力强度因子可以通过公式（2. 6）计算得到。(c)所示试件依然为复杂应力状态，需进一步简化。实验时要求围压不小于孔压，即pq P，因而试件在围压和孔压共同作用下处于受压状态，预制裂纹未张开。假设受压状态下的裂缝不影响试件上应力分布，试件上应力分布均匀，根据公式（2. 3）可知，试件所受应力状态为[18,37]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]等向强化–软化Drucker-Prager材料强度参数演化[J]. 丁祥,张广清. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[2]含裂隙饱和多孔介质流-固耦合的扩展有限元分析[J]. 王荣华,章青,夏晓舟. 岩土力学. 2017(05)
[3]“十二五”中国油气储量增长特点及“十三五”储量增长展望[J]. 吴国干,方辉,韩征,胡晓春. 石油学报. 2016(09)
[4]围压对巴西裂纹圆盘应力强度因子影响分析[J]. 徐积刚,董世明,华文. 岩土力学. 2015(07)
[5]砂岩Ⅰ型断裂韧度及其与强度参数的相关性研究[J]. 邓华锋,朱敏,李建林,王宇,罗骞,原先凡. 岩土力学. 2012(12)
[6]孔隙压力变化对岩石强度特性的影响[J]. 刘向君,申剑坤,梁利喜,韩林,刘洪. 岩石力学与工程学报. 2011(S2)
[7]考虑裂隙水压力的岩体压剪裂纹扩展规律研究[J]. 邓华锋,李建林,刘杰,朱敏,郭靖,鲁涛. 岩土力学. 2011(S1)
[8]孔隙水压力对岩石力学参数的影响[J]. 刘琦,卢耀如,李晓昭. 地球学报. 2008(05)
[9]围压下泥岩断裂韧性测试与解释方法[J]. 张广清,陈勉,金衍,王学双. 工程地质学报. 2004(04)
[10]孔隙水压力对岩石裂纹扩展影响的数值模拟[J]. 唐春安,杨天鸿,李连崇,梁正召,ThamL.G.,LeeK.K.,TsuiY.. 岩土力学. 2003(S2)
本文编号：3268253
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