围压下页岩的动态压缩力学性能试验研究

发布时间：2021-11-23 05:14

　　随着传统油气资源的逐渐枯竭,可以替代传统资源的非常规能源（页岩气）开始被大力推广。在页岩气实际开采工程中不同冲击荷载使页岩受到冲击气压作用,同时我国页岩层埋深较深,岩体处于复杂应力状态。研究页岩在围压状态下的动态力学性能具有重要意义。本文对围压状态下页岩的动态力学性能进行研究,主要研究内容为:（1）本文以四川宜宾长宁县页岩气开采为工程背景,选取当地页岩为试验研究目标,测试了页岩的基本物理力学参数,保证了试件的统一性,减少试验误差,并为后文模拟提供参数。（2）开展了页岩的单轴SHPB动态压缩试验,讨论了不同应变率下页岩的动态抗压强度及破坏模式,确定单轴压缩作用下的波形图为“双波峰”,单轴动态抗压强度有明显的应变率效应。（3）开展了围压条件下的SHPB动态压缩试验,对比分析了围压下波形图为“单波峰”,在同一冲击气压下,随着围压增大,页岩动态抗压强度和DIF均增大。在能量方面,随着应变率的增加,页岩的比能量吸收值增大;入射能随着冲击气压增加而增大,而在同一围压下,岩样的能量利用率随着入射能的增加而减小;在相同入射能的条件下,能量利用率随着围压的增大而减小。（4）开展了对围压下页岩动态压缩数值... 

【文章来源】：西南科技大学四川省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

世界部分地区地应力统计结果[1]

绪论51.2.3围压下页岩的动态压缩试验研究现状对岩石进行室内实验是目前研究岩石力学性能最基本的方法。在实际工程中，岩体往往面临着爆破、冲击等动态荷载作用，仅仅使用静力学的原理和实验研究此类问题是不合理的。如果考虑此条件下岩石的应变率效应和惯性效应，对岩石的动态力学性能研究相对于静态复杂很多。其次岩石本身材料内部结构的复杂性，使得动荷载作用下的分析也与静力学不同。而区分岩石动态行为和静态行为的主要依据是应变率的大校在岩石力学与工程学领域里，对于研究岩石材料的静态和准静态的力学问题，目前主要使用RMT岩石力学试验系统等试验装置，该试验装置的应变率一般维持在10-5~10-1s-1；而实际工程中常常面临的爆破、冲击等动荷载力学行为的作用时间很短，介质在极短时间内就会发生动力参数的改变，因此形成高应变率问题。根据现场工程了解，在岩体开挖过程中的机械冲击和爆破等实际过程中应变率一般为101~103s-1[21]，那么对岩石进行动态力学性能研究的应变率要比静态力学行为高出几个量级，所以仅用针对静态或准静态荷载问题所使用的实验装置不能满足动态力学性能试验研究。目前有许多学者通过改变试验设备，来提高加载应变率，在图1-2给出了试样在不同应变率区域的试验方法和试验装置[22]。图1-2不同应变率区域的试验方法和试验装置Fig.1-2Testmethodandtestdevicefordifferentstrainrateregions从图1-2可以看出，爆破或冲击荷载所产生的应变率主要集中在101~103s-1范围内，在此应变率下的试验装置是在1949年时Kolsky[23]提出的分离式霍普金森压杆试验装置。分离式霍普金森压杆作为研究应变率在10~104s-1范围内材料动态性能的经典试验

绪论7下页岩的应力应变曲线图，并分析页岩在不同应变率下的破坏模式及单轴抗压强度。（3）开展围压条件下页岩动态冲击试验，得到不同围压及不同应变率下的应力应变曲线，研究应变率、围压、应力峰值三者关系，并拟合得到DIF与应变率、围压的关系式。同时分析SHPB冲击试验中的能量变化规律与岩石破坏强度的关系。（4）开展页岩SHPB数值模拟计算，得到页岩K&C本构模型系数，并通过对页岩SHPB试验模拟，得到页岩在围压下的破坏过程。1.3.2技术路线根据页岩的国内外研究现状和本文的研究内容，将论文分成了图中的四个研究方向，并细分了具体的研究方法，得到了如图1-3的技术路线图。图1-3技术路线Fig.1-3Technicalroute


本文编号：3513201