發(fā)布時(shí)間：2021-01-23 14:14

　　為了研究頁(yè)巖真實(shí)的損傷演化機(jī)理,探究層理方向、圍壓對(duì)頁(yè)巖巖石力學(xué)性質(zhì)的影響,并建立頁(yè)巖損傷本構(gòu)方程,利用聲發(fā)射技術(shù),進(jìn)行了陸相頁(yè)巖單、三軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)、頁(yè)巖巴西劈裂實(shí)驗(yàn)、頁(yè)巖I型斷裂韌性測(cè)試實(shí)驗(yàn),分析不同圍壓下、不同層理方向下,頁(yè)巖損傷演化特點(diǎn)、巖石破壞特征、聲發(fā)射信號(hào)特點(diǎn)、應(yīng)力-應(yīng)變等巖石力學(xué)特征,并給出合理的理論分析。研究結(jié)果表明,頁(yè)巖受載初期內(nèi)部的微孔洞、微裂隙、宏觀裂縫、層理被壓實(shí),損傷減小,應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率不斷增大,頁(yè)巖彈性模量不降反增,曲線呈下凹型,受載巖石損傷不是單調(diào)增大,而是先減小后增大。建立了更加合理的基于聲發(fā)射特征的頁(yè)巖單軸壓縮損傷本構(gòu)方程,由建立的本構(gòu)方程得出的應(yīng)力-應(yīng)變曲線與實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變曲線吻合度更高,對(duì)以往損傷理論進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。聲發(fā)射探頭能夠捕捉巖石的壓密、裂紋的擴(kuò)展和連通信息,聲發(fā)射信號(hào)能夠反映頁(yè)巖內(nèi)部微細(xì)觀損傷演化過(guò)程。聲發(fā)射信號(hào)只與損傷演化有關(guān),與損傷變化劇烈程度無(wú)關(guān),聲發(fā)射信號(hào)總是與損傷近似呈現(xiàn)線性關(guān)系。層理屬于弱膠結(jié)面,對(duì)頁(yè)巖抗拉強(qiáng)度、I型斷裂韌性具有重要影響,不同層理方向的頁(yè)巖抗拉強(qiáng)度和I型斷裂韌性各向異性明顯,對(duì)層理性巖石進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：56 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

聲發(fā)射信號(hào)簡(jiǎn)化波形參數(shù)的定義

第二章單軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)132.4.2不同層理方向的頁(yè)巖單軸壓縮破壞形態(tài)實(shí)驗(yàn)巖心破壞后形態(tài)如圖2-4所示：圖2-41-4號(hào)頁(yè)巖巖心壓縮破裂形態(tài)從1-4號(hào)頁(yè)巖巖心壓縮破裂形態(tài)可以看出，垂直層理巖心多產(chǎn)生局部崩解破壞，平行層理巖心多出現(xiàn)沿層理面的拉伸破壞，裂縫貫穿整個(gè)巖心，表現(xiàn)出了明顯的各向異性。頁(yè)巖層理面的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于頁(yè)巖基質(zhì)的抗拉強(qiáng)度，層理面極易產(chǎn)生拉伸破裂、剪切破裂，破裂方向與層理面平行。在較低的應(yīng)力下，平行層理巖心層間軟弱面和微裂紋便率先緩慢、有序張開(kāi)與延伸，導(dǎo)致巖石容易發(fā)生破壞，降低了巖石強(qiáng)度。垂直層理巖心在應(yīng)力加載初期，微裂紋、層理面等空間被壓縮閉合，沒(méi)有發(fā)生層間破壞，巖石被壓密，損傷減小，抗壓能力反而增強(qiáng)。2.4.3單軸壓縮過(guò)程中，頁(yè)巖聲發(fā)射特征分析巖心單軸壓縮過(guò)程中聲發(fā)射撞擊數(shù)、撞擊累計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖2-5所示。從圖中可以看出：在壓密階段，主要是裂縫、層理和孔隙在壓力的作用下產(chǎn)生收縮、閉合，微裂隙、微孔隙基本沒(méi)有發(fā)生擴(kuò)展，聲發(fā)射信號(hào)主要來(lái)自于壓密作用產(chǎn)生的摩擦，出現(xiàn)的聲發(fā)射信號(hào)較少，處于聲發(fā)射平靜期；在彈性變形階段，產(chǎn)生新的微裂隙，原有的微裂隙穩(wěn)定擴(kuò)展，但連通較少，聲發(fā)射信號(hào)依然處于較低水平，仍然屬于聲發(fā)射平靜期；在彈塑性變形階段，產(chǎn)生較多微裂隙，微裂隙充分發(fā)展，部分微裂隙開(kāi)始貫通，應(yīng)力-應(yīng)變曲線偏離直線，聲發(fā)射信號(hào)開(kāi)始活躍；峰后破壞階段，在應(yīng)力峰值以后，宏觀裂縫貫穿巖心，巖石瞬間產(chǎn)生破壞，形成劇烈的應(yīng)力降，包含了豐富的損傷演化信息，產(chǎn)生劇烈的聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射信號(hào)急劇增加。壓密階段、彈性變形階段、彈塑性變形前期有聲發(fā)射現(xiàn)象，但是比重較小，聲發(fā)射主要發(fā)生在彈塑性變形后期和峰后劇烈破壞階段。1號(hào)、2號(hào)頁(yè)巖聲發(fā)射累計(jì)曲線比

第三章三軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)15第三章三軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)本章主要進(jìn)行了變圍壓下的頁(yè)巖三軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，圍壓分別為0兆帕，10兆帕，20兆帕，目的是得到不同圍壓下頁(yè)巖抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、聲發(fā)射信號(hào)、巖石破壞形態(tài)特點(diǎn)，理論分析圍壓對(duì)頁(yè)巖巖石力學(xué)性質(zhì)和聲發(fā)射信號(hào)特點(diǎn)的影響，分析聲發(fā)射信號(hào)與巖石三軸應(yīng)力下破壞損傷演化之間的內(nèi)在關(guān)系。3.1實(shí)驗(yàn)原理巖石縱向不斷受壓縮時(shí)，巖石內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生損傷，同時(shí)釋放出彈性波，彈性波可被聲發(fā)射探頭捕捉，形成聲發(fā)射信號(hào)。聲發(fā)射信號(hào)來(lái)源于損傷，本身包含著巖石損傷演化的重要信息。利用實(shí)驗(yàn)儀器給巖心施加不同圍壓，就可以進(jìn)行不同圍壓下的頁(yè)巖三軸壓縮損傷破壞實(shí)驗(yàn)。3.2實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所用巖石來(lái)自于鄂爾多斯盆地頁(yè)巖露頭，屬于延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段巖石，具有明顯的層理結(jié)構(gòu)，為了避免層理的影響，本次實(shí)驗(yàn)全部進(jìn)行平行層理取心。使用大型切割機(jī)將取回的頁(yè)巖露頭切割成寬度約為15cm的巖石塊，便于利用線切割機(jī)（廠家為南通華興石油儀器有限公司，型號(hào)QT5625）進(jìn)行頁(yè)巖巖心的割取，沿平行層理方向取心，巖心按照Φ25mm×50mm的標(biāo)準(zhǔn)制備，線切割機(jī)割取的巖心表面光滑，形狀規(guī)則準(zhǔn)確，加工過(guò)程不會(huì)對(duì)巖心造成二次傷害。圖3-1利用巖心線切割機(jī)進(jìn)行頁(yè)巖巖心的割取3.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程三軸壓縮聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)儀器采用美國(guó)GCTS-RTR1500高溫高壓多功能巖石三軸測(cè)試系統(tǒng)，加載方式為位移加載，控制速度為0.05mm/min，使用PAC聲發(fā)射儀對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，每組頁(yè)巖三軸聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，聲發(fā)射傳感器固定

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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