摘要：基于注浆锚固裂隙砂岩单轴压缩试验结果,研究了不同锚固作用下裂隙砂岩破裂模式,探讨了锚杆根数以及预应力对裂隙砂岩破裂特征的影响,分析了含两根锚杆裂隙砂岩变形破坏过程中裂纹萌生、扩展和演化规律。结果表明:随着锚杆根数增加,裂隙砂岩最终宏观破裂模式趋于复杂,对30°裂隙倾角而言,试样逐渐由拉伸破裂过渡到拉剪混合破裂模式;而对45°裂隙倾角而言,试样逐渐由剪切破裂过渡到拉剪混合破裂模式。预应力抑制了裂隙岩样中拉伸裂纹的扩展和延伸,使得呈现的裂纹数显著少于无预应力条件下试样的裂纹数。最后以典型锚固裂隙砂岩试样为例,分析了变形破坏全过程中裂纹扩展特征。注浆锚固裂隙砂岩具有显著渐近破裂特点。

摘要：武器装药服役过程中内部容易产生缝隙等结构弱环。针对圆形缝隙开展PBX-3炸药及其模拟材料缝隙挤压加载实验。通过结构设计,使样品内部的宏观裂纹在实验结束后的拆卸过程中不发生破坏,保留裂纹原始形貌以便于观测分析。采用45°镜反射成像结合高速摄影,记录样品缝隙挤压的动态全过程。采用欧拉-拉格朗日耦合方法对炸药缝隙挤压过程进行仿真计算,用未点火情况下的实验数据进行模型参数校核,使用校核后的模型对点火情况进行再计算。基于做功和加热增加物体内能的等效性,对主导点火机制和点火时间进行分析。研究结果表明:缝隙挤压加载下样品内部形成滑移区和死区,两区分界面为锥面;对于φ0.8 mm直径的缝隙,强围压下挤压速度仅4.2 m/s即可导致点火,点火后的燃烧反应烈度随缝隙尺寸的减小而增加;数值模拟得到的挤压应力、速度及破裂模式与实验结果符合较好,滑移区与死区之间的挤压摩擦功率高达数千W/cm^(2),点火时间为百μs量级,引发点火的重要机制是滑移区-死区界面的挤压摩擦温升。

摘要：渤海油区疏松砂岩储层埋深较浅,地层天然压实作用较弱,在压裂充填过程中表现出明显的非线性塑性特征,分析和研究疏松砂岩地层压裂过程的破裂模式对于破裂压力的预测和压裂充填施工设计具有重要的实际意义。基于线性强化弹塑性岩石本构力学模型,考虑压裂液渗滤效应,建立了疏松砂岩地层弹性和塑性双区井周应力模型,通过理论分析验证了应力模型的正确性。基于岩石的拉伸破坏和剪切破坏准则,获得了疏松砂岩压裂充填过程中井壁破裂压力预测模型和4种破裂模式,并利用现场数据验证了模型的可靠性。研究结果表明:井壁屈服后塑性区呈椭圆型,且长轴在最大主应力方向;塑性模量系数越大,塑性半径越小,破裂压力越小;屈服应力越大,塑性半径越小,破裂模式由塑性拉伸破坏、塑性剪切破坏向弹性拉伸破坏变化;随内摩擦角和内聚力逐渐增加,破裂压力增加到一定值后不再变化,破裂模式由塑性剪切向塑性拉伸变化。在渤海油区常规疏松砂岩物性范围内,破裂模式主要为塑性剪切破坏。

摘要：泥页岩储层的岩石力学特性对油气开发影响极大,进行泥页岩力学特性和脆性评价方面的研究,可以为泥页岩油钻井和压裂设计工作提供技术支撑。实验研究表明,泥页岩抗压强度与围压、杨氏模量成正相关;体积应变量随杨氏模量减小而增大,随泊松比增加而增加;泥页岩破坏在低围压下以劈裂式破坏为主,高围压时多出现剪切式破坏。泥页岩的脆性与其弹性参数和矿物组成关系密切,通过数值模拟和实验测量,综合弹性参数和矿物组分两种方法提出了一种新的脆性评价方法-弹性参数与矿物成分组合法(EP&MC Method),并实现了单井脆性评价,效果较好。脆性评价既是储层岩石力学特性分析的重要内容,也是压裂选层的重要依据。

摘要：考虑岩石材料的各向异性,选用层理比较明显的板岩进行单轴压缩试验,分析力学参数的变化规律。研究结果表明:层理是板岩力学参数、强度特性及破裂模式呈现各向异性的重要原因;板岩单轴抗压强度和弹性模量均随层理面倾角的增大呈"U"型变化趋势,单轴抗压强度的各向异性比为2.8,属中级各向异性水平,试样变形模量的各向异性参数比为1.7;岩样整体泊松比随层理面倾角的增加而增大,但不同试样、相同位置的泊松比变化规律不同;岩样不同倾角的层理面是出现不同破裂模式的重要原因,0°试样形成贯穿层理面的张拉破坏,30°和45°试样基本沿层理面形成单一剪切破坏,70°试样由平行层理面的剪切和贯穿层理面的张拉组成复合破坏,90°试样形成沿层理的张拉劈裂破坏。

摘要：当钻井液密度达到安全钻井液密度窗口的上限时,井壁并不只是发生拉伸破裂,还有可能发生剪切破裂。为此,根据井壁围岩的应力分布规律,分析了井壁破裂时可能发生的各种破坏模式,并给出了相应的3个破裂压力计算公式。在此基础上,定量分析了地应力非均匀性、地应力大小、地层强度和孔隙压力对井壁破裂时破坏模式的影响规律。结果认为:地应力非均匀性较小时,井壁易发生剪切破裂,发生拉伸破裂的可能性随地应力非均匀性的增强而增大;当水平地应力较小时,剪切破裂和拉伸破裂均有可能发生,随地应力增大,发生拉伸破裂的可能性减小;地层强度和孔隙压力越大,井壁发生拉伸破裂的可能性越大。最后,通过东方13-1气田的1口井实例分析说明了在确定安全钻井液密度窗口上限时,必须考虑剪切破裂发生的可能性,应以发生拉伸破裂和剪切破裂所需钻井液密度的最低值作为安全钻井液密度窗口的上限。

摘要：为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征,开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验,分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性,并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明:(1)龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征,弹性模量在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,且围压的增加使其增加速率不断减小;0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律,这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2)相同围压下,0°试样强度最高,90°次之,30°最低,总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律,而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3)页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的,而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时,0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏,90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时,0°为贯穿层理的共轭剪切破坏,30°为沿层理的剪切滑移破坏,60°和90°为贯穿层理的剪切破坏;页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。

摘要：为研究抵抗线对柱状药包侧向爆破下岩石破碎特性的影响,采用波动理论,分析了自由面处的应力状态;采用直铜丝电爆炸模拟柱状药包爆破,开展了侧向爆破破岩的物理模型试验;再借助超高速摄像技术,观测了试件表面裂纹网的演化过程;结合爆破漏斗区形态、尺寸和碎块分布特征,研究了不同抵抗线下柱状药包爆破破岩特性。结果表明,抵抗线是控制岩石爆破破裂模式、破坏区形态和碎块块度大小的重要因素。随抵抗线增加,裂纹发育速度与密度减小,裂纹网覆盖范围增加,优先贯穿裂纹由横向转变为环向裂纹。此外,模型试验结果表明,破裂区短轴随抵抗线增加而增加。结合自由面处应力状态,利用最大拉应变准则对此进行了解释。建立了碎块块度与能量单耗之间的关系,研究成果为岩石工程爆破设计优化提供参考。

摘要：水力耦合作用下裂隙岩体的破裂力学行为及声发射特征是关系到地下工程安全建设与灾变预测预警的关键问题。利用水泥砂浆材料及声发射技术开展了室内压缩破裂试验,研究了无水及水力耦合条件下含三维裂隙试件的破裂模式、力学特性、声发射特征以及水压和裂隙倾角的影响,分析了声发射信号主频特征随岩体破裂状态的变化规律。试验结果表明:随裂隙倾角增大,试件破裂模式经历了张拉为主-拉剪复合-剪切为主的转变过程;水压增大增强了试件张拉破裂模式,而剪切破裂模式在一定程度上被削弱;随水压升高,起裂应力、损伤应力和峰值强度均持续降低,水压对起裂应力及峰值强度的影响程度存在阈值(4 MPa);试件破裂过程中声发射撞击率变化呈现明显阶段性特征,从而为起裂和损伤应力判定提供了依据;试件不同破裂状态下的声发射信号呈现不同主频特征,相对高、中、低频波的主频值域区间具有非连续性,低频和高频信号占比与试件破裂状态存在对应关系,因此可为岩体破裂状态的预测预警提供参考信息。

摘要：为了研究板裂千枚岩的微观结构及力学性质,以汶川—马尔康高速公路沿线典型的板裂千枚岩为研究对象,进行了X衍射,薄片鉴定和单轴、三轴压缩试验。结果表明:1)板裂千枚岩微观结构和矿物成分比较复杂,具有明显的脆、塑性变形和裂隙,结构稳定性差;2)板裂千枚岩的各向异性明显,结构面夹角从0°到90°,板裂千枚岩的弹性模量、抗压强度、黏聚力和内摩擦角先减小后增大,呈V型分布规律;3)板裂千枚岩的破裂模式与结构面夹角和围压的大小密切相关,其破裂模式共有顺结构面的张拉劈裂破坏、顺结构面的剪切滑移破坏、Y型张拉-剪切复合破坏、顺结构面和贯穿结构面的复合张剪破坏、贯穿结构面的剪切破坏5种类型;4)随着围压的增大,不同结构面夹角试样的强度、变形参数和破裂模式的各向异性逐渐减弱;5)最大主应力与结构面的组合方式控制着岩石的破裂模式和力学性质,这是板裂板裂千枚岩显示各向异性的根本原因。