径高比对细砂岩压缩破坏特征及强度影响研究

以陕北榆神矿区河兴梁井田内的煤层顶板砂岩为研究对象,采用单轴抗压试验,对直径为50mm、径高比为0.5和直径为70mm、径高比为0.7的岩石试样进行了单轴压缩,分析了两种不同径高比完整岩石试件的峰后破坏形式以及端部约束效应在单轴抗压强度试验中对两种不同径高比试件试验结果的影响,验证了将直径为70mm、径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度转换为直径为50mm、径高比为0.5的标准形态岩样单轴抗压强度时单轴抗压强度经验换算公式的适用性。试验结果表明：单轴压缩条件下,0.7径高比完整试件的破坏形态以压裂破坏为主,而0.5径高比完整试件的破坏形态则以剪切破坏为主|端部约束条件相同时,0.7径高比岩样经单轴抗压强度经验换算公式所得的计算值在一定范围内大于0.5径高比标准形态岩样实测单轴抗压强度值|对于细砂岩,将径高比为0.7的非标准形态岩样单轴抗压强度值转换为径高比为0.5的标准形态单轴抗压强度值时,上述公式具有较好的可靠性、可比性和适用性。     

非标准岩样室内力学试验的几种处理方法

本文解释了室内岩石力学试验中使用非标准岩样的主要原因。参考国内外部分相关研究成果，针对高径比非标准岩样的单轴压缩试验、尺寸大小非标准岩样的单轴压缩试验和小直径岩样三轴试验等3种情况，提出适合工程应用的处理方法：将试验结果乘以高径比修正系数或直径修正系数，以及在小直径岩样三轴试验中采用轴向应力计算公式。上述方法具有较好的可靠性、可比性、通用性和可操作性。     

灰岩强度的尺度效应研究

通过水口山康家湾矿采集的岩样,利用岩石力学试验机对不同直径和不同高度的灰岩进行了大量的单轴压缩试验,研究了不同高径比岩样的变形和破坏形式。结果表明:岩石高度对岩石强度峰值以前的变形特性没有显著的影响;当直径一定时,随着长度的增大,岩样的破裂形式由复杂的平行破坏变为剪切破坏。同时指出,通过增加垫块的刚度可以减小端面的摩擦效应。同时对由于取样造成的岩样强度降低的原因进行了分析。     

加载速率影响下的岩石尺寸效应及声发射特征

为研究岩石在不同加载速率条件下岩样尺寸对峰值强度、声发射时空特征等力学性质的影响,采用数值模拟和数据拟合相结合的分析方法,对5组不同高径比试件进行了不同加载速率条件下的单轴压缩模拟试验。结果表明:岩石峰值强度与加载速率呈正相关,与岩样高径比呈负相关,两者关系均可用关系式进行表述。不同高径比试件加载速率对岩石尺寸效应起主导因素,当L/D≥2时,岩样尺寸效应逐渐减弱;同时岩石在不同加载速率条件下对声发射影响也比较显著,当试样高径比L/D≤2时,声发射数在峰值强度后较多,整个过程中声发射数先逐渐增加后逐渐减少,呈现出渐进型变化规律;当L/D2时,声发射数较少,在峰值强度之后出现很明显的声发射事件,属于突跃型变化规律,对利用声发射特性预测不同尺寸岩样单轴压缩破裂来临有一定的参考意义。     

饱水岩石水稳试验及力学特性研究

针对岩石的水稳定性问题,利用赵楼、万福、南屯煤矿岩样,进行了系统的沉积岩水稳定性特征试验研究.结果表明:岩样的水稳定性差异随高岭石、伊利石和伊蒙混层的相对定量而变化,且受岩石裂隙率的影响;岩石饱水后,强度降低,受层理构造影响,抗压、抗拉破坏形态岩石多伴随或主要呈现层状破坏;岩石抗拉强度具有显著的时间效应,可用负指数进行表达.     

布尔台煤矿侏罗纪沉积岩特征及对物理力学性质的影响

为了查明布尔台煤矿侏罗纪砂岩微观特征与其物理力学性质的定量关系,通过岩石单轴抗压实验、薄片偏光显微镜试验和声波速度测定试验,研究了岩样微观结构、宏观力学性质和声波速度,并采用数理统计方法定量分析了侏罗纪砂岩平均粒径、颗粒分选性对其宏观力学性质和声波速度的影响。结果表明:布尔台煤矿沉积岩微观结构特征影响岩石的宏观力学性质,碎屑颗粒平均粒径减小、分选程度好,导致岩石密实度增大,孔隙度减小,岩石的力学性质增强,这一特征有别于石炭二叠纪煤系砂岩,后者的力学强度随粒度增加有增大趋势;岩样平均粒径、分选性影响其声波速度,当岩样平均粒径减小,碎屑颗粒分选性越好,则其致密性越高,岩样的声波速度越大。     

石油工程岩石强度与变形尺度效应研究现状综述与展望

岩石强度与变形存在显著的尺度效应,致使实验室尺度的岩样强度与变形测试结果不能直接应用于工程范围的大尺度岩体或微纳米级尺度的岩屑(矿物)。实现岩石强度与变形的跨尺度表征,即基于常规岩心测试手段,结合跨尺度表征方法来预测其他尺度的岩石力学参数和变形规律对于油气高效、经济、安全开采具有重要意义。本文在充分调研了国内外关于岩石强度与变形尺度效应研究的基础上,介绍了当前研究岩石强度与变形尺度效应的主要理论、主要认识和影响因素,并对石油工程领域岩石强度与变形尺度效应的研究方向进行了展望。     

加载速率对不同岩性岩石Kaiser效应影响

选取3种不同岩性的岩石,进行2次不同加载速率的单轴循环加载试验,结合声发射技术,分析加载速率对Kaiser效应的影响。结果表明:若前期所承受过的最高应力水平超过损伤应力时,Kaiser效应失效,Felicity效应成立。Felicity比的变化趋势也能充分反映岩石损伤的演化过程。基于应力和其他物理力学参数的Felicity比均随着加载速率的增加呈增大趋势。加载速率对脆性岩石的Kaiser效应影响较小,对塑性软岩的Kaiser效应的影响显著。岩石内部矿物成分、含量、胶结方式和结构等差异,导致了各种岩石力学特性和声发射特征的不同。加载速率越大,岩石的峰值强度越高,累计振铃计数越小。     

复合岩石力学特性的厚度效应

通过对复合岩石在不同厚度比下的单轴压缩试验研究,作者发现;厚度效应对复合岩石的力学特性有很大的影响。本文以试验数据为基础,对复合岩石在不同厚度比下的强度特征,变形特征作了详细的讨论。     

三岔河矿区矿体岩石物理力学试验研究

通过对三岔河矿区岩体进行试验研究,得出了该矿区具有代表性岩石的密度、单轴抗拉强度、单轴抗压强度、剪切强度、内摩擦角、粘聚力、弹性模量和泊松比等岩石的物理力学性质;并通过对岩石物理力学参数进行工程处理,得到了符合工程实际的岩体力学参数,为开采设计、物理模拟、数值模拟和实际生产提供了科学依据。     

深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性试验

为研究深部花岗岩物理力学参数随赋存深度变化的变异性,通过对某金矿19～1 320 m深度水平的花岗岩岩样的岩石参数(单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、天然重度等)统计分析,结果发现,岩石参数变异系数大小顺序为：弹性模量>单轴抗压强度>黏聚力>泊松比>内摩擦角>天然重度;单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、内摩擦角、天然重度随着深度增加有线性增大趋势,而泊松比随深度增加有线性减小趋势;根据地质统计学的变异函数,拟合出岩石参数最优模型,分析了岩石参数的空间变异性质,天然重度在赋存深度尺度内变异性小,而弹性模量和单轴抗压强度变异性较大。以岩石试验为基础,对不同赋存深度的岩石物理力学性质进行分析,揭示了岩石参数随赋存深度变化的规律及变异性,对深部开采有一定参考意义。     

炭质泥岩单轴加载RFPA~(2D)数值模拟

通过数值模拟软件RFPA~(2D)对炭质泥岩单轴加载的力学行为进行研究。在单轴加载条件下分别模拟了岩石破坏过程、岩石凯瑟效应、不同尺寸对岩石破坏的影响。研究表明:单轴加载条件下,岩石的破坏过程与声发射情况相对应;用数值模拟验证了岩石的Kaiser效应;针对岩石不同尺寸的影响,采用高径比为2的标准试样进行模拟,发现150 mm×300 mm是岩石强度的分界点。     

高突出倾向性煤的力学性质试验及研究

为了研究高突出倾向性煤的性质,通过YAW-3000全自动压力试验机和YAD-2000型微机控制电液伺服岩石压力试验机分别对高突出倾向性煤样进行了巴西劈裂试验、单轴抗压试验和角模压剪试验,得到了高突出倾向性煤的有关力学性质和参数。     

某矿岩石力学特性及力学参数相关性研究

通过对矿区代表性岩样进行物理力学性质试验研究,得到岩石的基本物理参数和弹性模量、泊松比、抗压强度及抗剪强度等主要力学参数。分析含水率对岩石单轴抗压强度的影响,围压对岩石三轴抗压强度、弹性模量的影响,并对岩石抗压强度和弹性模量的相关关系进行回归分析,得到了二者的最佳相关关系式。试验结果,可为矿山数值分析、深部采场结构参数优化等提供基础数据;拟合得到的岩石抗压强度、弹性模量关系式,可在基础数据缺乏时提供参考。     

岩石PFC2D模型细观参数确定方法研究

目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开,而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验,采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力学指标的影响程度,并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。研究结果表明：采用标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近,能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式,证明了标定方法的可行性。二维颗粒流程序PFC^2D对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差,这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒,而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。     

不同应变率下冻融损伤大理岩的动态压缩特性研究

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验.试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻结对岩石有强化作用,随着冻融循环次数增加,岩样状态对岩石强度的影响逐渐减弱,两种应力因子逐渐接近１;冻融循环对岩样动态强度的劣化作用集中在冻融前期,冻融循环后期岩样动态强度变化不大;随着冻融循环次数增加,岩样动态强度的应变率效应逐渐减弱,且冻融循环对应变率效应的弱化作用也集中在冻融前期.     

冻融循环条件下岩石物理力学指标相关性分析

为了得到冻融循环条件下岩石强度指标与物理指标的关系,在室内实验和理论分析的基础上,建立了冻融循环过程中岩石抗压、抗剪强度力学指标与纵波波速、孔隙率物理指标的关系。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石的孔隙率增大,纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力降低;冻融循环条件下粗砂岩的孔隙率、纵波波速与单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力之间具有良好的相关性。通过测量经历不同冻融次数的岩石的孔隙率和纵波波速,较好地反映出冻融循环过程中岩石强度的衰减关系。     

干热岩储层高温条件下岩石力学特性研究

为了更准确掌握高温条件下干热岩储层的岩石力学性质,进一步指导干热岩钻井施工,通过室内试验进行了实时高温条件下的巴西劈裂试验、剪切试验、单轴压缩试验。单一试验采用同一钻孔同一深度采取的岩样,通过高低温箱控制器设置温度和恒温时间,以恒位移速率0.1 mm/min对试样进行加载,减少岩石宏观力学性质的离散性和试验过程偏差对试验结果的不利影响。试验样品为山东省文登—荣成—威海地区LGZK1井采取的二长花岗岩,通过获得试样破坏时的最大荷载值和变形数据,计算其抗拉强度、抗剪强度、抗压强度、弹性模量等力学性质参数,分析实时高温条件下岩石内部破坏机理和岩石强度差异。研究结果表明,在200℃以内,花岗岩的抗剪强度和单轴抗压强度升高、抗拉强度降低;随着温度的进一步升高,花岗岩的抗剪强度和单轴抗压强度降低,而抗拉强度持续降低;储层岩体温度和应力的升高,将使岩石的硬度增加、塑性增强。这些认识可为高热流花岗岩岩石力学性质的进一步研究提供基本参数,为高热流花岗岩型干热岩资源勘探开发过程中碎岩机具的选型、钻井工艺的选择、井壁稳定的控制等提供参考依据。     

双孔洞式双裂隙类岩石力学特性及裂纹扩展分析

为了研究单轴压缩下含有双孔洞和双裂隙缺陷岩石的力学响应,通过完整类岩石室内单轴压缩试验和颗粒流程序PFC~(2D)模拟试验试样的弹性模量和峰值强度等相关参数及破坏形态的对比分析,最终选取一组合理的细观参数,对双孔洞、双裂隙和双孔洞式双裂隙试样进行单轴压缩模拟试验。研究表明:双孔洞和双裂隙缺陷显著弱化了岩石抗压承载的力学特性,双孔洞缺陷的弱化效应大于双裂隙,随裂隙的倾角增大,双裂隙对岩石的弱化作用逐渐减小,且双孔洞和双裂隙对岩石产生的共同弱化效应小于叠加弱化效应;当裂隙的倾角较小时,试样的初始裂纹萌生于裂隙尖端和孔洞与裂隙的岩桥,孔洞与裂隙较容易贯通,随倾角增大,孔洞的上下部开始萌生初始裂纹,且当倾角为90°时,初始裂纹仅萌生于孔洞的上下部,孔洞与裂隙不贯通;双孔洞式双裂隙试样的破坏模式主要为拉伸破坏,且拉伸破坏主要发生在孔洞的上下部、外侧和裂隙的尖端,剪切破坏主要在孔洞与裂隙的岩桥产生。     

基于尺寸效应的岩石声发射时空特性数值模拟

为研究不同大小尺寸岩石破坏过程中的声发射时空分布和演化规律及其对岩石破坏过程声发射的影响,以某矿山岩石力学参数为依据,利用数值软件对相同高径比、不同大小尺寸的6组岩样进行试验研究。试验表明当岩样尺寸小时,大的声发射事件主要出现在岩样大破裂贯通前后,声发射在岩样中从当初的随机性分布,到过峰值载荷之后大量集聚在岩样中部。试样尺寸较大时,未达到峰值应力前声发射较少出现,且分布弥散,大的声发射事件仅在峰值载荷后出现1次,其能量和数量均是声发射历史上最显著的,在试样中两处聚集成核,这与不同尺寸岩样内部包含不同缺陷强度离散性有密切关系。