水力劈裂过程中裂隙体积的估算

由于水力劈裂技术应用领域越来越广泛,评价裂隙劈裂效果变得越来越重要。本文对水力劈裂过程中裂隙的体积进行简单的探讨。文中给出了水力破裂过程中裂隙的概念模型,推导了该模型下求解裂隙体积的计算公式,并利用现场水力劈裂试验结果对裂隙进行估算。

三轴压缩下砂岩裂隙演化规律研究

基于恒定围压下砂岩的三轴压缩试验,得到不同围压下的应力应变曲线。认为压缩过程中的体积应变是由基体材料的弹性体积应变和裂隙体积应变组成,通过计算得到裂隙体积应变在压缩过程中各阶段随各应力、应变的变化关系,从而得到裂隙演化规律。

热损伤后北山花岗岩裂隙演化及渗透率试验研究

以高放废物重点预选场址甘肃北山花岗岩为研究对象,开展了不同温度和不同加热速率高温损伤后岩石压缩全过程渗透率试验。研究发现:(1)饱水率、波速、弹模、峰值强度等物理力学性质及渗透率突变温度阈值均在500℃~600℃之间;低于500℃处理后试件的初始渗透率无明显变化,600℃处理后,晶内裂纹的大量出现使裂纹连成网络,岩石的初始渗透率急剧增长,增长幅度达2~3个量级。(2)低于5℃/min,岩石的损伤主要由造岩矿物颗粒热膨胀系数和弹性模量的不同导致在颗粒间形成热应力造成的;高于5℃/min,温度梯度导致的热应力将诱发裂纹。(3)电镜扫描显微图像显示100℃~573℃处理后裂纹主要集中在晶粒边界,高于573℃处理后长石和石英晶体内相继出现穿晶裂纹,晶内破裂均贯通整个晶粒,与周围裂隙网络连接。(4)热处理后试件渗透率出现2种不同的渗透类型:600℃以下处理后试件在压缩全过程随应力增加渗透率分为下降段、水平段、稳定增长段和急剧上升段;600℃以上高温处理后,渗透率在压缩全过程持续降低。(5)弹性阶段前渗透率与裂隙体积应变呈现良好的线性关系,随裂隙体积的减小,渗透率降低。

片岩损伤裂隙系统生成及裂隙率间接定量表征方法研究

在岩石试验机上对标准片岩试件进行轴向预压,使试件内部微裂隙自由扩展、连通,以模拟工程扰动形成的损伤裂隙系统.采用纵波波速间接定量表征片岩试件的损伤,从而得到含有一定损伤裂隙系统的标准片岩试件,用于研究经受一定损伤作用后岩石的物理、力学等特性.对预压后的试样进行冻融循环试验,并对不同冻融损伤状态下的试件进行超声波测试和单轴压缩。经非线性回归分析发现,纵波波速和单轴抗压强度之间相关性显著.研究方法和成果对于岩石损伤的定量表征和含一定损伤岩石试件的制备具有指导意义.

干湿循环作用下膨胀土裂隙发育规律及影响因素

工程实践中不同类型膨胀土裂隙发育程度与其对应的胀缩强弱等级有着不完全一致的现象,为探明原因,以广西地区4种不同胀缩等级的膨胀土为研究对象开展室内干湿循环试验,用CT扫描、图像数字处理等手段进行裂隙观测,以体积裂隙率作为膨胀土裂隙发育量化指标,同时通过土性特征、微观结构、抗拉强度等方面分析膨胀土裂隙发育程度的主要控制和影响因素。试验表明:4种膨胀土裂隙发育程度随干湿循环次数增加而增加,自由膨胀率、黏土矿物相对含量、比表面积等指标与膨胀土胀缩强弱程度有关;而微观结构特征是裂隙发育的内因,不同的微观结构特征裂隙发育程度有所不同,且闭式絮凝状结构的裂隙发育最大;膨胀土抗拉强度指标与裂隙发育程度有一定的相关性,可为膨胀土裂隙发育程度的预测提供参考依据。

低温作用下煤体细观结构变化及相变致裂实验研究

为了研究低温作用下煤体细观结构演化规律,采用CT扫描不同冻结温度下干燥和饱水煤样细观结构图像,构建三维可视化裂隙模型,探究冻结煤体裂隙演化机理。研究结果表明:随着温度的降低,煤样内部产生的拉应力逐渐增大,加之,冰水相变产生冻胀力,导致煤样内部裂隙网格不断扩展演化;冰水相变产生的冻胀力是饱水煤样和干燥煤样裂隙演化具有差异性的原因,孔隙、裂隙水冰点随着孔隙、裂隙的半径减小而逐渐下降,从而导致壁厚较大的裂隙中水分先行冻结,随着温度的继续降低,壁厚较小的裂隙中水分才发生冻结。

用单轴抗压强度试验分析瑞典sp废物罐回取试验中的岩石损伤(英文)

废物回取试验是一个在瑞典sp地下实验室完成的,历时近5a,为全尺寸处置库模拟加热试验。试验在一个直径φ1.75m、深度8.5m的钻孔中进行。开挖和加热后周边岩石中的温度升高、应力改变,因此,试验中岩石中可能产生的损伤是工程设计中关心的课题之一。为此,试验结束后,在试验孔3个不同深度处沿垂直和平行于最大主应力方向施打6个深度约1.5m的近水平取样孔,并采集了12组岩样。对这12组岩样用MTS815岩石力学试验系统进行了单轴抗压强度试验。从单轴抗压强度、裂隙起始应力、裂隙损伤应力、最大裂隙体积应变和最大总体变进行了对比和分析,试验结果分析表明:从最大裂隙体积应变分析,在垂直于最大主应力方向的处置孔孔壁的岩石上可能存在一些轻微的微破裂为特征的损伤。从宏观力学特性来说,岩石没有任何可测的损伤。

不同围压下花岗岩σ_(cc),σ_(ci)和σ_(cd)的确定

为研究不同围压下裂隙闭合应力阈值σcc,起裂应力阈值σci和损伤应力阈值σcd,对髙放废物地质处置新疆预选场址雅满苏YM01号钻孔岩心进行了三轴压缩试验和巴西劈裂试验.应用裂隙体积应变模型、移动点回归法和声发射确定了σcc,σci和σcd;通过分析不同方法确定各阈值的适用性,优化了一套确定各阈值的综合方法;分析了不同围压下σcc,σci和σcd与围压的关系：σcc受围压的影响不明显,σcc=σ1=50-65MPa;σci为裂隙张拉破坏的起点,起裂强度满足格里菲斯强度理论;σcd与峰值抗压强度σc线性关系明显,损伤强度满足摩尔-库伦强度理论.

保德与韩城地区不同尺度煤样渗透率的应力敏感性试验

选取鄂尔多斯盆地东缘保德与韩城地区的煤样进行不同应力条件下的应力敏感性试验,探讨煤岩尺度对煤的应力敏感性的影响规律。结果表明:小尺度煤样的应力敏感性比大尺度煤样变化更为显著,渗透率变化也更大;经历有效应力的一次升降之后,煤样渗透率均有不同程度的损失,尺度较小的煤样渗透率恢复率要低于大尺度煤样;在有效应力变化率相同时,小尺度煤样的裂隙体积变形大于大尺度煤样,其压缩系数也远高于后者;尺度效应在中低阶煤储层中较中高煤阶储层更为明显;保德区块原生结构煤发育,开发过程中煤层应力敏感性较弱,煤层气产气效果好;韩城区块糜棱煤发育,开发过程中煤层渗透率敏感性增强,煤层气产气效果低;相比于煤样尺度来说,煤阶对煤样的应力敏感性影响小得多。

三轴压缩下砂岩统计损伤本构模型探究

在恒定围压下对砂岩进行三轴压缩试验,得到不同围压下的应力应变曲线。基于压缩过程中的裂隙体积应变来定义损伤变量,并假设裂隙体积应变的增量服从威布尔分布,考虑岩石压缩的非线性弹性性质和残余应力的影响,采用应变等效假说理论推导了三轴压缩下砂岩的统计损伤本构模型,并对该理论模型进行试验验证,且探讨了不同围压下各模型参数的物理意义及变化规律。研究结果表明,该模型的正确性和合理性。