页岩的各向异性对力学性能的影响以及应变率效应研究

摘要

页岩气是一种新型的清洁性能源，其分布广泛，储量丰富，已成为环球油气勘测探查开发的热门方向，而页岩的力学特征是影响页岩气开采全局的关键因素。但是关于页岩的各向异性和应变率效应的研究较少。因此，本文通过单轴应变试验、单轴压缩试验、三轴压缩试验研究不同层理面角度页岩各向异性对力学性质的影响以及应变率效应，内容如下：
　　（1）通过单、三轴室内压缩试验和单轴应变试验，分析了页岩力学性质的各向异性，结果表明页岩的抗压强度、弹性模量、泊松比、破坏模式、脆转延、脆性指数、前期名义固结压力、侧压系数等性质特征随着层理面角度的不同而表现出不同的变化规律，并对页岩的三轴实验结果采用SHANSEP法进行处理，建立了OCR与归一化剪切强度的关系。
　　（2）建立了基于Weibull分布的岩石统计损伤本构模型，并对三轴压缩实验的应力-应变曲线进行拟合分析。结果表明所建立的本构模型对页岩应力-应变全过程曲线的峰前阶段拟合程度较好，但是对这种脆性岩石的峰后曲线拟合不够理想。
　　（3）通过对页岩进行不同围压不同应变率的三轴压缩试验，揭示了围压及应变速率对页岩力学特性的影响规律，结果表明，围压和应变率对页岩的弹性模量、峰值强度及破裂形态等均具有显著影响，在较低围压下应变率对于页岩的力学性质的影响较为明显，随着围压进一步增大，页岩的应变率效应逐渐减弱。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标和研究内容

1.4 试验方案和技术路线

2 页岩的单、三轴试验研究

2.1 岩石力学试验系统

2.2试样准备与试验方案

2.3 单轴抗压试验结果及分析

2.4 三轴压缩实验结果及分析

2.5 三轴压缩试验下页岩破坏模式分析

2.6 各向异性对脆转延的影响

2.7 基于全应力-应变曲线对页岩脆度的分析

2.8 小结

3 页岩单轴应变试验研究

3.1 试验目的

3.2 试验内容

3.3 试验方案

3.4 试验数据处理

3.5 小结

4 基于Weibull分布的页岩统计损伤本构模型研究

4.1 岩石统计损伤本构模型的建立

4.2 模型验证

4.3 小结

5 页岩的应变率试验研究

5.1 试样准备和试验方案

5.2 试验结果及分析

5.3 破坏模式分析

5.4 小结

结论与展望

1 结论

2 展望

致谢

参考文献