张拉作用下页岩裂缝扩展演化机制研究

摘要

为深入认识张拉作用下页岩裂缝的扩展演化机制及其层理方向效应,通过三点弯曲和巴西劈裂试验,系统研究张拉作用下不同层理方位页岩裂缝的扩展演化形态,探讨裂缝的扩展演化机制及其层理方向效应。结果表明:(1)三点弯曲时,裂缝沿Arrester方位扩展时,会出现弱层理开裂和断裂路径偏移,易分叉、转向形成复杂的扩展形态;裂缝沿Divider方位扩展时,会出现断裂路径偏移,易剪切转向;裂缝沿层理扩展时,断裂路径为层理,较平直,无转向现象。(2)巴西劈裂时,层理方位对裂缝的起裂点、起裂机制、扩展路径和扩展机制等影响较大;垂直或斜交层理加载时,裂缝多自加载鄂起裂,扩展路径一般呈弧形,多伴随沿层理和贯穿层理的剪切破裂,且扩展中张拉和剪切断裂此消彼长,共同控制裂缝的扩展形态;仅Short-Transverse方位裂缝自圆盘中心起裂,扩展路径为层理,无转向现象,为纯张拉裂缝。(3)张拉裂缝沿层理扩展时,应力能促使其转向;而当张拉裂缝垂直或斜交层理扩展时,易出现分叉、转向和弱层理开裂等复杂扩展行为,形成相对较复杂的扩展形态;裂缝的复杂扩展行为与受力条件、裂缝与层理的相对方位直接相关,层理和受力条件对裂缝的扩展起主控作用。