恒定法向刚度边界下含陶粒砂砂岩裂隙剪切力学特性研究

摘要

含支撑剂砂岩裂隙的剪切行为对致密气开采具有重要影响。通过开展不同边界条件下两种粗糙砂岩剪切试验,探究法向应力(1~6 MPa),法向刚度(0~5 GPa/m),初始法向应力(2~6 MPa),支撑剂尺寸(16/30目,20/40目,30/50目)对含陶粒砂砂岩裂隙剪切特性的影响。结果表明:加入陶粒砂后,裂隙面的峰值摩擦角减小,剪切刚度及峰值剪应力降低,并且剪缩量增加,剪胀量减小;随着法向应力的增加,剪切强度提高。在恒定法向刚度(CNS)边界下,随着法向刚度的增加,残余剪应力提高,但峰值剪应力、最终剪胀量和表观摩擦角降低。随着初始法向应力增加,峰值剪应力、残余剪应力及剪切刚度均提高,且变化幅度高于法向刚度的影响;初始法向应力的增加抑制了裂隙面的剪胀,提高了裂隙面的表观摩擦角。随着陶粒砂尺寸的减小,剪切强度提高,剪胀位移增加。