文摘

的层理结构生成页岩沉积和形成,导致页岩与著名的各向异性特征。这取决于稳定,控制石油和天然气的存储和深度开发。此外,机械和床上用品页岩渗透率的部分是非常复杂时在地下空间耦合的高压力和高渗透。在这项研究中,黑色的床上用品页岩为研究对象,使用和一系列三轴shear-seepage耦合进行了测试。首先,三轴剪切stress-shear应变曲线和permeability-shear压力曲线不同的层理其他三轴shear-seepage耦合条件下页岩。其次,页岩的故障特点和剪切变形特征下shear-seepage耦合效应进行了探讨。剪切应力阈值和渗透率演化法在每个阶段的剪切破坏进行了讨论。第三,抗剪强度、失效模式和机理参数黑色层理页岩在不同法向应力和渗流压力进行了研究。第四,线性mc标准,需要标准,Hoek-Brown标准描述页岩的破坏强度的变化与层理方向下三轴shear-seepage耦合。这些结果为研究提供实验依据的各向异性力学特性和破坏机理层面下页岩shear-seepage耦合。

1。介绍

近年来,页岩气储存在页岩一直是至关重要的,非传统的,战略补充能源。黑色页岩是一种沉积岩与复杂的成分,和大量的黑色的床上用品页岩存在中国西南部。由于积累mesomineral粒子沉积的形成过程中,页岩具有明显的层理结构和各向异性力学特性(1,2]。在提取页岩油和页岩气,至关重要的是,保持稳定的深耦合条件下的垂直和水平水井高地应力和高渗透压力。页岩在水平轴的稳定井深埋的技术瓶颈之一是页岩气发展在高地应力和渗流压力耦合。然而,由于页岩的各向异性是复杂和难以理解,井眼不稳定通常是不及时控制,导致频繁的井眼坍塌(3]。因此,它的现实意义,研究了各向异性强度特征、行为机制,和失败定律shear-seepage耦合条件下页岩。

一些学者研究了页岩的各向异性力学特性不同的层理结构(4,5]。Mokhtari称和Tutunco6]研究了页岩的各向异性行为在不同的温度下通过一系列三轴stress-seepage耦合测试。金等。7马塞勒斯页岩的静态力学性能研究,显示突出的各向异性特征的机械和损伤机制。此外,它逐渐发现床上用品页岩的各向异性随围压的增加(8- - - - - -10]。曹et al。11]研究海洋页岩的失效模式和分段分形行为基于弹性应变能的特点在页岩的失败过程,提出了一种新的方案来评估页岩使用的各向异性分形维度和弹性应变能之间的关系。李等人。12]建立了各向异性的正向建模理论,提出了一个定量评价方法评价的影响层面页岩在地震波场的各向异性特性。排水系统的基于多级三轴压缩试验,Piane et al。13)的力学性能和各向异性特征研究波速在盐水页岩和获得各向异性应力的各向异性特征的影响超声波速度。王等人。14]研究了声速及声发射层页岩。亨et al。15]研究了剪切破坏演化机理和层理方向影响页岩与不同的织品的直接剪切试验。贾et al。16)建立了微观物理模型基于页岩裂缝的页岩裂缝滑移剪切滑移测试和讨论了页岩矿物组成的微观控制机制在抗剪强度和稳定发展。陆et al。17对床上用品进行了直剪试验页岩和提出了一种新的各向异性剪切破坏准则考虑页岩的微观结构和各向异性。大量的研究人员(18- - - - - -21)进行了巴西分裂状层理页岩样品测试,结果表明,当加载方向不同于层理方向,有明显的各向异性特征分割抗拉强度、脆性强度和破坏机理。

除此之外,一些学者研究了水对页岩的各向异性力学性能不同的层理结构通过实验室测试和技术手段。刘和盛22)进行了CT扫描观察页岩,发现页岩水化后成为松散的内部结构和扩大被水浸,裂隙的相互渗透,原骨折在层理面扩大,和各向异性系数增加。腾et al。23]分析了巴西分割测试研究很多床上用品页岩具有不同含水量和得出的结论是,页岩是受到水的影响,导致抗拉强度的降低页岩。她等。24]评价水扩散的变化规律在页岩及其损伤演化律基于测试结果,和页岩与水相关的损伤演化方程的推导。卢et al。25)用RFPA2D-Flow数值模拟软件研究页岩的破坏机理与不同的层理方向渗流的耦合和压力。凯里et al。26洪水]使用一个断裂的核心设备和x射线断层扫描结合FDEM模拟研究裂缝渗透率页岩的行为。结果表明,页岩垂直于层理直接剪切载荷开发更复杂的网络骨折和渗透率达到顶峰。鲜et al。27]研究了剪切骨折引起的视渗透率特征层页岩在高三轴应力和断裂几何学和表观渗透率之间的关系通过剪切试验。其他学者(28- - - - - -30.]研究了页岩钻孔的稳定性和崩溃区考虑自然地质身体和床上用品的机械性能弱结构的飞机,这对钻井技术渗透提供指导和建议,脆、硬床上用品页岩。Zhang et al。31日]分析了水分活度对页岩的影响,发现各向异性的影响页岩的抗压强度随含水量的增加,这是控制机械行为的主要因素。

上述研究主要集中在钻孔的稳定性和考虑水活性的作用在提取页岩油和页岩气。然而,很少有研究在深钻孔的变形和稳定页岩水平井渗流的耦合效应下的压力和高地应力。由于不同层理方向确定页岩渗透率的各向异性,裂缝特征,和失败的力量,层理方向和层结合强度的特点也严重影响了石油和天然气的存储容量。此外,各向异性的稳定页岩洞穴挖掘今天已成为一个重要研究课题。因此,本文进行了剪切渗流耦合测试页岩与不同层理方向在不断的法向应力加载的10、20、30 MPa和5 MPa的渗透压力。强度、变形、失效模式、剪切破坏机理,三轴shear-seepage耦合下的页岩和其他各向异性特征进行了研究。在此基础上,剪切强度的变化特征的耦合效应下的页岩三轴剪切渗流进行了研究,和渗透率的演化规律在页岩的渐进损伤和变形过程进行了分析。床上用品的飞机对强度的影响的机理特点及失效机理被揭露出来了。

2。测试原理和方法

2.1。样品制备

采用黑色页岩与一位著名的层理结构作为测试样本。床上用品页岩样品用于实验室测试从寒武纪Qingxudong形成中国的湖南省。确保页岩样品的均匀性,圆柱和样品不同层理方向钻从相同的核心机械钻孔、切割、研磨,如图1。样品在结束统一在外观和持平;长度和直径的误差小于0.5毫米,和并行性页岩样品内结束毫米。样本的大小 毫米( ),和层理方向0°30°、45°,60°、90°,如图2。样品的密度由称重,计算平均密度是2.57克/厘米³。偏差平均值的页岩的密度小于0.05克/厘米³。此外,为了确保样品是完全饱和在测试前,页岩样品干在105°C,真空包装在真空桶-0.8 Pa 24 h,在水中浸泡48 h,然后再抽成真空24 h。当没有泡在水里,所有的毛孔页岩样品被认为是填满。

页岩是一种沉积岩形成的挤压,脱水,再结晶,和粘土胶结较差的合并,但是不同的层理方向会形成沉积期间由于各种影响因素。由于层理方向上的稳定性问题在页岩油气开采和其他工程领域,如采矿、隧道开挖,基础,土木工程,斜坡,核废料处理、各向异性的页岩床上用品是最典型的特征之一shale-related工程必须注意。因此,作者选择多层页岩与层理方向0°30°、45°,60°、90°作为样本,对故障特征进行了一系列的测试,剪切变形特性、抗剪强度、失效模式和机理参数下页岩的不断渗透水压力下剪切渗流耦合。所以正常的压力和水压力测试设置为10,20日和30 MPa和5 MPa,分别。

图3显示了页岩的矿物成分基于x射线衍射(XRD)分析。一般来说,床上用品页岩的矿物成分很复杂,白云石的最多,占45.7%。云母是最少,占2.7%。此外,矿物成分如白云石、石英和长石都有一个明显的影响页岩的力学性能。页岩在不同方向的单轴强度如表所示1。

2.2。仪表

测试进行了岩石的前50名ht全面压力multifield耦合三轴测试系统(图4在广西科技大学的实验室。系统配备了三个独立的加载系统:一个轴向应力加载系统,正常压力加载系统,渗流压力加载系统。它可以应用的最大轴向剪应力750 MPa, 60 MPa,最大正应力和最大渗流60 MPa的压力。两个轴向双通道线性传感器放置两岸的样本。线性的测量精度为0.001毫米,测量范围是0 ~ 12毫米,可精确测量时样品的剪切位移测试。

2.3。测试原则和程序

2.3.1。测试的原则

在这项研究中,所选择的法向应力测试是10,20日和30 MPa,渗流压力是5 MPa。三轴shear-seepage耦合测试进行不同层面方向的页岩。图5显示了三轴shear-seepage耦合试验的原理图。见图5,垫块由一个half-cylindrical硅胶垫和圆柱形钢垫圈与渗透孔。硅胶垫的硬度和弹性模量低于钢垫圈。在同一轴向位移,硅胶垫片受到比岩石更小的负载。因此,由于橡胶垫的存在,两端形成剪切载荷作用下岩石的正常负载。顺便说一句,标本上的围压应力作用被认为是正常的压力。

在实验过程中,轴向力记录 ,岩石上的力量和硅橡胶和 ,分别。床上用品的剪切区域页岩记录 。因此,剪切应力围压下岩石可以表示为 在哪里和变形模量和硅橡胶的横截面积,分别。

获取变形模量硅橡胶的单轴压缩试验执行在一个圆柱形硅橡胶高度为100毫米,直径50毫米。硅橡胶的应力-应变曲线得到测试,如图6。

2.3.2。测试程序

首先,床上用品页岩样品,half-cylindrical硅胶垫,钢垫圈紧密包裹在一个热收缩套管和放置在一个压力室。两个线性位移传感器相连。

其次,当加载速率是10条/分钟,正常从0 MPa压力加载到目标价值和稳定30分钟。

第三,在出口端渗透压力等于大气压力。渗流压力入口一端加载从0 MPa目标价值15条/分钟的速度和稳定30分钟,这样稳定渗流形成内部的样本。此外,在测试期间渗流压力保持不变。

第四,剪切应力加载位移加载速率为0.02毫米/分钟。剪切应力达到最大值时,韧性联合形成内部的样本,最后,测试完成。

在三轴shear-seepage耦合试验,测试数据记录每5 s。高密度岩石材料和渗透系数 μ米²稳态方法应该被用来测量渗透率(32]。由于页岩样品的孔隙度低,稳态法测量测试期间的渗透率。样品的渗透率计算根据方程(5)如下: 在哪里是水的动态粘度系数,它是什么 pa。在室温下,样品的高度(米),岩石样品的横截面积,和的渗流量吗 - - - - - -th和 - - - - - -th记录点,分别;之间的时间间隔和 记录点,两端之间的渗流压力差的样本内的时间吗 。

3所示。实验结果和讨论

3.1。剪切Stress-Shear应变曲线

床上用品的宏观破坏和变形过程载荷作用下页岩关闭的过程中,起始,扩张和渗透的微观裂缝。数据7和8显示页岩的剪切stress-shear应变曲线与不同层理方向三轴shear-seepage耦合试验。根据震支座变形和裂缝发展下的床上用品页岩水力耦合,本文介绍了剪切应力阈值的概念。分析了页岩的三轴剪切应力阈值的变化规律,这对岩石工程的稳定性监测至关重要。

剪切变形的剪切应力阈值为每个阶段现在标记为点,B, C, D和E,分别。床上用品页岩的剪切stress-shear应变曲线可以分为prepeak区和postpeak区,如图7。prepeak区域可分为四个阶段根据裂缝发育特征和在失败过程中剪切应力变形阈值的床上用品页岩,prepeak区域分为四个阶段。他们最初的微裂纹和孔隙压实阶段(OA)、裂纹萌生阶段(AB),剪切裂纹萌生和发展阶段(BC),和压缩剪切作用下裂纹扩展和破坏阶段(CD),分别。的四个阶段,相应的阈值微裂纹闭合剪切应力( ),裂纹萌生剪切应力( ),剪切应力裂纹损伤( ),和峰值抗剪强度( ),分别。postpeak区域是postpeak剪切破坏阶段(DE)和相应的剪切应力阈值残余剪切强度( )。这些阶段的特点如下:

在第一阶段(初始微裂纹和孔隙压实阶段OA)、三轴shear-seepage耦合起始阶段,床上用品页岩的剪切stress-shear应变曲线显示非线性特征。主要由于层面,主要裂缝,许多空洞,和床上用品页岩微孔隙逐渐压实法向应力的共同作用下,剪切应力、渗流压力,体积逐渐挤压和萎缩。在初始阶段,剪切stress-shear应变曲线凹,但是微裂纹闭合剪切应力是不同的判断和计算剪切stress-shear应变曲线。在这项研究中,该方法采用基于轴向剪切应变的差异确定微裂隙的闭合剪切应力(33]。由于岩石矩阵相互接触,轴向剪应力达到微裂纹闭合剪切应力( ),和原始裂纹和孔洞已经完全关闭。

在第二阶段(裂纹萌生,线弹性阶段AB),轴向剪切stress-shear被褥页岩是大约线性应变曲线;换句话说,床上用品页岩轴向剪切应力的增加线性轴向剪切应变的增加。剪切应力增量的比例在这个阶段剪切应变增量剪切弹性变形模量。此时,床上用品的体积应变页岩约等于弹性体积应变。内部主要骨折和空洞继续压缩,体积压缩率逐渐降低。

在第三阶段(公元前裂纹萌生和发展阶段),床上用品页岩的剪切stress-shear应变曲线表现出非线性特征。这个阶段是塑性变形的初始发展阶段。当床上用品页岩的轴向剪应力超过初始剪切应力裂纹( ),主裂缝和毛孔不再压实,和内部裂纹开始启动和扩大缓慢和稳定的,但在某种程度上,没有形成宏观裂缝。

在第四阶段(裂缝损害传播阶段CD),当剪切应力超过剪切应力裂纹损伤( ),床上用品页岩的剪切stress-shear应变曲线仍然显示非线性变形特征,但曲线的斜率逐渐减小。这是由于不稳定传播后的新开发的裂缝剪切应力达到破坏肥大剪应力,和新的剪切突出最初形成的裂缝。随着剪切应力的不断发展,体积应变层页岩慢慢从压缩到扩张的转变。床上用品现阶段页岩的渗透率将迅速增加的一代杰出的剪切裂缝。

在第五阶段(postpeak破坏阶段DE),外部负载下随着剪切应力的增加,主剪切裂缝继续扩展不稳定,然后床上用品页岩将进一步受损。床上用品页岩的脆性破坏形成低正常压力下,拉伸断裂是高正常压力下形成的。

图8显示了在三轴剪切层页岩stress-radial应变曲线shear-seepage耦合试验。三轴shear-permeability耦合试验期间,层状页岩的径向变形经历了三个典型的阶段,包括缓慢变形、线性变形,变形逐渐扩张。正常的最大径向应变层页岩在不同应力小于1%。页岩失败时,其径向剪切应变之比的绝对值,轴向剪切应变的定义是广义泊松比,可以反映页岩在三轴的径向变形特性shear-seepage耦合试验。方程的计算(6)如下: 的参数和轴向剪切应变和径向剪切应变三轴shear-seepage耦合测试期间页岩失败时。

当渗流压力5 MPa,广义泊松比之间的关系和床上用品的床上用品方向页岩在不同恒定正常应力如图9。随着法向应力的增加,广义泊松比页岩增加,床上用品和床上用品的发展方向60°和0°是最大和最小值,分别。广义泊松比范围从0.125到0.569,当法向应力增加从10 MPa 30 MPa。此外,径向应变变形的岩石三轴stress-seepage耦合条件下具有明显的特征变化(34- - - - - -36]。径向应变下的岩石三轴shear-seepage耦合试验小得多,在三轴stress-seepage测试。与正常刚度常数的边界条件相比,径向变化振幅恒定的法向应力下的三轴剪切试验是更重要的37]。

3.2。页岩的剪切破坏特征

床上用品页岩shear-seepage耦合下的故障特征如图10。白色虚线和厚度图10代表断裂表面的位置和大小,分别。由于限制正常的压力、渗流压力的减弱,和衰减的影响层面,床上用品页岩的故障特征变得更加复杂。先前的研究已经表明,页岩破碎成小碎片在单轴压缩下(38,39]。在三轴压缩下,页岩气的主要失效模式包括轴向分裂失败,单一剪切破坏,共轭剪切破坏和塑性变形失效。在这项研究中,页岩三轴shear-seepage耦合条件下的失效模式主要是如下:(1)沿着剪切面剪切破坏。床上用品取向是90°时,如图10在三轴shear-seepage耦合条件下,剪切破坏面是一个自上而下剪切表面用小裂缝两边的断裂表面有小裂缝两边的断裂表面(2)沿层理面滑移破坏。如图10,这些故障主要发生在层理方向θ45°和60°,滑动沿着层理结构面剪切带形成之前,和床上用品页岩的失败裂缝扩展沿层理面。这是由于抗剪强度小于切向分量的层面上的剪切应力层面(3)Shear-sliding组合失败。这个失效模式主要发生在页岩与层理方向0°-30°。如图10,失败样本包含轴向剪切损伤裂缝和损伤裂纹沿滑动面(4)横向剪切破坏。当层理方向0°和30 MPa法向应力,失败样本含有横向裂纹形成共轭剪切裂缝

3.3。页岩的渗透率特征

床上用品页岩的渗透率计算三轴shear-seepage耦合试验下方程(5)。图11显示层页岩的permeability-shear压力曲线在不同渗透压力是5 MPa时正常的压力。由于空间有限,本文只需要剪切stress-shear strain-permeability页岩曲线与层理方向正应力下0°10 MPa为例。从图可以看出11随着轴向剪切应变的增加,渗透率首先慢慢减少,然后逐渐增加,大幅增加,直到达到最大值。当轴向剪切应变不断增加,渗透率迅速下降,最后趋于稳定。此外,随着剪切应变的逐渐发展,趋势permeability-shear应变曲线滞后于三轴剪切stress-shear应变曲线的运动。与剪切应力分类相一致的床上用品三轴shear-seepage耦合测试期间页岩在上一篇文章中,剪切stress-shear应变曲线,和渗透率曲线分为五个阶段:OA, AB,公元前,CD,和德,如图11。

根据三轴剪切stress-permeability-shear应变曲线在图11,它可以知道早期的剪切变形阶段(OB阶段)三轴下的床上用品页岩shear-seepage耦合,当剪切stress-shear应变曲线的非线性变形OA部分,床上用品页岩的渗透率逐渐降低。因为剪切应力加载之初,页岩内的骨折是逐步关闭,和页岩内的渗流通道不断压缩,导致逐渐减少层页岩的渗透率。

与轴向剪切应力的增加,弹性变形AB页岩渗透率的增加缓慢。当剪切应力超过(公元前阶段),床上用品的内部骨折页岩将逐渐启动和连接,导致床上用品页岩的渗透率的逐渐增加。

当剪切应力逐渐增加,到达(CD)阶段,三轴条件下的shear-seepage耦合,在页岩主要骨折将逐步形成,这是主要的渗流通道。此外,随着新生成的骨折,页岩内的渗流通道增加,所以它的渗透性增加迅速。

当剪切应力超过 ,页岩已被摧毁,主要骨折(DE阶段)形成了在页岩和页岩的渗透率逐渐达到最大值。主剪切断裂是控制页岩的渗透率的主导因素。在轴向剪切应力加载的后期,页岩的渗透率逐渐降低并趋于稳定。后形成的剪切破坏,剪切位移的进一步增加,样品的剪切应力逐渐减小,渗透率逐渐增加,达到最大值时,高峰和渗透率明显滞后于峰值抗剪强度。剪切位移继续增加时,剪切破坏面相对,常数法向应力的作用下,裂缝两侧表面再次关闭,和剪切磨损粒子之间的断裂表面,所以渗透率将大幅减少,这类似于岩石的渗透率演化规律的过程中静水压力和三轴压缩变形小等。33和玉等。34]。

在工程实践中,渗透率的演化规律在岩石破裂前的渐进破坏过程是工程师们关心的关键问题。因此,本文进一步的研究下床上用品页岩的渗透率演化特征剪切应力的增加。图12显示了permeability-shear压力曲线的三轴shear-seepage耦合条件下页岩。在剪切应力增长的初始阶段,页岩的渗透率随剪切应力的增加,这是有关内部孔隙和裂隙的压实层页岩。与剪切应力的进一步扩张,床上用品页岩的渗透率逐渐从减少状态变化到越来越状态,这是由于一代新的床上用品页岩内部的裂痕,导致渗流通道的崛起。总之,在三轴shear-seepage耦合条件下,峰值强度对应的渗透率减小,渗透率振幅逐渐随法向应力的增加而减小。

3.4。页岩Shear-Seepage耦合条件下的失效机理

3.4.1。页岩的抗剪强度特征有不同的层理方向

三轴shear-seepage耦合试验,页岩的剪切应力特征值与不同层理方向可以直接反映了相应阶段的变形特性。裂纹闭合的剪切应力被定义为边界剪切应力时,床上用品页岩从初始压实阶段变化的线性弹性变形阶段;裂纹萌生的剪切应力床上用品页岩结束时边界剪切应力弹性变形阶段和塑性变形阶段的开始。剪切应力裂纹损伤床上用品页岩时临界剪切应力变化体积压缩变形体积膨胀;剪切应力峰值是页岩的最大剪应力与不同层理方向下的三轴shear-seepage耦合试验。

表2的汇总表的特征剪切应力层页岩与不同层理方向在每个相应的阶段在三轴shear-seepage耦合试验。在同样的法向应力,裂纹闭合剪切应力 ,裂纹萌生剪切应力 ,裂纹膨胀剪切应力 ,和峰值剪应力 ,所有显示非线性特征和页岩的层理方向的增加。裂纹闭合剪应力比峰值剪应力 在0.15和0.25之间;裂纹萌生剪应力比峰值剪应力 在0.42和0.61之间;剪切应力裂纹损伤的比例达到峰值剪应力 在0.72和0.86之间。特征应力表现出大的各向异性的主要原因是,页岩主要由主要层理结构的平面。

各种矿物质在同一层间密切和定期安排,及其力学参数是高;其力学参数较低时的主要层面是一个软弱结构面。失败的页岩与层理面取向0°是垂直于层理结构面在三轴shear-seepage耦合。其剪切破坏强度明显高于页岩与其他床上用品方向。30层理方向时,45岁,60岁,和90°,剪切应力的特点不仅影响页岩的正常压力、轴向剪切应力和渗流压力在三轴shear-seepage耦合试验,还影响页岩的层理方向。总之,每个层面的剪切滑动产生内部裂纹和气孔的扩张,导致的相对减少剪切应力特征值和显示突出的各向异性特征。

3.4.2。抗剪强度参数的分析

三轴shear-seepage耦合测试是对床上用品进行页岩具有不同层理方向。图13显示了页岩的抗剪强度与不同层理方向的正应力下获得10、20和30 MPa。

如图13,层理方向的增加,剪切强度的页岩显示先降低,然后增加的趋势,这与正应力呈正相关。的法向应力下10 MPa,页岩的抗剪强度与层理方向0°为103.791 MPa。与层理方向的增加,剪切强度页岩分布的“肩膀”形状。针对摩尔-库仑理论,基于页岩的失效模式主要是剪切破坏,这是密切相关的正常压力和剪切应力和剪切强度确定页岩的凝聚力和内摩擦角。针对摩尔-库仑理论的表达式如下: 的参数和分别是凝聚力和内摩擦角。

根据上面的公式,凝聚力和内摩擦角在不同层理方向,如图14。

从图可以看出14当层理方向增加,凝聚力的价值提供了一个“U”曲线,这表明层页岩的凝聚力在三轴shear-seepage耦合条件下各向异性特征。内摩擦角( )没有显示一个特定模式的层理方向增加。0°层理方向时,页岩内的剪切骨折很难穿过层理面失败之后,因为层面抑制膨胀的主要剪切骨折;因此,它有巨大的凝聚力和内摩擦角。层理方向逐渐增加时,新形成的沿层理面骨折将扩大和发展,导致较低的凝聚力。此外,当层理方向45°,页岩的凝聚力是最小值。

强度参数是必不可少的评价页岩的力学性能与层理方向不同。广义Hoek-Brown标准(40)基于格里菲斯裂缝理论是一个经验强度准则。它被广泛用于描述剪切强度的非线性行为。标准如下: 在哪里和是两个强度参数Hoek-Brown判据,然后呢是完整的单轴抗压强度床上用品页岩。参数和是常数为整个岩石。当参数较大,石更可观。的参数反映了岩石的不完备程度,值从0到1;当参数年代接近1,石头是完好无损。

一般来说,对于重要的岩石,参数和是常量,而对于各向异性岩石,参数和是不一致的。因此,通过一系列三轴shear-seepage耦合测试页岩与不同层理方向,强度参数和页岩的决心。根据和值的各向异性岩石,可以预测不同层面页岩的故障强度下三轴shear-seepage耦合。在这项研究中,页岩样品从每个层理方向被认为是完整的;因此,参数页岩是1。三轴shear-seepage耦合试验数据代入方程(8)获得的参数在每个层面方向的标本。

需要和Arora41)提出以下表达式基于完整的非线性各向异性岩石屈服强度标准: 在哪里和被认为是强度参数。

根据需要(1994),为岩体,甚至完整的各向异性岩石,参数的值和不是常数,它与单轴强度变化,加载方向和层理方向。图15显示了两个不同的预测经验公式的预测值和三轴shear-seepage耦合条件下的测试数据。

根据三轴剪切试验数据在图15需要标准的预测结果和Hoek-Brown标准,一致性非常高。图15地反映了需要标准和Hoek-Brown判据可以预测三轴shear-seepage耦合条件下的实验结果。

4所示。结论

考虑高正应力的影响和渗透压力对剪切强度和页岩的渗透率特征,本文对床上用品进行一系列shear-seepage耦合测试页岩三轴shear-seepage耦合条件下不同层理方向。主要结论如下:(1)在三轴shear-seepage耦合试验,当正常的压力是一样的,剪切应力特征值和剪切应力特征比页岩与不同层理方向表现出非线性增长趋势的增加,层理方向。层理方向是0°时,抗剪强度是最大的,虽然是最低层理方向时45°(2)在三轴shear-seepage耦合试验,页岩的渗透率不同层理方向降低,然后增加直到达到最大值。当渗透率达到峰值,它迅速下降,最后趋于稳定。峰值渗透率显著落后剪应力的峰值。此外,轴向应变比径向应变总是远远小于1(3)由于限制正常的压力、渗流压力的减弱,和衰减的影响层面,床上用品页岩的故障特征变得更加复杂。它可以概括为四个典型的失效模式:沿剪切面剪切破坏,沿层理面滑动失败,shear-sliding组合失败,横向剪切破坏。它可以得出这样的结论:页岩的剪切破坏三轴shear-seepage耦合条件下相对复杂(4)与层理方向的增加,剪切强度峰值曲线显示了一个“肩”。针对摩尔-库仑准则的线性、需要标准和Hoek-Brown准则是用来描述的故障强度页岩三轴shear-seepage耦合条件下不同层理方向。根据相关的结果,这三个条件可以合理地预测测试数据

本文的三轴shear-seepage耦合试验从寒武纪Qingxudong页岩形成中国湖南,和剪切破坏机理和床上用品,详细分析了页岩的渗透率特点,为研究提供一个新的想法页岩的力学性能和失效模式。然而,microdamage和macropermeability被褥页岩的特征之间的关系还没有建立通过micromeasurement技术。在未来的研究中,床上用品的microdamage机制页岩与不同层理方向将进一步研究了围压,渗透水压力,和其他因素。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国广西自然科学基金(2021号gxnsfba196043和2022 gxnsfda035081),广西大学中青年教师的基础科学研究能力改进项目(2020号ky08023) China-Yalong河的自然科学基金联合基金(没有。U1965204),广西科技大学的博士基础(03200009),中国和美国国家科学基金会(41962017)。