V型切口圆棒梁的柔度标定

本文对V型切口的铝制圆棒梁(CENRBB)进行了柔度标定,所得最小无量纲应力强度因子曲线与用解析法所得的相应曲线相吻合,从而为解析法提供了实验佐证。根据柔度标定所得的最小无量纲应力强度因子表达式及其量值,均可作岩石断裂韧度K_(1c)测试时的取值。     

重庆合川地区须二段岩石断裂韧度

探讨重庆合川地区上三叠统须家河组第二段储层岩石在水力压裂过程中的裂纹扩展特性。通过50 kN电子伺服试验机及“人”字形切槽巴西圆盘试件对须二段致密砂岩进行断裂韧度实验研究,获得Ⅰ型及Ⅱ型断裂韧度的数据,并对断裂韧度的特征及其与岩石力学参数的关系进行分析。结果表明须二段砂岩轴向和径向上的Ⅰ型断裂韧度都小于Ⅱ型断裂韧度。随着砂岩粒度的增大,Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度都逐渐减小,且与弹性模量、抗压强度、抗张强度及内聚力呈现较强的正相关性。Ⅰ型张开型的裂缝扩展特征和贯通程度要比Ⅱ型滑开型的简单且破坏较弱,若岩样中含有纹层等弱的岩石力学结构面,岩样的裂纹扩展样式更加复杂,断裂韧度测试值也相应地减小。合川地区须二段砂岩在纵向上进行压裂作业时,更容易在纵向上形成延伸较远的纵张裂缝。     

三点弯曲试样的切口曲率半径对岩石断裂韧度K_(1c)值的影响

本文对岩石三点弯曲试样的切口曲率半径与其K_(1c)值间的关系进行了实验研究及理论探讨.对岩石K_(1c)测试中切口的选择提出了建议方法     

缺口断裂实验研究和断裂判据

本文在考察影响冷轧辊破损的力学因素中选用了缺口和裂纹两种试样进行断裂韧性测试。结果发现对于冷轧辊材料(高硬度,ε_F≈0)其K_(1c)≤(2/3)K_(ρc)(ρ=0.06毫米),即K_(1c)和K_(ρc)值差别较大。故本文认为有的文献提出对于低韧性材料(ε_F≈0)可用细切口试样代替裂纹态试样测定K_(1c)值不是普遍可行的。这一事实在工程实际中是重要的。在实验分析中,本文主要参考了Tetel man.A.S和Yokobori.T的分析工作,采用了弹塑性宏观力学的方法,近似分析缺口试样弹塑性应力场,建立有关断裂判据,所得结果较好解释实验现象,并可作为K_(ρc)计算的估值公式,亦可供分析缺口断裂问题参考。     

岩石断裂韧性的研究

本文首先从理论上和数值计算结果上定性地分析了岩石内部的节理、裂隙及孔洞、空隙等对裂纹尖端的应力集中的影响,并通过实验手段测出了岩石试件裂纹尖端的应力集中松弛系数R,由此对岩石断裂韧度K_(IC)计算公式进行了修正;对边界配位法理论的最佳配点数m的取值问题也进行了研究。还以对岩石断裂韧度测试中三点弯曲试件的尺寸要求进行了试验研究。     

岩石断裂韧度与抗压强度的相关规律

利用Instron 1342型电液伺服材料试验机,采用单轴压缩试验和双扭常位移松弛试验对大理岩、上盘二辉橄榄岩、下盘二辉橄榄岩、矿石、混合岩5组岩石的试件进行力学参数测试,获得相应的抗压强度、Ⅰ型断裂韧度等试验数据.以试验数据为依据,分析这5组岩石的Ⅰ型断裂韧度与抗压强度的关系.研究结果表明:随着抗压强度σ_c的增加,I型断裂韧度K_(Ⅰc)相应增大,且呈很好的线性关系,其关系式为:K_(Ⅰc)=0.026 5σ_c+0.001 4,其相关系数R~2为0.94.基于该关系式,可由易于测试的抗压强度估算Ⅰ型断裂韧度.     

K_(1c)的物理意义及其影响因素

本文企图从宏观和微观相结合的观点分析和讨论K_(1c)的物理意义及其影响因素。对于脆性断裂,通过表面能密度、裂纹尖端凝聚力场以及点阵“捕捉”作用说明K_(1c)的意义。用热力学原理分析了K判据的必要性和充分性,指出只有在裂纹尖端半径小于临界尺寸时,K判据才是必要和充分条件。 对于小范围屈服,裂纹尖端的钝化是通过尖端放射位错和吸引周围异号位错而形成的,这是最可能的物理过程。同时,着重指出Vitek的理论结果。 在弹塑性连续理论中,采纳了Orowan—Irwin有效断裂能密度的概念。用这概念及能量原理,本文建议要从试样塑性变形功中抽出属于K_(1c)组成部分的裂纹尖端塑性功。可以导出K_(1c)的表达式,形式上和陈篪的结果以及Hahn—Rosenfield的结果相似。影响K_(1c)的主要因素有:硬化率,杨氏樸量,抗拉强度,平面应变断裂真应变和一个适当的长度参数,其意义随断裂机制而异。其它冶金因素,例如晶粒度,可能通过断裂真应变影响K_(1c)。     

剪切盒加载下岩石剪切(Ⅱ型)断裂韧度KⅡc的测定

采用剪切盒实验获得了岩石的Ⅱ型断裂并测定了岩石的Ⅱ型断裂韧度KⅡc,通过有限单元法中的位移法推导出剪切盒加载下双切口试样的Ⅱ型应力强度因子KⅡ的一般计算公式,并探讨了KⅡc的尺寸效应和Ⅱ型断裂机理.实验及数值计算结果表明在剪切盒加载下,裂纹尖端最大拉应力始终低于岩石的拉伸强度,最大剪应力大于其对应压应力下的剪切强度,且Ⅱ型最大应力强度因子KⅡmax为Ⅰ型最大应力强度因子KImax的2～4倍,从而导致产生Ⅱ型断裂;测得的KⅡ c值随无量纲切口长度(2a/W)的增加而降低,当2a/W≥0.7,且B≥W,α为65°～75°时,Kc趋近于一个常数,该常数为Ⅰ型断裂韧度KIc的2～3倍,可认为是较合理的岩石Ⅱ型断裂韧度值;剪切盒实验是一种测定岩石KⅡc的行之有效的方法.     

断裂韧度试样应力强度因子的简便计算式

在断裂力学中,应力强度因子K_1是一个主要数据之一。因此,K_1的计算是断裂力学的一个重要内容。本文只讨论三点弯曲试样(图1)及紧凑拉伸试样(图2)的应力强度因子K_1的表达式。一、K_1的简便计算式为了测试材料的断裂韧度值,必须知道相应条件下裂纹尖端的应力强度因子K_1值。美国材料试验协会(ASTM)1972年公布的标准试验ASTME399-72中把三点弯曲试样和     

钢筋陶粒混凝土和普通混凝土断裂参数K_(IC)和CTOD_(IC)的试验分析

通过对加筋及无筋陶粒混凝土和普通混凝土带大、小缺口的三点弯曲梁进行试验和有限元分析,对其断裂性能进行研究,分析得到配筋大小、混凝土品种和强度、切口深度对混凝土断裂韧度K_(IC)及临界裂缝尖端张开位移CTOD_(IC)的影响。提出了断裂韧度K_(IC)与混凝土抗拉强度、切口深度的计算公式。试验和分析证实。裂缝开始失稳扩展时,CTOD_(IC)值的变化范围很小,有可能成为控制混凝土失稳断裂的材料参数。     

层状介质中水力裂缝的垂向扩展

应用岩石力学的理论与方法，建立了层状介质中水力裂缝垂向扩展的数值模型，分析了地应力剖面、地层断裂韧性、压裂液密度及作业参数对缝高剖面形态的影响．研究结果表明，地应力剖面是影响裂缝垂向扩展范围和扩展方向的主要因素，岩层断裂韧性对裂缝的垂向扩展有明显的止裂作用，压裂液沿缝高方向的流动压降对裂缝高度有较大影响．在一定地层条件下，裂缝是否向隔层扩展以及扩展范围的大小主要取决于作业压力的高低．该方法可用于预测水力裂缝缝高剖面形态     

裂纹宽度对岩石断裂韧性测试结果的影响

深部地层岩石的断裂韧性是水力压裂设计和数值模拟中的一个重要参数。通过试验分析和有限元数值计算 ,研究了试件的裂缝宽度对应力强度因子的影响 ,给出了确定无因次应力强度因子与裂尖半径关系的数值方法 ,弥补了解析方法中裂缝零宽度假设的不足。研究结果表明 ,当裂缝宽度较小时 ,解析方法可以用于计算断裂韧性 ;当裂缝宽度较大时 ,采用解析方法计算出的断裂韧性偏差较大。试验测定时 ,应使裂尖半径尽可能小 ,并且破裂压力应该与裂尖半径相对应。这为正确确定岩石的断裂韧性提供了可靠的理论依据和试验方法     

缝洞型碳酸盐岩近井筒裂缝转向模拟研究

缝洞型碳酸盐岩油气储层在非主应力方向上存在许多储集体,水力压裂开采技术产生的压裂缝传统的扩展模式为对称双翼扩展线性裂缝,此方式很难沟通大量存在于非最大主应力方向上的储集体。定向射孔并控制水力裂缝扩展路径是解决此问题的关键。本文通过定向射孔压裂起裂模型判断水力裂缝起裂,最大周向应力准则作为判断裂缝转向扩展的依据,结合顺北某油气田实测参数,利用Abaqus扩展有限元法对射孔方位角、水平地应力差、射孔深度、压裂液排量等影响水力裂缝近井筒转向扩展的因素进行数值模拟。结果表明：射孔方位角、水平地应力差是水力裂缝转向扩展的主要控制因素;射孔深度的影响受水平地应力差的控制;压裂液排量的大小对于水力裂缝转向扩展几乎没有影响。     

利用测井资料预测判断水力压裂裂缝高度

水力压裂裂缝的高度与压裂施工时采用的方案密切相关,是对储层酸化压裂效果评价的重要参数。以前对此的预测和评价都没有较好的量化方法,只能根据施工后的参数进行定性评估。经过研究,利用阵列声波资料、过套管交叉偶极横波测井资料,可准确地预测和检测水力压裂裂缝的缝高,从而可以定量地对压裂施工作业进行指导和评估。应用实例表明,该方法可以有效地预测水力压裂裂缝延伸高度。     

岩石动态断裂试验

对于ＩＮＳＴＲＯＮ试验机，开发了高速加载试验控制软件，并利用该软件进行岩石动态断裂韧度试验研究，试验表明：ＩＮＳＴＲＯＮ试验机和开发的软件结合，能对各种材料进行动态断裂试验，并能揭示岩石动态断裂韧度存在的某些特征，是在中等应变速率加载范围内进行高速加载试验的理想工具。     

裂缝性致密储层待破裂区影响的压裂物模实验研究

在水力压裂过程中,天然裂缝尖端附近会发育许多待破裂区,在宏观裂缝形成前产生微裂隙,最终影响水力裂缝的扩展规模。为有效增加裂缝性致密储层的缝网规模,针对待破裂区开展真三轴水力压裂模拟实验,探究待破裂区域的影响机制。选取致密灰岩露头,精细刻画了裂缝性致密储层露头压前压后裂缝形态,分析了天然裂缝形态、待破裂区域以及泵注参数对裂缝性致密储层改造效果的影响,结果表明:待破裂区,即断裂过程区,主要发育在井筒周围;声发射监测结果显示,在注入压力达到破裂压裂前,岩石内部已经发育大量待破区,决定了裂缝的起裂位置和初始扩展路径,压裂过程中排量的突然提高会使待破裂区迅速沟通形成裂缝,随后逐渐扩展。当水力裂缝延伸到层理面后,随排量阶梯式增加,泵压提高,会使层理面附近发育新的待破裂区,进而影响到水力裂缝的转向、分叉或是否穿透天然裂缝。     

岩爆岩石断裂机理的电镜分析

为探讨岩爆形成机理,应用扫描电镜对岩爆岩石断口微观形态进行了观察研究．结果表明：岩石解理断裂存在一个明显的主断裂路径,岩爆断裂的微观机制主要是在拉伸、剪切作用下岩石发生低应力脆性断裂;从岩石断裂微观形态研究岩爆岩石断裂,可以更好地揭示岩石断口微观形貌特征、裂纹生核、扩展及断裂方式与岩爆演进过程的联系     

天然裂缝影响下水力裂缝扩展的数值建模分析

为了更好地处理天然裂缝影响下水力裂缝的扩展模拟问题,提出了区域置换与破损单元的概念和方法,在此基础上建立了包括裂缝内流体运动、地层流体渗流和储层应力变形的水力裂缝扩展理论模型方程,运用图形建模数值方法,分析得到低渗透岩石天然裂缝对水力压裂裂缝开展的影响:天然裂缝对水力裂缝端部应力场的改变形成混合裂缝扩展形式;位于水力裂缝端部拉张区域的张性天然裂缝,因为压裂液漏失和因路径改变产生的摩阻力,造成水力裂缝内有效驱动压力耗散,影响了水力裂缝的扩展。裂缝监测报告与数值分析结果一致,验证了数值分析的方法和结果。     

定量计算酸预处理降低破裂压力模型研究

酸化预处理是降低地层破裂压力行之有效的方法。对于特定地层,预处理酸液类型、酸液浓度、用酸强度及酸化后储层破裂压力降低程度往往依赖于经验,亟需理论指导。通过分析酸化引起的岩石力学性质变化,建立砂岩酸化损伤模型,在此基础上定量计算了酸化后破裂压力值。通过现场2口井酸化前后的破裂压力降低值与模拟计算结果对比认为：所建模型合理,可以用于指导现场酸化施工,降低施工风险。研究对于推动深层储层水力压裂理论的发展具有重要意义和参考价值。