高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究
围压对软岩力学性质影响的试验研究
作者 简介 ： 解延垄 （ ９５ ） 男， １７ 一 ， 山西山 阴人 ， 工程师 ， 太
原理 工 大学在读 硕士研 究 生 ，９ ８年 毕业 于太原 理 工大 学 １９ 采矿 工程 专业 ， 现任 平朔安 家岭 露天煤矿 值班 经理 。
Ｄ 段， Ｅ ５ 以峰值点 ｃ为界 ， 全过程 曲线可划分为峰
前 和峰后 ２个 区域 。
（ ） Ａ段 。该 段 的应 力一 应 变 曲线 向上 凹 ， １Ｏ 但
蕾固 蚕
删 词州
露 采 技 Ｂｄ罢 ８州 ５ 天 矿 术 ２ ．；期 ｏ ￣ ｏ
・・ ９
进破坏。 Ｄ点的应力称为残余强度。 试验结果表明， 残 余 强 度 与 围压 呈线 性关 系 ， 随着 围压 的增加 而 增大 。 （ 册 段， ） 是塑性流动阶段。 随着塑性变形的持 续发展 ， 最终强度不再 降低 ， 达到破碎 、 松动 的残余
括 带孔 隙水 压）的各 种试 验 。采 用 双层 微机 测 控配 置， 高分 辨率 快速全 数字 化 自动控 制 技术 ， 用高 级语 言编 制岩 石力 学性 能试验 专用 的积木 式控 制软 件 和
可视 软件 支持 ， 良好 的中文人 机交 换界 面 ， 自动 数据
试 验 。试 验 （ 包括单 轴 和三 轴试 验 ） 用轴 向位 移控 采 制 ， 向应变 率为 １ ｌ－ｓ 纵 ｘ０５ 。对 于三轴 压缩试 验采用 ／ 先加 围压 至预 定值 ， 后加 轴 向力直至 试样破 坏 。 然 最
律研究 就显 得尤 为重 要 。 鉴于 此 ， 文 以 国内某 大型 本
露天煤 矿 开采过程 中揭示 的黑 色炭质 页 岩为研 究 对
高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究
高温下石灰岩膨胀特性和力学特性的试验研究Ξ秦本东1,2,门玉明1,谌伦建3,何 军2(1.长安大学地质工程与测绘学院,西安710054;2.河南理工大学土木工程学院,河南焦作454003;3.河南理工大学材料科学与工程学院,河南焦作454003)摘要:利用自行研制的岩石高温装置和RM T2150C岩石力学试验机,对石灰岩试件在200～700°C高温双向约束条件下的膨胀特性和力学特性进行了试验研究。
结果表明:升温过程中,随着温度的升高,石灰岩试件两个约束方向的膨胀应力在600°C前逐渐增加,600°C或650°C以后出现减小现象;石灰岩垂直层理方向的热膨胀应力大于平行层理方向的热膨胀应力。
恒温过程中,600°C以前的试件两方向膨胀应力曲线都随时间延长呈平稳上升,但曲线斜率远远小于升温过程;恒温一定时间后,膨胀应力趋于该温度的一个稳定值。
700°C恒温结束后,石灰岩两方向的膨胀应力小于恒温前的值,说明到一定温度后石灰岩已膨胀到极限。
在试验温度范围内,石灰岩峰值应力随温度升高而降低,700°C时,峰值强度值比常温下降低了58192%,说明高温对岩石的强度会产生明显的弱化作用。
石灰岩峰值应变随温度升高先增加后减少,500°C前峰值应变增加,之后逐渐减小。
由于受约束条件限制,在过高温度后,石灰岩内部裂隙部分闭合,空隙数量减少,致使一定温度后其热膨胀应力和峰值应变可能减小,但具体原因有待进一步研究。
关键词:石灰岩;高温试验;膨胀应力;力学特性中图分类号:TD315 文献标识码:A 文章编号:167222132(2009)06207022070 引言处理高温环境下或高温后的岩石工程问题是岩石力学的新课题。
高温作用对岩土介质的影响已在能源、地质、土木等众多领域中被提出来,例如由于煤炭地下气化、矿下煤或瓦斯爆炸、煤炭开采过程中煤炭自燃、高放射性核废料的地层深埋处理、石油的三次开采等,其周围岩体均可经历一定的高温作用。
高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究
（ １ ．空军工程大学 航空航天工程学院， 西安 ７１００３８ ； ２．西北工业大学 力学与土木建筑学院， 西安 ７１００７２ ）
摘 要：采用高温装置对传统的大直径 Φ １００ ｍｍ ＳＨＰＢ 试验设备进行改造， 利用该试验系统对采自陕西秦岭山
区的花岗岩进行不同高温与冲击荷载共同作用下的动态压缩试验， 考察了高温下花岗岩的峰值应力、 峰值应变、 弹性模量 的变化规律。试验结果表明： 在 ２５ ℃ ～ ６００℃时， 高温作用对花岗岩峰值应力的影响不大； ８００℃ ～ １ ０００℃ 时， 花岗岩峰值 ６００℃ ～ ８００℃有可能存在花岗岩内部结构突变的临界温度； 随着温度的升高， 峰值应变 应力受高温影响明显， 迅速下降； 呈现逐渐增加的趋势， 而弹性模量离散性较大， 大体上呈现逐渐减小的趋势； 从总体规律上来说， 高温下花岗岩的峰值应 力、 峰值应变仍然表现出显著的应变率硬化效应。 关键词：花岗岩； 高温； 动态力学性能； 应变率 中图分类号：ＴＵ４５２ 文献标识码：Ａ
６－ ７］ 述岩石Ⅰ型动态破碎的过程。许金余等 ［ 采用单轴
分析试验， 研究了岩石中的矿物成分及结构形式、 空隙
１３ ］ 探讨了 ６００℃ 内高温在冲击荷载作用下的动态 力学性能及变形破坏破碎块度的分形特征。张颖等 ４ ～１９３． ４ ｓ 。李 刚等 变率范围为 ２５ ．
振 动 与 冲 击 第 ３３ 卷第 ４ 期 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ． ３３ Ｎｏ． ４ ２０１４
高温作用对花岗岩动态压缩力学性能的影响研究
２ 刘 石 １ ，许金余 １ ，
１ 高温下花岗岩的动态压缩试验
１ １ 静态力学性能 试验用的花岗岩取自陕西秦岭山区。采用液压伺 服压力试验机对花岗岩进行静态力学试验， 试验内容 包括： 饱和和干燥两种状态下岩石的单轴抗压强度、 劈 裂抗拉强度以及软化系数。通过试件直径的两端， 沿 轴线方向划两条相互平行的加载基线， 将两根直径为 １ ｍｍ的钢丝作为垫条沿加载基线固定在试件两端。试 ３～ ０． ５ Ｍ Ｐａ ／ ｓ， 属于静态加 验中仪器的加载速度为 ０． 载。得到花岗岩的饱水单轴抗压强度为 ８７． ４０ Ｍ Ｐａ， 干 ４２ Ｍ Ｐａ， 软化系数为 ０． ９６ ， 劈裂 燥单轴抗压强度为 ９０． ８９ Ｍ Ｐａ。 抗拉强度为 ８． １ ２ 试验系统 本文中所采用的 Φ１００ ｍｍ 高温 ＳＨＰＢ 试验装置， 是在 Φ１００ ｍｍ ＳＨＰＢ 的基础之上加装高 如图 １ 所示， 温装置组成。ＳＨＰＢ 试验装置主要由主体设备、 能源系 统、 测试系统三大部分组成。本文所采用的加热设备 ２０ － １２ 箱式电阻炉， 该设备可以自动控温、 升 为 ＲＸ３ － 温， 采用硅炭棒元件加热， 高性能纤维保温。 高温装置主体为管式加热炉、 温度控制箱和支撑 设计最高温度为 １ ２００ 底座。管式加热炉内径 １２０ ｍｍ ， 由刚玉管和耐热钢管组成， 保温层采用绝热性能优 ℃， 良的硅酸铝纤维毯， 加热元件采用耐高温硅碳棒。采 用移动支撑平台以实现管式加热炉与 ＳＨＰＢ 压杆之间 的协同工作， 加热炉底座上支撑平台通过螺母控制升 降， 可调控高低， 以实现与压杆的对中， 支撑平台上面 嵌满可自由滚动的钢珠， 使加热炉可自由拖动。 １． ３ 试验方案 为了充分研究高温 下 花 岗 岩 的 动 态 压 缩 力 学 性
高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性r影响的实验研究
高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性r影响的实验研究吴明静;平琦;张号【摘要】为研究不同高温状态下加载速率对砂岩动态力学特性的影响,采用自行组装?50 mm分离式Hopkinson压杆(split hopkinson pressure bar,SHPB)高温试验装置,对25～1000℃高温状态下的砂岩试件进行了6级加载速率的动态单轴压缩试验.结果表明:高温下砂岩的峰值强度与加载速率之间呈二次多项式增长;砂岩的峰值强度在200℃时,加载速率效应最明显,在1000℃时,加载速率效应最弱.砂岩的峰值应变与加载速率之间呈线性增加.总体表现出一定的加载速率强化效应.不同温度下动态弹性模量的变化规律差别很大.从砂岩的破坏形态可知,加载速率对砂岩的影响不仅与温度有关还与其本身的性质有关.可见,加载速率对峰值强度、峰值应变及动态弹性模量的影响与温度密切相关.分析结果对高温环境下岩石工程稳定性、安全性以及相关岩体的爆破效应具有重要参考依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)024【总页数】7页(P281-287)【关键词】岩石力学;高温;加载速率;力学性能【作者】吴明静;平琦;张号【作者单位】安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001;煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,淮南 232001;安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心,淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU452随着浅部资源的减少与枯竭，地下空间的开挖与利用将目光投向岩体深部。
地下岩体的温度随着深度增加而升高[1]，岩体表现出的力学、变形性质不仅要经受高温作用还受其外部加载速率作用[2]，加载速率是岩石力学特性的重要参数之一。
加载速率效应是随着试验加载速率的变化，材料力学特征发生改变的行为[3]。
关于加载速率对岩石力学性质的影响，国内外学者进行了大量的研究[4—8]。
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望
高温岩石的热学和力学性质的研究现状及展望
高温岩石的热学和力学性质是探讨地质学和地球科学规律的关键，近年来受到越来越
多的关注。
在研究热力学和力学性质中，对气体、液体及固体岩石在高温环境下的性能及
其机制进行了深入的研究。
当前，高温岩石的热力学性质研究主要集中在几个方面，例如在高温环境下岩石的压缩、扩展及热传导、热改变以及岩石在高温环境下的稳定性等。
目前针对热力学特性的研
究大多是以实验的形式进行的，采用的手段有X射线衍射、显微镜观察、X射线光谱和实
验测定等手段。
现有的研究成果表明，温度变化会影响岩石的力学特性，岩石的抗压强度
会因温度升高而增大，而抗拉强度则会随温度降低而降低。
随着研究取得的进展，高温岩石力学性质研究也越来越广泛，已经开展了矿物力学性质、岩石温度和压力对力学性质的影响、粉质岩石力学特性计算和参数确定等方面的研究，其中粉质岩石力学性质的研究利用了颗粒力学模型，尝试分析致密粉质岩石的力学特性。
此外，研究人员也通过参数化研究的方法，结合温度、压力等环境因素，建立相应的
力学参数模型，以及不同类型岩石的力学参数之间的关系，多维空间中研究参数在不同环
境因素下的变化规律。
从而检验及确定地质和力学参数、力学模型，并可以解释出高温下
岩石的性能变化。
总体来说，高温岩石的热力学及力学特性的研究工作还处于初级阶段，还有许多有待
科学研究的问题需要深入探讨，例如开展更多的实验研究、在多维空间中建立模型及模拟、深入研究不同温度下岩石的变形机理、探索复杂地柱和混合岩石性质及其力学行为等，以
期对地球内地质构造、地球深部动力学及火山爆发等问题提供科学依据。
深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究
深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究国内近年来随着埋藏在中、浅部煤炭资源的不断减少，以及机械化水平的提高，人们逐渐把目光转移到深部煤炭资源。
我国东部和中西部的一些大型国有矿井相继进入深部开采阶段，如大同、平顶山、阳泉等煤矿，未来几年内将不断有更多的˚大型煤矿进入800m以上的深部开采。
在深部开采中，煤岩体的力学性质发生了很大的改变，破坏机理也随之改变，最常见的是煤岩体流变和热损伤问题。
因此碰到了许多与浅部开采不同的工程问题。
随着采深的增加，矿山压力与温度都随之不断增加。
在深部条件下，地温常达到30˚C～50˚C,围压达到很大，工人作业条件差，巷道维护困难，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加，但对采场顶板压力大小的影响并不突出。
岩石圈及岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一，受到国内外的科学家的重视。
1、高围压对岩石力学性质的影响在三向压缩条件下，随着围压的增大，岩石的屈服极限强度、强度峰值和残余强度都随之增大。
大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台呈现塑性流动现象。
因此随着采深的增加，围压变大，煤岩体的极限强度变大，承载能力变强，岩石的韧性加强，使一些在浅部表现为比较坚硬的岩石在深部表现出软岩的大变形、大地压、难维护特征。
深部开采中，在自重应力和构造应力作用下，围压相比浅部高出很多，岩石承载能力和参与强度变大，脆性向延性转化，流变现象明显，破坏机理与浅部有较大区别。
王绳祖等对岩石的脆——韧性及塑性流动网络进行了深入的理论和实验研究。
他指出，随着矿物组成、粒度、流变、压力、应变速率、液体介质因素的变化，岩石有脆性—>半脆性——>半延性——>延性转化,这种变化过程涉及力学行为、宏观结构和微观物理机制，尤其是岩石共轭剪断网络和塑性流动网络的实验成果不仅深化了脆-韧性转化认识，同时为岩层多层模和塑性流动网络关系提供了实验依据。
对辉绿岩、辉长岩和石灰岩的脆-韧性转化，高温高压实验结果与上述结论是一致的。
3种岩石高温作用下力学性能的实验研究
3 种岩石高温作用下力学性能的实验研究
张连英 1，茅献彪 2，卢爱红 2
（1 徐州工程学院 数理学院，江苏 徐州，221008；2 中国矿业大学 理学院 ，江苏 徐州，221116)
摘 要：采用电液伺服材料力学实验系统对常温~800℃高温作用下大理岩、石灰岩、砂岩的力学性能进行了研究,考察了 三种岩石的全应力-应变曲线，并比较了峰值应力 p 、峰值应变 p 、弹性模量 E 随温度的变化特征。结果表明：高温 作用下 3 种岩石的峰值应力、弹性模量均有不同幅度的降低。对于峰值应变，石灰岩的峰值应变随温度升高而大幅度的 增加；但对于大理岩、砂岩的峰值应变在常温~200℃之间随着温度升高在降低，当温度高于 200℃后峰值应变随温度升 高迅速增长。研究结果一定程度上反映了三种岩石在温度作用下力学性质的变化规律，可为相关岩体工程设计与研究提 供参考。 关键词：岩石力学；高温作用；力学性能；实验研究
图 2 高温下大理岩单轴压缩应力-应变曲线 Figure 2 Axial stress-strain curves of under-high-temperature marble
2
图 3 高温下石灰岩单轴压缩应力-应变曲线 Figure 3 Axial stress-strain curves of under-high-temperature limestone
Fig.4
图 4 高温下砂岩单轴压缩应力-应变曲线 Axial stress-strain curves of sandstone at higБайду номын сангаас temperature
3.2
峰值应力 p 的变化特征 3 种岩石的峰值应力随温度的变化规律如图 5~7 所示：从总体规律上看，高温下 3 种岩石的峰值应
高温高压条件下岩石力学特性实验研究
高温高压条件下岩石力学特性实验研究岩石力学是研究岩石在外界力作用下力学性质和变形规律的科学。
随着石油、天然气、地热等资源的开发利用和工程建设的迅速发展，对岩石力学特性的研究需求不断增加。
尤其在高温高压条件下，岩石受到的力作用更加复杂和严峻。
高温高压条件下的岩石力学实验研究是在模拟地下深部环境中进行的。
通过施加高温和高压条件，可以模拟地球深部的温度和压力环境，从而更好地理解和预测地下岩石的力学行为。
在高温高压条件下进行岩石力学实验研究，主要包括以下几个方面：1. 实验装置设计：实验装置设计是高温高压条件下岩石力学实验的关键。
为了模拟深部地下环境，需要设计合适的高温高压实验仪器，并选择适当的传感器和数据采集系统。
这样可以实时监测和记录岩石受力过程中的各个参数，例如温度、压力、应力、变形等。
2. 材料选择：在高温高压条件下，岩石的物理和力学性质可能发生显著变化。
因此，在实验研究中需要选择适当的岩石样本，并进行前期的物性测试。
同时，还需要考虑岩石样本的大小和形状，以及样本之间的连续性和均匀性。
3. 实验参数控制：在高温高压条件下，实验参数的控制是确保实验结果准确可靠的关键环节。
可以通过控制加热、降温速率和压力变化率等参数来模拟不同温度和压力条件下岩石的力学行为。
此外，还需要考虑实验时间的选择，以保证实验结果的稳定性和重复性。
4. 数据分析和结果讨论：完成岩石力学实验后，需要对实验数据进行分析和结果讨论。
可以利用岩石力学理论和模型对实验结果进行解释和验证。
同时，还可以比较不同试验条件下的结果，探讨岩石力学参数与温度、压力变化之间的关系。
高温高压条件下岩石力学实验研究的意义和应用广泛。
首先，对于深部地下工程和资源开发具有重要的指导意义。
例如，在油气勘探和开发中，了解岩石在高温高压环境下的力学特性可以帮助更好地设计和优化钻井、注水和压裂等作业方案。
此外，在地热能开发、地下储气库建设和核废料地质处置等领域也有重要应用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1830
煤 炭 学 报
2012 年第 37 卷
洞,其地质条件越来越复杂,不仅处于高地应力环境, 而且可能处于高地热环境下,因此迫切需要研究软岩 在高围压、高温作用下的物理力学特性,为隧洞围岩 稳定性评价以及软岩大变形等地质灾害防治提供基 础资料。
Experimental study on influence of confining pressure on shale mechanical properties under high temperature condition
MENG Lu-bo1 ,LI Tian-bin1 ,XU Jin2 ,MA Hong-min1 ,YIN Hong-yu1
(1． State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenviroment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2． College of Water Resource & Hydropower,Sichuan University,Chengdu 610000,China)
许多学者对温度、高压作用下岩石的物理力学特 性进行了大量试验研究,如 Lau J S O 等[1] 、万志军 等[2] 研究了常规三轴压缩条件下花岗岩等硬质岩主 要力学参数随温度、围压的变化规律;郭富利[3] 、解 廷堃等[4] 研究了常温下炭质页岩等软质岩三轴压缩 力学特性及与围压的关系;李建林[5] 、尹光志[6] 、梁 爱莉等[7] 研究高温前与高温后力学特性的变化;朱 珍德[8] 、赵金昌[9] 、肖乃友[10] 、颜丙峰等[11] 研究高温 高压下花岗岩、煤浆的影响规律;吴诗勇[12] 、秦本东 等[13-14] 研究高温下煤焦、石灰岩的理化、膨胀特性, 但是对高温作用过程中软岩三轴压缩力学特性与围 压关系研究甚少。 由此本文选择页岩开展了高温常 规三轴压缩试验,分析在高温作用过程中,围压对页 岩力学特性的影响。
在中国西南地区,铁路、公路、水电等大型基础建 设工程以及采矿工程经常遇到地层为软岩的深埋隧
收稿日期:2011-10-13 责任编辑:王婉洁 基金项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 41102189 ) ; 地 质 灾 害 防 治 与 地 质 环 境 保 护 国 家 重 点 实 验 室 人 才 培 养 课 题 资 助 项 目
第 37 卷第 11 期 2012 年 11 月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Vol. 37 No. 11 Nov. 2012
文章编号:0253-9993(2012)11-1829-05
高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究
1 试 验
采用页岩作为本次试验的试件,在高温常规三轴 压缩试验之前先进行了矿物成分测试,经 3 组页岩样 本的 X 射线测试( 表 1、图 1),表明页岩主要矿物成 分为高岭石,其次为伊利石和石英,高岭石和伊利石 两者总含量约达 85% 。
表 1 页岩主要矿物含量 Table 1 Proportion of main minerals of shale %
表 2 试验的温度、围压方案 Table 2 Scheme of temperature and confining
pressure test
T/ ℃
σ3 / MPa
25
5,10,15,20,25
40
5,10,15,20,25
80
5,10,15,20,25
120
5,10,15,20,25
本次试验采用位移控制方式,以 0． 005 mm / s 的 加荷速度同时施加围压和轴向压力至预定围压值,并 使围压在试验过程中始终保持为常数,采用 5 mm 位 移传感器测量试样的轴向位移,以 0． 005 mm / s 的加 荷速度施加轴向荷载,直至试件完全破坏。
ϕ50 mm、长 100 mm 的圆柱体试样,试件端部平面磨 平到 0． 02 mm,高度精确到 1 mm,试样无明显节理及 裂纹等缺陷。
试验仪器采用美国生产的 MTS815 型程控伺服 刚性试验机。 试验温度设置为 25,40,80,120 ℃ 四个 等级,每个温度等级为 1 组,每组 5 个试样,围压分别 控制在 5,10,15,20,25 MPa( 表 2) 。 为了保证对试 样加温均匀,按 2 ℃ / min 的升温速度加热到预定温 度后保持恒温 5 h。
孟陆波1 ,李天斌1 ,徐 进2 ,马宏敏1 ,阴红宇1
(1． 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川 成都 610059;2． 四川大学 水利水电学院,四川 成都 610000)
摘 要:利用 MTS815 型程控伺服刚性试验机对页岩开展高温常规三轴压缩试验,基于试验结果分 析围压与页岩应力-应变曲线特征、峰值强度、弹性模量、泊松比、峰值应变的关系。 结果表明,按 体积应变特征,应力-应变曲线可归为 3 类:扩张型、压缩-扩张过渡型和压缩型,围压对页岩具有 较明显的扩容作用。 在同一温度时,在 5 ~ 25 MPa 围压范围内,页岩峰值强度( σ1 -σ3 ) 较低,表现 出较强的塑性变形破坏特征,峰值强度和弹性模量具有随围压增加而增大的趋势。 围压小于 15 MPa 时,页岩泊松比随围压增大而增大,而峰值轴向应变和峰值横向应变均随围压增加而逐渐 降低;围压大于 15 MPa 后,泊松比随围压增加呈小幅下降,峰值轴向应变和峰值横向应变随围压 增加而略有增大。 关键词:围压;页岩;力学性质;文献标志码:A
试样
伊利石
高岭石
石英
1 号样本
41
2 号样本
32
3 号样本
26
平均值
33
45
14
54
14
58
16
52
15
图 1 页岩 1 号样本 X 射线衍射图谱 Fig． 1 X-ray diffraction patterns of No． 1 shale sample
页 岩 层 理 明 显, 沿 垂 直 层 理 方 向 加 工 成
第 11 期
孟陆波等:高温作用下围压对页岩力学特性影响的试验研究
1831
图 2 页岩三轴压缩应力-应变曲线类型 Fig． 2 Types of stress-strain curves
度分别为 5 MPa / 40 ℃ ,5 MPa / 80 ℃ ,5 MPa / 120 ℃ , 10 MPa / 40 ℃ , 10 MPa / 120 ℃ , 20 MPa / 120 ℃ , 25 MPa / 120 ℃ ,其应力-应变曲线特征为:轴向加载 初始阶段为岩石的孔隙压密阶段,体积应变( εV ) 变 为正值,表现为岩石压缩,体积变小。 随着轴向荷载 逐渐增大,εV 缓慢增大;当岩石进入弹性变形阶段 后,εV 与(σ1 -σ3 ) 基本呈线性增长关系;当岩石变形 进入屈服阶段时,体积应变( εV ) 基本保持不变,并逐 步减小;岩石破坏后,应力急剧减小到残余强度后保 持不变,体积应变(εV) 急剧减小,并存在由正值向负 值转化的趋势,即体积由压缩转变为扩张。
2 试验结果与分析
2． 1 应力-应变曲线特征 设体积应变 εV = ε1 -2ε3,压缩时应变为正值,膨
胀(扩容)时应变为负值。 页岩高温常规三轴压缩试 验共 20 个,按体积应变特征,归纳应力-应变曲线形 态共有 3 类,如图 2 所示。
(1)第 1 类:扩张型。 共9 个页岩试样的体积应变特征属此类(图 2( a ) ) , 试 验 时 围 压 / 温 度 分 别 为 10 MPa / 25 ℃ , 10 MPa / 80 ℃ , 15 MPa / 40 ℃ , 15 MPa / 80 ℃ , 15 MPa / 120 ℃ , 20 MPa / 25 ℃ , 20 MPa / 40 ℃ , 25 MPa / 25 ℃ ,25 MPa / 80 ℃ ,其应力-应变曲线特征 为:轴向加载初始阶段为岩石的孔隙压密阶段,轴向 荷载逐渐增大的过程中,体积应变( εV) 几乎为 0;当 轴向荷载增大至一定大小时,体积应变( εV ) 变为负 值,开始出现扩容现象;当岩石进入屈服阶段时,体积 应变(εV) 急剧增大,扩容强烈;当达到峰值强度后, 岩石发生破坏,应力急剧减小到残余强度后保持不 变,体积应变( εV ) 仍继续增大,表现为扩张。 (2)第 2 类:压缩-扩张过渡型。 共 7 个试样属此类( 图 2( b)),试验时围压 / 温
Abstract:High temperature conventional triaxial compression test of shale were carried out by using the MTS815 servo-controlled testing machine,based on the results of the tests,the relationships between confining pressure and the characteristic of shale stress-strain curve, peak strength, elastic modulus, Poisson ’ s ratio, peak strain were investigated,and the general regulation is obvious. According to the characteristics of volumetric strain,the stress-strain curves were classified into three types. They are dilatation type,compression-dilatation type,compression type,and the confining pressure has conspicuous dilatation effect on shale. At the same temperature,when confining pressure rises from 5 MPa to 25 MPa, shale peak strength ( σ1 - σ3 ) is comparatively lower, indicating stronger plastic deformation,and peak strength and elastic modulus increase with uprising confining pressure. When confining pressure is lower than 15 MPa,shale Poisson’ s ratio increases with increasing confining pressure while peak axial strain and peak circle strain decreases with increasing confining pressure. When confining pressure is higher than 15 MPa, shale Poisson’ s ratio decreases slightly with the increasing confining pressure,while peak axial strain and peak circle strain increase slightly with the increasing confining pressure. Key words:confining pressure;shale;mechanical properties;high temperature conventional triaxial compression test; volumetric strain