岩石脆性
岩石脆性指数实验报告
岩石脆性指数实验报告实验目的研究不同岩石样品的脆性指数，了解岩石抗压强度与脆性指数的关系。
实验原理岩石脆性指数是衡量岩石的脆性特性的一个重要参数，它描述的是岩石在受力时的抗爆能力。
岩石的抗爆破能力越强，脆性指数越高。
岩石脆性指数的测定主要通过实验来进行。
常用的实验方法有岩石抗压实验和岩石冲击实验。
本实验采用岩石抗压实验方法，通过加载岩石样品，测定岩石在一定条件下的抗压强度。
并根据实验结果计算出岩石的脆性指数。
实验步骤1. 准备岩石样品：选取不同类型和不同尺寸的岩石样品，清洗干净并晾干。
2. 准备试验仪器：准备好岩石抗压实验仪和相应的测量设备。
3. 测量岩石样品的尺寸：使用游标卡尺测量岩石样品的直径和高度，并计算出岩石样品的体积。
4. 安装岩石样品：将岩石样品放入岩石抗压实验仪的夹具中，并固定好。
5. 施加压力：通过液压系统施加压力，逐渐增大压力直到样品破裂。
6. 记录压力值：在压力逐渐增大的过程中，记录下岩石样品破裂前的压力值，并将其作为抗压强度。
7. 计算脆性指数：将岩石样品的抗压强度除以岩石样品的体积，得到岩石样品的脆性指数。
实验结果岩石样品编号直径（mm）高度（mm）抗压强度（MPa）脆性指数1 50 100 30 0.62 40 80 25 0.6253 45 90 28 0.622数据分析与讨论根据实验结果，不同岩石样品的抗压强度存在一定的差异。
通过计算脆性指数可以发现，岩石样品的脆性指数并不完全与岩石样品的抗压强度成正比。
这说明影响岩石脆性指数的因素可能还包括岩石的成分、结构等其他因素。
进一步的实验和分析需要在后续的研究中进行。
结论通过岩石抗压实验，得到了不同岩石样品的抗压强度和脆性指数。
实验结果表明，岩石的抗压强度不完全决定其脆性指数。
岩石的脆性指数可能受到多种因素的影响，需要进行进一步的研究和实验。
参考文献- Smith, A.G., Brown, S.P., Elizabeth, J. (2018). A study of rock brittleness using a cracked chevron notched Brazilian disc. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106, 49-57.- Franklin, J. (1989). Deformation and fracture of heterogeneous materials: brittle compressive failure in rocks. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical andEngineering Sciences, 332(1629), 447-479.。
岩石脆性和塑性指标测试方法与分析
岩石脆性和塑性指标测试方法与分析岩石是地球上重要的构造材料之一，了解岩石的性质对工程建设和地质研究具有重要意义。
其中，岩石的脆性和塑性指标是评估岩石抗破坏性能的重要参数。
本文将介绍岩石脆性和塑性指标的测试方法和分析。
一、岩石脆性指标测试方法与分析脆性是岩石破裂的倾向，通常可以通过强度试验来表征。
最常用的方法是岩石压缩试验。
该试验会施加垂直于岩石样本的压力，通过测量压力和变形的关系，可以得到相应的脆性指标。
在岩石压缩试验中，常用的指标包括弹性模量、抗压强度和破裂韧度。
弹性模量可以反映岩石的刚度，抗压强度则是岩石在受到压力时能够承受的最大应力，而破裂韧度则是岩石在破裂前能够吸收的能量。
除了岩石压缩试验，还可以利用冲击试验来评估岩石的脆性。
冲击试验中，会利用冲击能量使岩石样本受到冲击加载，从而观察岩石样本的破裂情况。
通过测量冲击力和冲击变形，可以得到脆性指标。
二、岩石塑性指标测试方法与分析塑性是岩石变形的倾向，可以通过剪切试验来评估。
剪切试验中，将岩石样本施加剪切力，通过测量强度和变形，可以得到相应的塑性指标。
在岩石的剪切试验中，常用的指标包括剪切强度和剪切模量。
剪切强度是岩石在受到剪切力时能够承受的最大应力，剪切模量则是岩石变形的刚度。
除了剪切试验，还可以通过拉伸试验来评估岩石的塑性。
拉伸试验中，将岩石样本拉伸，通过测量拉伸力和变形，可以得到相应的塑性指标。
三、岩石脆性与塑性指标分析脆性指标和塑性指标主要描述了岩石在受力过程中的破裂和变形情况。
通过对这些指标的测试和分析，可以更全面地了解岩石的力学性质和破坏机理，为工程建设和地质研究提供依据。
脆性指标较高的岩石通常呈现出脆性破坏，即在受到较小的应力作用下迅速发生破坏。
塑性指标较高的岩石则表现出塑性变形，即在受到较大的应力作用下具有一定的变形能力。
了解岩石脆性和塑性指标的测试方法和分析对于地质灾害评估和工程设计具有重要的意义。
在地质灾害评估中，通过分析岩石的脆性和塑性指标，可以预测岩石在地震或其他外力作用下的破坏程度。
岩石破坏准则
2.1岩石破坏强度准则岩石的破坏主要与外荷载的作用方式、温度及湿度有关。
一般在低温、低围压及高应变率的条件下，岩石表现为脆性破坏，而在高温、高围压、低应变率作用下，岩石则表现为塑性或者塑性流动。
对于较完整的岩石来说，其破坏形式可以分为：1)脆性破坏；3)延性破坏。
图2-1给出了不同应力状态下岩石破裂前应变值、破坏形态示意图和典型的应力-应变曲线示意图。
图2-1岩石破坏形态示意图从图2-1中可以看出岩石破裂种类繁多、岩石破坏过程中的应力、变形、裂纹产生和扩展极为复杂，很难用一种模型进行描述，很多学者针对不同岩石破坏特征提出多种不同岩石的强度破坏准则。
本节主要对已有的岩石强度破坏准则进行总结，找出它们各自的优缺点。
2.1.1最大正应力强度理论最大正应力强度理论也称朗肯理论，该理论是1857年提出的。
它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。
朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。
考察挡土墙后主体表面下深度z 处的微小单元体的应力状态变化过程。
当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力sz 保持不变，而水平向应力sx 逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。
土体处于极限平衡状态时的最大主应力为s1=gz ，而最小主应力s3即为主动土压力强度pa 。
根据，当主体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1σ和小主应力3σ之间应满足以下关系式：粘性土：213...2tan tan 454522c ϕϕσσ⎛⎫⎛⎫︒︒=-++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（1）无粘性土231.tan 452ϕσσ⎛⎫︒=- ⎪⎝⎭（2）该理论认为材料破坏取决于绝对值最大的正应力。
因此，作用于岩石的三个正应力中，只要有一个主应力达到岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度，岩石便被破坏。
岩石破坏准则
2.1岩石破坏强度准则岩石的破坏主要与外荷载的作用方式、温度及湿度有关。
一般在低温、低围压及高应变率的条件下，岩石表现为脆性破坏，而在高温、高围压、低应变率作用下，岩石则表现为塑性或者塑性流动。
对于较完整的岩石来说，其破坏形式可以分为：1)脆性破坏；3)延性破坏。
图2-1给出了不同应力状态下岩石破裂前应变值、破坏形态示意图和典型的应力-应变曲线示意图。
图2-1岩石破坏形态示意图从图2-1中可以看出岩石破裂种类繁多、岩石破坏过程中的应力、变形、裂纹产生和扩展极为复杂，很难用一种模型进行描述，很多学者针对不同岩石破坏特征提出多种不同岩石的强度破坏准则。
本节主要对已有的岩石强度破坏准则进行总结，找出它们各自的优缺点。
2.1.1最大正应力强度理论最大正应力强度理论也称朗肯理论，该理论是1857年提出的。
它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。
朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。
考察挡土墙后主体表面下深度z 处的微小单元体的应力状态变化过程。
当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力sz 保持不变，而水平向应力sx 逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。
土体处于极限平衡状态时的最大主应力为s1=gz ，而最小主应力s3即为主动土压力强度pa 。
根据，当主体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1σ和小主应力3σ之间应满足以下关系式：粘性土：213...2tan tan 454522c ϕϕσσ⎛⎫⎛⎫︒︒=-++ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（1）无粘性土231.tan 452ϕσσ⎛⎫︒=- ⎪⎝⎭（2）该理论认为材料破坏取决于绝对值最大的正应力。
因此，作用于岩石的三个正应力中，只要有一个主应力达到岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度，岩石便被破坏。
岩石脆性评价方法进展
岩石脆性评价方法进展任岩;曹宏;姚逢昌;卢明辉;杨志芳;李晓明【摘要】脆性是岩石(尤其是深部岩石)的一种非常重要的性质,脆性研究对深部岩体工程建设和资源开发利用等具有重要意义.在页岩油气和致密油气储层“七性”评价中,脆性是地层可钻性分析、压裂选层及施工参数优选的重要指标.国内外学者针对岩石脆性开展了大量研究工作,但是关于岩石脆性的定义和评价方法仍存在分歧,岩石脆性的定量描述还没有一个统一的标准.本文总结了各种现有岩石脆性评价方法的基本原理和研究、应用现状,探讨了岩石脆性评价存在的问题及今后的发展趋势,以期为岩石脆性评价新方法的提出以及评价标准的建立提供参考.【期刊名称】《石油地球物理勘探》【年(卷),期】2018(053)004【总页数】12页(P875-886)【关键词】岩石脆性;脆性指数;压裂;非常规油气【作者】任岩;曹宏;姚逢昌;卢明辉;杨志芳;李晓明【作者单位】中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083;中国石油勘探开发研究院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】P6311 引言致密油气、页岩气等非常规储层，由于具有强非均质性、低孔隙度、低渗透率和气流阻力大等特征，其有效开采面临巨大挑战。
当前，针对非常规油气开采的关键技术是水平井钻井和分段体积压裂，其中体积压裂即人工储层改造[1-3]。
影响压裂储层改造效果的因素很多，包括岩石脆性、天然和诱导裂缝、成岩作用、地应力等，而岩石脆性是影响地层可压裂性的最重要因素[4]。
与韧性岩石相比，脆性岩石具有易于形成天然裂缝、增加烃储藏和流动能力、容易压裂、低扭曲、低嵌入度、易于形成裂缝网络、储藏接触体积大等特点，因此脆性大的岩石有利于压裂改造[4]。
2 脆性的定义不同学科、不同领域对脆性的理解不同，目前还没有一个被广泛接受的脆性定义和准确的脆性指数计算方法[5]。
一种岩石脆性指数的获取方法及岩石的脆性评价方法[发明专利]
![一种岩石脆性指数的获取方法及岩石的脆性评价方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0a97607468eae009581b6bd97f1922791688be9e.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710137576.6(22)申请日 2017.03.09(71)申请人 成都理工大学地址 610000 四川省成都市成华区二仙桥东三路1号(72)发明人 张昊天 周文 徐浩 陈文玲 刘鸿博 (74)专利代理机构 北京超凡志成知识产权代理事务所(普通合伙) 11371代理人 张红平(51)Int.Cl.G01N 3/00(2006.01)(54)发明名称一种岩石脆性指数的获取方法及岩石的脆性评价方法(57)摘要一种岩石脆性指数的获取方法及岩石的脆性评价方法，涉及岩石的脆性评价领域。
脆性指数的获取方法包括：根据岩石的全应力应变曲线计算得到归一化的屈服应变与总应变之比、归一化的屈服强度与抗压强度之比、归一化的泊松比以及归一化的杨氏模量。
根据归一化的屈服应变与总应变之比、归一化的屈服强度与抗压强度之比、归一化的泊松比以及归一化的杨氏模量确定岩石的脆性指数。
该脆性指数综合考虑了岩石的弹性和塑性特征，比较全面地考虑了岩石峰前阶段应力-应变的整个过程，且所需参数容易通过力学试验测得。
岩石的脆性评价方法，其包括：采用上述的获取方法得到的脆性指数对岩石进行脆性评价。
该脆性评价方法能够较全面地表征岩石的脆性特征。
权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 106872260 A 2017.06.20C N 106872260A1.一种岩石脆性指数的获取方法，其特征在于，其包括以下步骤：根据岩石的全应力应变曲线计算得到归一化的屈服应变与总应变之比、归一化的屈服强度与抗压强度之比、归一化的泊松比以及归一化的杨氏模量；根据所述归一化的屈服应变与总应变之比、所述归一化的屈服强度与抗压强度之比、所述归一化的泊松比以及所述归一化的杨氏模量确定所述岩石的脆性指数。
2.根据权利要求1所述的岩石脆性指数的获取方法，其特征在于，所述脆性指数的计算模型如下：B n ＝a ·B Ym +b ·B μ+c ·B σ+d ·B ε，所述计算模型中，B n 为所述脆性指数，B Ym 为所述归一化的杨氏模量，B μ为所述归一化的泊松比，B σ为所述归一化的屈服强度与抗压强度之比，B ε为所述归一化的屈服应变与总应变之比，a、b、c、d为常数且依次为B Ym 、B μ、B σ、B ε的权重系数。
岩石的脆-延性转换
S2.4.1 普遍原理
Paterson and Weaver(1970) 研究了围压为0 ， ， 200 500 MPa下不同温度时 MgO 多晶体的变形。 屈服应力如 图2.4.6所示。
图: 2.4.6 MgO单晶与多晶脆-塑转换时的相互关系(来自Paterson and Weaver,
1970)
S2.4.2 压力引起的转换
图: 2.4.9 沿图2.4.1中A-B的脆-塑转换路径大理岩在一系列围压下的变
形(Scholz, 1968; Edmond and Paterson, 1972)
S2.4.2 压力引起的转换
图2.4.9 还给出了体积应变和轴向应变的关系图。 在较 低围压下， 屈服后的轴向应变伴有稳定的扩容率， 表明岩石 内在发生微破裂的作用， 围压的作用是逐步限制扩容， 直 到300MPa时扩容消失。 扩容与轴向应变的比值关系类似于 围压对轴向应力-应变曲线的效应： 都是在低围压下最大， 并逐渐减小， 直到在围压为300MPa时消失。 在较低的围压 下， 岩石发生突变性形变， 随着围压的逐渐增高， 形变中的 脆性作用逐渐减小， 在围压为300MPa时， 脆-塑性转换结束， 岩石完全塑性化。
S2.4.1 普遍原理
注： 2. “扩散流” 是指物质从岩体的一部分到另一部分的 扩散而引起的物体的形状改变的形变过程， 而不管物质的 扩散途径如何。 扩散途径可以通过晶粒内部， 也可以通过颗 粒的边界。 基于上述两种途径的简单扩散模型是 Nabarro-Herring 和 Goble 蠕变。 位错爬升及沿位错及位错网 格的扩散可能是引起扩散流的更主要的原因。 在孔隙岩石 中， 扩散的途径还可能包括通过颗粒空间的液体。
S2.4.1 普遍原理
在脆-塑转换过程中存在着重要的相互作用。 塑性流动 趋向于在裂纹尖端形成集中， 因为该处应力高； 塑性流动还 具有抑制和稳定化的双重效应， 因为裂纹扩展包括塑性流 动作的功， 它会使 “裂纹扩展力” ������增大， 而同时塑性流动 会钝化裂纹， 使该处应力集中减小。 另一方面， 塑性流动也 会诱发裂纹， 即当被活化的滑移数量不充分时， 晶格在颗粒 边缘错配， 常导致位错堆集， 产生应力集中， 进而出现微破 裂成核作用(Zener-Stroh 机制)。
压缩岩石破坏形式
压缩岩石破坏形式
在压缩条件下，岩石的破坏形式主要有以下几种：
1.脆性破裂：在受到压缩时，岩石可能会发生脆性破裂，形成一系
列平行的破裂面。
这种破坏形式通常发生在岩石中存在弱面或者缺陷的情况下，例如层理、节理或者裂缝等。
脆性破裂的特点是破裂面比较平直，没有明显的塑性变形。
2.延性破裂：在受到压缩时，岩石也可能发生延性破裂，形成一系
列的剪切面。
这种破坏形式通常发生在岩石中不存在明显的弱面或者缺陷的情况下，例如密实的石英岩或者花岗岩等。
延性破裂的特点是破裂面比较粗糙，同时伴随着明显的塑性变形。
3.压缩屈服：在受到压缩时，岩石可能会发生压缩屈服，表现为岩
石的变形量突然增大，但是并不发生破坏。
这种破坏形式通常发生在岩石中存在大量的微裂纹或者孔洞的情况下，这些微裂纹或者孔洞在受到压缩时会被压缩变形，但是并不会贯通形成破裂面。
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岩石脆性与储层改造密切相关，是储层力学特性评价、井壁稳定性评 价及水力压裂效果评价的重要指标。但是当前还没有标准的、统一的岩石 脆性定义及测试方法。岩石的脆性虽然没有明确的定义，但以下性质已达 成共识：
(1)压、抗拉强度比(压拉比)； (4) 高回弹能； (5) 内摩擦角大。
弹性参数与矿物成分组合法
随石英含量增加，杨氏模量增加，泊松比减小，表明脆性越来越强; 随粘土含量增加，杨氏模量减小，泊松比增加，表明脆性越来越弱。岩 石破裂时体积变化量随杨氏模量的增加而减小 ，即岩石脆性随杨氏模量 的增加而增加，而泊松比与岩石脆性的关系恰好相反，为了更加突出脆 性强的岩石，综合上述两种计算方法，提出计算岩石脆性的新公式:
弹性参数法
这种方法认为杨氏模量越高，泊松比越低的岩石脆性更 强。然而它的不足之处，一是杨氏模量最大值和最小值的确 定方法不统一，因此不同区块的岩石脆性无法对比; 二是杨 氏模量和泊松比在脆性评价中的权重不确定，使得脆性的评 价存在不确定性; 三是连续计算脆性指数时通常用纵横波资 料，对于因井眼不规则和气体影响等因素需要进行校正。
岩石脆性
岩石脆性是指岩石受力破坏时所表现出的一种固有性质， 表现为岩石在宏观破裂前发生很小的应变，破裂时全部以弹性 能的形式释放出来。脆性指数表征岩石发生破裂前的瞬态变化 快慢（难易）程度，反映的是储层压裂后形成裂缝的复杂程度 。通常，脆性指数高的地层性质硬脆，对压裂作业反应敏感， 能够迅速形成复杂的网状裂缝；反之，脆性指数低的地层则易 形成简单的双翼型裂缝。因此，岩石脆性指数是表征储层可压 裂性必不可少的参数。
矿物组分法
一般，砂岩和页岩中常见的有三种矿物：石英、方解石 和粘土，其中石英脆性最强，方解石中等，粘土最差，因此 可用三种矿物含量来进行表征。
这种方法简单易操作，但岩石矿物组分多种多样，仅靠 这三种矿物组分含量来表征显得精确性不够，且该方法忽略 了成岩作用的影响，岩石是漫长的地质历史中由不同矿物成 分胶结而成，成岩过程中经历了不同的地质作用，存在压密 程度、空隙等方面的差异，因此即使矿物成分完全相同，脆 性程度也不同，这种方法适用于分析同一地区经历过相同地 质作用的岩石。
岩石脆性主要表现在以下几个独特方面：
(1) 岩石的脆性不同于像弹性模量、泊松比这样的单一力学参数，它受多个 因素共同制约，想要表征脆性，需建立特定的脆性指标。
(2) 脆性受内外因素共同作用。脆性是以内在非均质性为前提，在特定加载 条件下表现出的特性。
(3) 脆性破坏是在非均匀应力作用下，产生局部断裂，并形成多维破裂面的 过程。在外力作用下，岩石发生脆性破坏，内部微裂纹的萌生、裂纹稳定 扩展至非稳定交联的过程都与岩石的脆性密切相关。
脆性指数评价
岩石的脆性与其力学特性密切相关，根据脆性的定义和破 坏的现象，国内外学者根据不同的研究目的，从不同角度提出 近20 种表示岩石脆性的指标(基于强度、全过程应力–应变曲线 、加卸载试验、硬度测试、成分分析等)。而这些指标有的可以 反映岩石的脆性差异，有的测试方法不容易掌握，有的还需要 更多的测试以检验其准确性。现场上有两种比较常用的方法评 价岩石脆性，一种是弹性参数法，一种是矿物组分法。