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代化工研究
技术应用与研究
层理对岩石抗压强度影响研究
O穆景福
（陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院陕西710075）
2016-05
摘要：页岩作为页岩气的主要聚集岩层，由于其具有页状的层理，使得页岩与其它常规储层岩石力学性质呈著不同，具有明显的各向异性特得延。依然假定页岩为各向同性差体，必然会产生不可避免的错误，在现场工作中造遗成不必要的娱失，本文对不同层理倾角页岩进行单轴和三轴压确实验获得力学参数，研究真岩的各向异性强度特延以及变形各向异性持征。由于离教元理论速用于不连续岩石的特点，利用高散元款件PFC2D对含有层理页差进行数值模拟研究，实现对页岩力学参数的确定，从而研究不同角度下含有单一层理和含有一组层理页差的抗压强度。
关键词：页岩；各向异性；颖粒拉流款件中图分类号：TU452
文献标识码：A
Explorationoftheanisotropicmechanicalofshale
Mu Jingfu
(Research institute, Shaanxi Yanchang Oil(Group) Co., Ltd, Shanxi, 710075)
Abstracf: Shale which is the ser of rock of'shale gas is obviouesly anisotropic diferenr from comentional reservoir rock, since ir has rhin page of bedding. It musr cattse wnecesary loss in the actarally work if still assimes thar shale is isotropic. In zhis paper the anisofropy of shale strengrh and deformation is sfardied base on zhe mechanical of rock of diferenf angle of bedding which are obrained zhrough zhe tniaxial and zriaxial compression fesr. The anisotropy of shale of single bedding and a group of bedding is studied. The mechanical of shale is simulated by discrete elemenf sofiware PFC2D
Keyword: Shale; Anisotropy; PFC
引信言
自然界岩体中存在着大量的节理、层理等不连续面，具有明显的各向异性。层理弱面的存在对岩体的强度以及变形规律产生明显的影响，依然假设岩体为连续介质，将会产生不可避免的错误。当前，许多学者开展了大量关于节理层理弱面对岩体力学性质影响的试验研究。但是由于岩石的不均匀性、复杂性以及技术原因，室内试验获得力学参数费时、费力而且花费高。如若将室内试验和数值模拟试验结合，将会更好的研究和了解层理面的存在对岩体力学性质的影响。
对于含有层理的不连续体，不宜采用连续介质模型或“等效模型”进行分析，采用离散元软件PFC2D进行仿真模
拟，能更准确的分析含有层理岩石试样的力学参数。一、室内试验
1.试样制备及实验过程
岩石单轴压缩实验是指，是岩石试样在无侧压的情况下，在轴向压力作用下发生变形直至破坏的试验。页岩层理发育明显，所以本次试验所用岩石试样取自志留系龙马溪组中厚层状黑色页岩，碳质含量高，试验仪器为全伺服控制岩石力学实验系统。由于取自露头的页岩形状很不规则，不能直接用于实验。实验前必须对页岩进行加工，由于取芯设备、时间和技术原因，只能分别与层理方向为0度，45 度，90度角度取芯并编号，岩石试样为圆柱型，直径为 25mm，长度为50mm。轴向和径向应变夹持并固定在试件上，试件放入三轴应力试验仪器，无围压，轴向加载速度
万方数据
为0.35mm/min，通过数据采集系统获得试验过程中的轴向应力，从而得到该试件的抗压强度。
2.试验结果
岩石是矿物颗粒集合体，具有明显的非均质性，同时由于岩石在长期复杂的地质作用产生裂隙、空洞等缺陷，所以试样的力学参数具有明显的差异性，离散度大。本次试验三个层理倾角的取样不少于5块，以减少试样及试验产生的误差。层理倾角为0度岩心抗压强度分布为101.1MPa~170.4Mpa，平均值137.0Mpa；层理倾角为45度岩心抗压强度分布为71.3MPa~106.9MPa，平均值90.4Mpa；层理倾角为90度岩心抗压强度分布为 94.9Mpa~158.6MPa，平均值132.4MPa。随着倾角的增大，试样的抗压强度先减小后增大层理倾角不同，岩石的抗压强度有明显的差异。
层理试件数值试验模拟
PFC2D程序作为一种特殊的离散单元法，克服了传统的连续介质力学模型的宏观连续性假设，无需事先指定岩石或节理的本构关系，可以解决基于连续介质力学建立本构模型难以处理的复杂岩石断裂力学问题。PC模型是直接破坏型模型，其强度并不按指定的应力一应变关系发生变化，而是随着内部微观结构发生改变。
1.试验模型建立
PFC2D模型建立的依据是所取岩心试件室内试验结果获得的。根据室内试验获得的0度、45度、90度岩石试件抗压强度、弹性模量和泊松比的平均值，通过不断调试程