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
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删 词州
露 采 技 Ｂｄ罢 ８州 ５ 天 矿 术 ２ ．；期 ｏ ￣ ｏ
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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。
温度-围压耦合作用下岩石断裂机理
温度-围压耦合作用下岩石断裂机理
温度-围压耦合作用下岩石断裂的机理是指当岩石受到外部应
力作用，同时还受到温度的影响时，岩石内部发生断裂的过程。
温度-围压耦合作用会对岩石的力学性质产生影响，导致岩石
的强度、黏滞性和脆性等发生改变。
在高温和高围压的条件下，岩石的强度通常会减小，黏滞性增加，脆性增强。
这是由于温度的上升会使岩石内部的粘结和结构变化，使岩石更容易发生断裂。
岩石在温度和围压的作用下，会经历以下断裂机制：
1. 脆性断裂：脆性断裂是指在高温-高压条件下的岩石受到外
部应力作用后，出现突然断裂的现象。
这种断裂通常发生在岩石的强度较高的部分，形成裂缝和断层。
2. 塑性变形：低温-高压下的岩石，由于温度较低，无法发生
脆性断裂，而通过塑性变形来承受外部应力。
塑性变形会导致岩石内部发生屈服和流动，形成折叠、滑移等现象。
3. 变质作用：温度-围压耦合作用会引起岩石中的矿物质结构
发生改变，形成新的矿物组成。
这种变质作用会导致岩石的物理性质发生变化，进而影响岩石的断裂机理。
总体而言，温度-围压耦合作用下的岩石断裂机理是一个复杂
的过程，受到多种因素的共同影响。
研究岩石断裂机理对于理解地壳运动和构造演化具有重要意义。
高温后大理岩力学性质及其破坏规律研究_陈国飞
Vol.31 No.8 Aug. 2014
工
程
力
学 189
ENGINEERING MECHANICS
文章编号：1000-4750(2014)08-0189-08
高温后大理岩力学性质及其破坏规律研究
陈国飞，杨圣奇
(中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏，徐州 221008)
加温前 加温后
2 试验结果分析
2.1 高温对大理岩物理性质的影响 为研究大理岩加温前后物理性质和几何尺寸 的变化，取同一温度下 4 组试样的高度、直径、质 随温度的变化曲线，加温处理后大理岩试样物理性 质发生了显著的变化，试样高度整体上随着温度的 升高而增大，加温到 200℃，试样高度变化的不是 很明显，而当加温到 400℃、600℃、800℃，试样 高度变化较为显著。在高温 800℃后，高度由加温 前的 100.44mm 增大到 101.66mm ，增幅达到了 1.2%。图 3(b)给出了大理岩试样直径随温度的变化 规律相似，均随着温度的升高而变大。主要是由于 试样在高温作用后，伊利石发生热膨胀，这一过程 不可逆，所以冷却后，试样尺寸不会回复原状。图 3(c)是试样质量随温度的变化曲线，在常温至高温 600℃之间， 试样质量变化不明显， 在高温 800℃后， 质量由 582.9g 减小到 568.8g，减小了 2.4%。这是 因为高温作用使得大理岩内部伊利石发生热分解， 但变化很小，当温度达到 700℃后，白云石将发生 热分解，试样质量变化大。图 3(d)则是大理岩密度 随温度的变化曲线，试样密度整体上随温度的增大 而减小的，加温到 200℃试样密度变化不明显，当 温度加温到 400℃、600℃、800℃时，密度减小的 幅度较大，在 800℃时，密度由 2715kg/m³减小到 2566kg/m³，减小了 5.5%。由此可见，温度对大理 岩的物理性质影响较大，温度越高，影响越显著。
《高温作用下油页岩热物理、渗流、力学特征各向异性演化规律及其应用》范文
《高温作用下油页岩热物理、渗流、力学特征各向异性演化规律及其应用》篇一一、引言随着能源需求的持续增长和传统资源的日益枯竭，油页岩作为一种重要的替代能源资源，其开发和利用受到广泛关注。
在高温作用下，油页岩的热物理、渗流和力学特征会发生显著变化，呈现出各向异性的演化规律。
本文旨在探讨这一现象的内在机制及其在实际应用中的价值。
二、油页岩热物理特征各向异性演化规律1. 热传导与热膨胀高温环境下，油页岩的热传导系数和热膨胀系数随温度的升高而发生变化。
由于矿物成分和结构的非均质性，这些参数表现出显著的各向异性。
研究表明，垂直于层面方向的热传导性能优于平行于层面方向，而热膨胀系数则在不同方向上存在明显差异。
2. 热物理性质变化机制油页岩在高温作用下，内部矿物结构发生变化，导致热物理性质发生各向异性变化。
这种变化主要与矿物的相变、晶体结构的重组以及有机质的热解有关。
此外，水分的迁移和孔隙度的变化也对热物理性质产生影响。
三、油页岩渗流特征各向异性演化规律1. 渗流特性变化随着温度的升高，油页岩的渗流特性发生显著变化。
在高温作用下，油页岩的孔隙度和渗透率增大，渗流路径变得更加复杂。
由于矿物成分和孔隙结构的各向异性，渗流特性在不同方向上表现出明显差异。
2. 渗流模型及模拟研究基于高温作用下的渗流特性变化，建立了相应的渗流模型，并运用计算机模拟技术对渗流过程进行模拟研究。
模拟结果表明，各向异性的渗流特性对油页岩的开发和利用具有重要影响。
四、油页岩力学特征各向异性演化规律1. 力学性质变化高温作用下，油页岩的力学性质发生显著变化，主要表现为弹性模量、泊松比和抗拉强度的变化。
由于矿物成分和结构的各向异性，这些力学参数在不同方向上存在明显差异。
2. 破坏机制及影响因素高温作用下，油页岩的破坏机制主要为热应力引起的裂纹扩展和矿物相变引起的体积膨胀。
此外，水分的迁移和孔隙度的变化也对力学性质产生影响。
不同矿物的热稳定性和膨胀系数差异也是导致力学性质各向异性的重要因素。
围压对大理岩力学特性影响的试验研究
特征 增强，弹性模量和泊松比增 大 峰前扩容明显增 大：强度特性表现为峰值 强度和残余 强度均随围压 的增 大而线性 增 大，残余强度对围压的敏 感性 高于峰值强度，残余 内聚力大大低 于峰值，残余内摩擦 角与峰值非常接近．
关键 词：围压：大理岩：变形特性：强度特性
中图 分类 号 ： Ｕ １ Ｔ ４ｌ 文 献 标识 码 ：Ａ
极限后采用横 向应变控制， 直至达到残余强度．
３ 试验 结 果
三轴试验测试了五个试件， 围压分别为５ ｌ， ０ ０ ０ ａ 试验结果如表 １ ， ０ ２ 、３ 和４ＭＰ ． 所示． 试验结果表明， 试件在 常 围压加载条件下具有较明显的屈服特征， 如图１ 所示． 屈服前轴向应变与应力成线性变化， 屈服后并不立即进
第３ ４卷第 ６期
西南民族大学学报 ・ 自然科 学版
Ｊ ｕ ａ ｆ ｏ ｔ ｗｅ ｔ ｉ ｅ ｓ ｙ ｆ ｒ ｔ ｎ ｌ ｉ ｓＮａｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅＥ ｉ ｏ ｏ ｒ ｌ ｕ ｈ ｓ ｖ ｒｉ ｏ ｉ ａｉ ｅ ・ ｔ ｒ ｌ ｃ ｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｎ ｏ Ｓ Ｕｎ ｔ Ｎａ ｏ ｔ ｉ
化特性． 大理岩具有较明显的应变软化特征． 如图３ 所示： 在较低围压作用下（３３ＭＰ ） ａ＿ Ｏ ａ ＜ 时岩样的弹性模量线性关系相对较强， 而且随着围压的增高而增 大， ０ ａ 在４ＭＰ 时围压弹性模 量和割线模量显著增大， 岩石的弹性模量和割线模量的差异逐渐减小， 这主要是 由
高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
高温后粉砂岩动态力学特性及破坏机理研究的开题报告
一、研究背景
随着我国经济的快速发展，建筑、交通、水电等基础设施建设不断加快，对于研究岩石的动态力学特性及破坏机理显得尤为重要。
其中，粉砂岩作为一种广泛应用于
地下隧道、地下空间以及高速公路等工程建设中的常见围岩，其力学性能及其稳定性
一直是工程建设中的重要问题。
尤其在高温环境下，粉砂岩的力学性质往往会发生变化，其破坏机理也随之发生改变，因此，对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破
坏机理进行研究，对于进一步提高工程建设的安全性和有效性，具有重要的研究价值。
二、研究目的
本研究旨在通过对粉砂岩在高温环境下的动态力学特性和破坏机理进行深入探究，为工程建设提供可靠的理论支持和技术保障。
三、研究方案
1. 文献综述：对国内外关于粉砂岩在高温环境下力学性质及其破坏机理研究的文献进行综述和分析，梳理现有研究成果，为本研究提供参考。
2.高温实验：通过高温环境下进行材料的实验，目的是重现实际工程条件下的物理过程，测试出粉砂岩的动态力学特性和抵抗高温膨胀的能力。
3. 数学模型：引入岩土力学的理论和方法，建立粉砂岩的数值模型，分析高温环境下粉砂岩的破坏机理，预测粉砂岩在不同温度下的强度和稳定性。
四、研究意义
通过实验和数值模拟，本研究旨在探究粉砂岩的高温强度和稳定性，为工程建设提供基础数据和理论支持。
同时，可以深入了解粉砂岩在高温环境下的变化机理，为
实际工程操作提供可靠的指导意见，进一步提高工程建设的安全性和有效性。
温度对常见岩石力学特性的影响规律
温度对常见岩石力学特性的影响规律作者：钟玄张恺宁管棋隆来源：《中国科技纵横》2017年第02期摘要：本文对砂泥岩和石灰岩在常温及经历100℃～800℃温度作用后的力学特性进行试验研究，考察了三种岩石在加温后的峰值应力、应变、弹性模量随温度的变化特征，并对其高温劣化机制制作了探讨。
研究结果表明：砂岩在常温～200℃内，峰值应力、应变呈下降趋势，弹性模量变化不大，而在200℃～600℃内，峰值应力、应变呈上升趋势，弹性模量变化不大，在T>600℃后，峰值应力与弹性模量都急剧下降，峰值应变略微上升；泥岩峰值应力、应变和弹性模量在常温～400℃内都呈上升趋势，在400℃～700℃内下降，而在T>700℃后又回升；石灰岩的峰值应力、应变和弹性模量在常温～200℃内，随温度的升高缓缓下降，在200℃～600℃内变化不大，当T>600℃后，峰值应力与弹性模量都急剧下降，峰值应变急剧上升。
温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致砂岩力学性质发生改变与高温劣化。
关键词：高温作用；力学特征；砂泥岩；石灰岩；弹性模量；矿物成分中图分类号：TD84 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0154-031 引言高温环境下的岩石工程问题，已成为岩石力学发展的新方向。
国内外学者对此展开了大量的研究，并已取得相应的研究成果。
张连英等采用电液伺服材料力学试验系统对常温～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，给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随温度的变化特征；李明等人利用MTS652.02高温炉与φ50mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，对800℃加热后的砂岩试样进行单轴冲击压缩试验，分析了17.904～62.600s-1应变率范围内砂岩动力特性的变化规律；秦本东等利用自行研制的岩石加温装置和MT-150C岩石力学试验机，对石灰岩和砂岩试样高温后的力学特性进行了试验研究；谌伦建等人采用偏光显微镜、扫描电镜及岩石力学试验系统等仪器设备研究了煤层顶板砂岩在常温到1200℃范围内的力学特性和破坏机理；查文华等利用RMT-150B岩石力学试验系统和GD-65/150高低温环境箱，对经历不同温度后煤系泥岩的力学特性进行试验研究，分析不同温度下煤系泥岩的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量、变形模量以及泊松比受温度的影响；刘瑞雪等人利用MTS810电液伺服材料试验系统以及高温炉MTS652.02，在常温（25℃）～800℃条件下对泥岩试件进行了单轴压缩实验，分析了温度对泥岩的应力-应变曲线、弹性模量、峰值应力及峰值应变的影响。
高温下砂岩动态力学特性研究_王鹏
兵
工
学
报
Vol． 34 No． 2 Feb． 2013
ACTA ARMAMENTARII
高温下砂岩动态力学特性研究
1 1， 2 1 1 王鹏 ，许金余 ，刘石 ，陈腾飞
（ 1. 空军工程大学 机场建筑工程系， 陕西 西安 710038 ； 2. 西北工业大学 力学与土木建筑学院，陕西 西安 710072 ）
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引言
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第 34 卷
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其微观结构与高温状态下的岩石有 却后进行试验， 很大不同。单纯的研究温度作用和动态应力均难以 真切的反映高温下岩石的动态力学特性 。 为深入 研 究 高 温 作 用 下 岩 石 的 动 态 力 学 特 性， 本文选用砂岩为材料 ， 利用波形整形器改进后 的 Ф100 mm 分离式霍普金森压杆 （ SHPB ） 试验装 置 及其配套的管式加热炉对砂岩试件进行高温 （ 室温 25 ℃ ～ 1 000 ℃ ） 下的单轴动态 压 缩 试 验 ， 探讨了不同 温 度 等 级 下 砂 岩 峰 值 应 力 、 峰值应变 以及弹性模 量 的 变 化 规 律 ， 并对其微观机理进行 了讨论分析 。
Tab． 2
高温下砂岩动态压缩试验结果
Experimental results of sandstones under dynamic compression at high temperature
［8 ］
， 得到材料的动态应力 －应变关系
∫
（ 1）
式中： σ（ t） 为试件的应力函数； ε （ t ） 为试件的应变
第2 期
高温下砂岩动态力学特性研究
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温度与压力作用下页岩气井环空带压力学分析
温度与压力作用下页岩气井环空带压力学分析刘奎;高德利;曾静;房军;王宴滨【摘要】为解决页岩气井环空带压的问题,进行了压裂及生产过程中温度和压力变化对页岩气井环空带压影响的力学分析.以弹性力学为基础,建立了页岩气井直井段双层套管系统的力学模型,基于界面上应力相等及位移连续条件,推导了各界面的径向应力计算方程,并讨论了套管内压、温度、地应力等因素对水泥环封隔能力的影响规律.研究结果表明:温度升高、内压及地应力增大、水泥环弹性模量增大均有利于提高水泥环的封隔能力,减小套管壁厚有利于增加界面的径向应力;随着井深的增加,界面径向应力变大,水泥环封隔能力增强,提高直井段下部水泥环的封隔能力是降低井口环空带压风险的关键;第一界面和第二界面是固井失效的危险点,提高第一、第二界面的固井质量,有利于降低形成环空带压的风险.%With consideration of the severe problems related to annulus pressure in shale gaswells,mechanical analysis were performed to clarify the impact of changes in temperatures and pressures during fracturing and production on the annulus pressure in shale gas wells.According to elastic mechanical theories,a mechanical model of a double casing system was established.The formula in calculating the stress of each contact surface was derived based on a displacement continuity condition.In addition,the impact of casing internal pressures,temperatures and in-situ stresses on the sealing ability of a cement sheath were reviewed.Research results suggest that the increase in temperatures,internal pressures,in-situ stresses,and elastic modulus of cement are beneficial and may improve the sealing ability of the cement sheath.On the other hand,decreasing casingthicknesses can be damaging because it increases the radial stress on the interfaces.Radial stresses on interfaces may increase with well depths,so the key to relieving the annulus pressure in the wellhead is to improve the sealing ability of the cement in the lower section of the vertical well.The first and second interfaces are the dangerous positions and they are where there is maximum risk of cementing failure.Improving the cementing quality of the first and second interfaces is helpful in reducing the risk of annulus pressure generation.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2017(045)003【总页数】7页(P8-14)【关键词】温度;压力;页岩气井;环空带压;双层套管;水泥环;径向应力【作者】刘奎;高德利;曾静;房军;王宴滨【作者单位】石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京 102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京 102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京 102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京 102249;石油工程教育部重点实验室(中国石油大学(北京)),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE21页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气。
高温高压条件下页岩储层特性与流体运移模拟
高温高压条件下页岩储层特性与流体运移模拟标题：高温高压条件下页岩储层特性与流体运移模拟摘要：随着页岩气的大规模开发，对于高温高压条件下页岩储层的特性和流体运移模拟的研究日益重要。
本文将系统性地探讨高温高压条件下页岩储层的特性以及对流体运移行为的影响，并介绍了目前常用的流体运移模拟方法。
1. 引言页岩气作为一种重要的非常规天然气资源，具有巨大的潜力和开发价值。
然而，高温高压条件下页岩储层的特性和流体运移行为相较于常规储层而言更为复杂，需要深入研究和模拟。
2. 高温高压条件下页岩储层特性高温高压条件下页岩储层主要特性包括：储层孔隙结构、岩石力学性质、流体吸附特性和渗流性能等。
其中，储层孔隙结构对储层的孔隙度、孔隙分布和孔隙尺寸等起着重要作用。
岩石力学性质是评估储层稳定性和产能的关键因素。
流体吸附特性表征了流体与岩石表面的相互作用，影响着储层中流体的吸附和解吸行为。
渗流性能则决定了页岩储层中流体的渗流速度和能力。
3. 高温高压条件下流体运移模拟方法为了准确模拟高温高压条件下页岩储层中流体的运移行为，研究者们采用了多种模拟方法，包括经验公式法、数值模拟法和实验模拟法等。
经验公式法基于实验数据和统计模型，简化了模拟过程，适用于初步评估和预测。
数值模拟法则通过建立适当的物理模型和数学方程，模拟储层中流体的运移和分布情况，能够提供更为详细和准确的结果。
实验模拟法则通过构建类似页岩储层的实验装置，模拟高温高压条件下的流体运移过程，得到实际可观察的数据。
4. 结论在高温高压条件下，页岩储层的特性与流体运移行为受到多种因素的影响。
对于高温高压条件下页岩储层的特性和流体运移模拟的研究，有助于预测储层中流体运移的能力和产能，优化开发方案，并为相关工程提供科学依据。
高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响
文章编号：１００１－６１１２（２０１９）０６－０９１０－０６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｄｏｉ：１０．１１７８１／ｓｙｓｙｄｚ２０１９０６９１０高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响熊㊀健１，林海宇１，刘向君１，梁利喜１，黄㊀宏２，李贤胜１（１．油气藏地质及开发工程国家重点实验室（西南石油大学），成都㊀６１０５００；２．中国石油集团测井有限公司西南分公司，重庆㊀４０００２１）摘要：以四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象，分析了高温处理后页岩岩石物理特性的变化规律，同时也探讨了高温对页岩岩石力学特性的影响㊂研究结果表明，随着温度的升高，页岩岩样的色调逐渐由黑色变为灰白色；页岩样品质量随着温度增加先缓慢下降后再快速下降，而孔隙度和渗透率先缓慢上升后快速上升，即质量㊁孔隙度和渗透率在温度增加的过程中发生了较明显变化，说明该过程中存在一个阈值温度，龙马溪组页岩的阈值温度范围在３００ ４００ħ；随着温度的增加，页岩样品纵横波时差降低，而纵横波衰减系数增大；随着温度增加，页岩样品单轴抗压强度降低，弹性模量下降，泊松比变化规律不明显㊂关键词：高温；岩石物理特性；力学特性；页岩；龙马溪组；下志留统；四川盆地中图分类号：ＴＥ１２２．１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码：ＡＨｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｓｏｎｒｏｃｋｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｏｒｇａｎｉｃ⁃ｒｉｃｈｓｈａｌｅＸＩＯＮＧＪｉａｎ１，ＬＩＮＨａｉｙｕ１，ＬＩＵＸｉａｎｇｊｕｎ１，ＬＩＡＮＧＬｉｘｉ１，ＨＵＡＮＧＨｏｎｇ２，ＬＩＸｉａｎｓｈｅｎｇ１（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｅｒｖｏｉｒＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＥｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ６１０５００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＢｒａｎｃｈ，ＣＮＰＣＬｏｇｇｉｎｇＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００２１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎｓｈａｌｅｉｎｔｈｅＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈａｌｅａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈａｌｅ．Ａｓｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｃｏｌｏｒｏｆｓｈａｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｇｒａｄｕａｌｌｙｃｈａｎｇｅｓｆｒｏｍｂｌａｃｋｔｏｇｒａｙ．Ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｌｏｗｌｙｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｒａｐｉｄｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｔｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｏｗｌｙａｔｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｒａｐｉｄｌｙ．Ｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｓｉｎｑｕａｌｉｔｙ，ｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅｉｓａｔｈｒｅｓｈｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎｓｈａｌｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ３００ｔｏ４００ħ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｔｉｍｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖｅａｎｄｓｈｅａｒｗａｖｅｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌａｎｄｓｈｅａｒｗａｖｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓｄｅｃｒｅａｓｅ，ｗｈｉｌｅｃｈａｎｇｅｓｉｎＰｏｉｓｓｏｎ ｓｒａｔｉｏａｒｅｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｒｏｃｋｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｈａｌｅ；ＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ；ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎ；ＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ㊀㊀随着我国油气消费快速增长，天然气对外依存度快速攀升，截至２０１８年底，天然气对外依存度高达４５．３％［１］，这将不利于我国能源安全保障体系的构建，且环保因素也将推动我国天然气需求量进一步增加㊂２０１５年，美国能源信息署（ＥＩＡ）发布了包含美国在内的４６个国家的页岩气资源评价成果报告［２］，指出全球页岩气的技术可采资源量为２１４．４９ˑ１０１２ｍ３，其中，中国页岩气的技术可采资源量为３１．５７ˑ１０１２ｍ３，这些数据显示了我国页岩气资源开发潜力巨大㊂页岩气赋存形式主要以吸附态和游离态为主，且在原始状态下，页岩中气体处于吸附态和游离态的动平衡状态㊂现有页岩气藏开采经验表明，页岩气井开采初期产量主要依赖于页岩中游离气，而后期气井产量主要依赖于页岩中吸附气，产量递减快慢主要受控于页岩中吸附气的解吸作用［３］㊂因此，在页岩气开采过程中，促进页岩中吸附气的解吸将提高页岩气井产量，缩短页岩气井开采周期㊂目前，除了利用水力压裂技术改善页岩气井井周地层区域的渗流条件从而加快页岩气解吸外，李武广等［４－６］研究表明随着温度升高，收稿日期：２０１９－０８－０６；修订日期：２０１９－１０－１５㊂作者简介：熊健（１９８６ ），男，博士，副研究员，从事复杂地层岩石物理研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：３６１１８４１６３＠ｑｑ．ｃｏｍ㊂基金项目：国家自然科学基金项目 水岩作用对硬脆性页岩孔隙结构及声波特性影响的研究 （４１８７２１６７）资助㊂㊀第４１卷第６期２０１９年１１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质ＰＥＴＲＯＬＥＵＭＧＥＯＬＯＧＹ＆ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．６Ｎｏｖ．，２０１９页岩气解吸速率加快；邢亚繁等［７－８］提出了利用电加热激励方法促进页岩气解吸；游利军等［８］提出利用页岩气层氧化爆裂方式加快页岩气开采，说明了增加储层温度也是加快页岩气解吸的方法之一㊂目前，温度对岩石物理性质的影响研究较多，并取得了一定的认识㊂刘均荣等［１０－１２］研究了温度对岩石微观结构的影响，结果表明高温将改变岩石的孔隙结构，并造成岩石中出现微裂缝；刘均荣等［１３－１７］研究了温度对砂岩㊁泥岩㊁碳酸盐岩等不同岩性岩石的物理性质影响，包括孔隙度㊁渗透率㊁波速等，研究结果表明随着温度的增加，不同岩性的岩石孔隙度㊁渗透率等呈增大的趋势，而波速呈下降的趋势；王鹏等［１７－２０］研究了温度对砂岩㊁灰岩㊁花岗岩等不同岩性岩石的力学性质影响，研究结果表明不同岩性的单轴抗压强度随着温度增加总体呈下降趋势，这主要是与高温造成岩石热损伤有关，这些研究结果有助于人们认识高温处理后不同岩性岩石物理性质的变化规律㊂卢运虎等［２１］研究温度变化对富有机质页岩岩石微观结构的影响，进而讨论了其对页岩各向异性的影响㊂然而，温度对富有机质页岩岩石的孔隙度㊁渗透率㊁声波㊁力学等物理特性的影响并未进行系统研究，还缺乏足够认识㊂因此，本文以四川盆地龙马溪组富有机质页岩为研究对象，研究了高温处理后页岩岩石物性的变化规律，包括岩石质量㊁孔隙度㊁渗透率㊁声波速度㊁声波衰减系数等，同时也研究高温对页岩岩石力学特性的影响㊂１㊀实验样品与方法实验页岩样品采自四川南部地区古生界下志留统龙马溪组㊂龙马溪组属海相沉积环境，下部为黑色页岩，上部为灰色㊁黄绿色泥质或粉砂质页岩，与下伏观音桥组呈整合接触［２２］㊂龙马溪组下部黑色页岩具有较高有机质丰度，作者前期研究成果显示石英含量分布在４３．４６％ ６２．６６％，碳酸盐矿物含量分布在２２．４０％ ３９．５９％，黏土矿物含量分布在１１．１０％ １８．７９％，其中黏土矿物主要以伊利石和高岭石为主；岩样的有机碳含量（ＴＯＣ）为３．４４％ ４．５３％，平均为４．１２％㊂按照要求制取平行层理方向和垂直层理方向的试样，试样规格为φ２５ｍｍˑ５０ｍｍ的圆柱体㊂对试样先进行２４ｈ的低温（４０ħ）烘干处理，然后进行质量㊁孔隙度㊁渗透率㊁声波和力学等测试，获取相关参数㊂在此基础上，本次实验中对页岩岩样依次进行１００，２００，３００，４００，５００，６００ħ等高温处理㊂以２０ħ／ｍｉｎ的速度加热到预设温度后，恒温６ｈ，然后在炉膛中自然冷却至室温，再重复进行质量㊁孔隙度㊁渗透率㊁声波和力学等测试㊂不同温度作用后页岩样品的表观形态如图１所示㊂从图１中可看出，随着温度的升高，页岩岩样逐渐由黑色变为灰白色，其中在４０ ２００ħ内，页岩岩样的颜色随着温度升高变化不明显；３００ħ时，页岩岩样由黑色变为了灰黑色，这可能与页岩中有机质燃烧造成有机碳含量减小有关；３００ ６００ħ内，页岩岩样的颜色随着温度升高由灰黑色逐渐变为灰白色，岩石表面上纹层更明显㊂这说明高温作用使富有机质页岩的各组分发生了较复杂的物理化学变化㊂实验页岩样品的基本特性如表１所示，表中１－ａ，１－ｂ，２－ａ，２－ｂ等样品经高温重复处理后，分别对每个样品重复进行岩石物理特性参数测量，研究温度对页岩岩石物理特性的影响；而表中１－ｃ㊁１－ｄ㊁１－ｅ㊁１－ｆ等样品经高温处理后，分别对每个样品进行力学实验，研究温度对页岩岩石力学特性的影响㊂２㊀实验结果２．１㊀页岩岩样质量的变化页岩样品经高温处理后，其质量的变化规律如图２所示㊂４组页岩样品质量随着温度变化的规图１㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩样品的表观颜色Ｆｉｇ．１㊀Ａｐｐａｒｅｎｔｆｏｒｍｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ㊃１１９㊃㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀熊健，等．高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响㊀表１㊀四川南部下志留统龙马溪组低温烘干后页岩样品的基本特性Ｔａｂｌｅ１㊀Ｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｙｉｎｇ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ编号与层理的关系质量／ｇ孔隙度／％渗透率／１０－６μｍ２声波速度／（ｍ㊃ｓ－１）纵波横波衰减系数／（ｄＢ㊃ｍ－１）纵波横波１－ａ１－ｂ１－ｃ１－ｄ１－ｅ１－ｆ２－ａ２－ｂ平行垂直６４．４９３．６６５．９２５０００．２７３０１１．３４１３．７９１４．８８６４．８１３．３４５．３４４９３９．１６２９７６．０９１６．７６１４．７３６３．９７４．６２８．９５４７７５．９４２７９６．３０１２．２７１８．７０６４．２３４．７８９．０４４８０１．６４２７９９．３３１７．７７１７．９２５１．７２３．７４５．０４５０９０．４９３０２５．７９１６．２４２１．５７５０．８３４．１５７．１４４８０１．００２８６３．８１１４．２２１９．８１４８．８９３．１７２．１４４４７５．９４２６９６．３０２１．８７２８．２５５５．３１３．３７２．３４４５０１．６４２６９９．３３２４．２９２６．６６图２㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样质量变化率Ｆｉｇ．２㊀Ｃｈａｎｇｅｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｗｅｉｇｈｔａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ律具有一致性，即随着温度增加，页岩样品的质量先缓慢下降后快速下降，其中在４００ħ之前，页岩样品质量下降缓慢，经过４００ħ高温处理后，页岩样品的质量减小不超过１％，而在温度４００ħ之后，页岩样品的质量下降速度明显增大，经过温度６００ħ处理后，页岩样品的质量减小约４％㊂在温度４００ħ之前，页岩中矿物吸附水和层间水将会脱出，且部分有机质也会发生热解反应，造成页岩质量减少，但下降幅度小；而温度４００ħ之后，页岩中部分矿物晶格中结构水将脱出，且有机质发生热解反应，同时在这个温度阶段，部分矿物晶型转变㊁熔融，甚至使部分矿物成分消失，综合作用造成页岩岩石质量减少，且下降幅度大㊂２．２㊀页岩岩样孔渗的变化页岩样品经高温处理后，其孔隙度和渗透率的变化规律如图３所示㊂４组页岩样品孔隙度和渗透率随着温度变化的规律具有一致性，即随着温度增加，页岩样品的孔隙度和渗透率先缓慢上升㊁后快速上升，经过温度６００ħ处理后，页岩样品的孔隙度增加了４ ５倍，渗透率增加了８０ １００倍，这图３㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样物性变化率Ｆｉｇ．３㊀Ｃｈａｎｇｅｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ可能是因为高温作用后，页岩中有机质的热解反应和孔隙或矿物中水分被蒸发，造成岩石中孔隙体积增大和渗流通道增多，从而导致岩石孔隙度和渗透率增大，同时页岩内部的热应力超过岩石颗粒之间的抗张应力屈服强度，岩石骨架颗粒间发生位错，内部结构发生破坏，造成岩石中产生一些微小裂缝，从而导致岩石孔隙度和渗透率增大㊂从图３中还可见页岩样品孔隙度和渗透率的变化存在一个突变过程，该过程中存在一个阈值温度范围，即当温度小于阀值温度时，页岩样品孔隙度和渗透率随着温度增加而上升的幅度较小，而当温度超过阀值㊃２１９㊃㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４１卷㊀㊀温度时，页岩样品孔隙度和渗透率随着温度增加而明显上升㊂上述结论与吴晓东等［１４，１６］的研究结果具有相似性㊂本次实验中龙马溪组富有机质页岩的阈值温度范围在３００ ４００ħ，页岩样品的表观颜色和质量也在该阈值范围发生突变，而吴晓东等［１４］研究结果显示，灰岩㊁粉砂岩和砾岩的阈值温度范围分别为５００ ６００，５００ ６００，４００ ５００ħ，游利军等［１６］认为致密砂岩㊁泥岩和致密碳酸盐岩的阈值温度范围分别为３００ ５００，５００ ６００，３００ ４００ħ㊂这些研究说明了不同岩性岩石的阈值温度范围存在差异，这可能与不同岩性岩石中矿物组成类型有关㊂页岩储层温度增加，将加快页岩气的解吸速率［４－６］，同时在升温的过程中，页岩岩石物性的改善，加快了页岩中气体的流动，孔隙压力下降速率增加，进一步促进了页岩气的解吸，这也有利于页岩气的开采㊂２．３㊀页岩岩样声波速度的变化页岩样品经高温处理后，其纵波㊁横波速度的变化规律如图４所示㊂４组页岩样品纵波㊁横波速度随着温度变化的规律具有一致性，即随着温度增加，页岩样品的纵波㊁横波速度呈降低趋势㊂经过温度６００ħ处理后，页岩样品的纵波㊁横波速度下降了２０％ ３０％，该研究结论与吴晓东等［１４－１６］的研图４㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样纵横波速度变化率Ｆｉｇ．４㊀ＣｈａｎｇｅｏｆＰ⁃ｗａｖｅａｎｄＳ⁃ｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ究结果具有相似性㊂这些研究说明了经过高温处理后，岩石的纵波㊁横波速度都呈下降趋势，这可能是因为高温作用后，岩石内部发生热损伤，岩石内部孔隙结构发生变化，孔隙和微裂缝增加，造成声波在岩石中传播的距离增大，从而导致岩石声波速度降低㊂页岩样品经高温处理后，其纵波㊁横波衰减系数的变化规律如图５所示㊂４组页岩样品纵波㊁横波衰减系数随着温度变化的规律具有一致性，即随着温度增加，页岩样品的纵波㊁横波衰减系数呈增大趋势㊂经过温度６００ħ处理后，页岩样品的纵波㊁横波衰减系数增加了４ ６倍，这可能是因为高温作用后，岩石内部发生热损伤，岩石内部孔隙结构发生变化，孔隙和微裂缝增多，造成声波在岩石中传播过程中损耗增大或能量损失增大，从而导致岩石声波衰减系数增大㊂２．４㊀页岩岩样力学特性的变化页岩样品经高温处理后，其单轴压缩应力 轴向应变曲线如图６所示，强度参数如表２所示㊂从图６和表２中可看出，不同温度作用后，页岩样品的应力 应变曲线存在较大差异㊂随着温度升高，曲线峰值应力点下移，即随着温度增加，页岩样品图５㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样纵横波衰减系数变化率Ｆｉｇ．５㊀ＣｈａｎｇｅｏｆａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＰ⁃ｗａｖｅａｎｄＳ⁃ｗａｖｅｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ㊃３１９㊃㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀熊健，等．高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响㊀图６㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样轴向应变 应力关系Ｆｉｇ．６㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｘｉａｌｓｔｒａｉｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ表２㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样的强度参数Ｔａｂｌｅ２㊀Ｓｔｒｅｎｇｔｈｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ编号处理温度／ħ抗压强度／ＭＰａ弹性模量／ＭＰａ泊松比１－ｃ４０２０３．１２１８２６．５０．２９８１－ｄ２００１８９．７２０３３３．７０．１１３１－ｅ４００１６４．７１９４８２．９０．１８６１－ｆ６００１２４．２１８８１５．１０．１９图７㊀四川南部下志留统龙马溪组不同温度下页岩岩样的单轴抗压强度变化率Ｆｉｇ．７㊀Ｃｈａｎｇｅｏｆｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓｈａｌｅｓａｍｐｌｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ＬｏｗｅｒＳｉｌｕｒｉａｎＬｏｎｇｍａｘｉＦｏｒｍａｔｉｏｎ，ｓｏｕｔｈｅｒｎＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎ的单轴抗压强度降低，弹性模量下降，泊松比变化规律不明显㊂这可能是高温作用后，岩石内部发生热损伤，微裂缝增多，造成页岩样品易发生破坏，从而导致页岩样品的力学强度降低㊂页岩样品经过温度６００ħ处理后，单轴抗压强度降幅达３９％（图７），该结论与王鹏等［１７－１９］的研究结果具有相似性㊂研究表明不同岩性岩石单轴抗压强度随着温度增大总体呈下降趋势，但下降幅度不一样，这可能与高温作用后不同岩性岩石热损伤的程度不一样有关㊂３㊀结论（１）随着温度的增加，页岩岩样的色调逐渐由黑色变为灰白色，页岩样品的孔隙度和渗透率发生明显变化，即存在一个阈值温度，龙马溪组页岩的阈值温度范围在３００ ４００ħ㊂（２）在实验温度范围内，页岩样品质量随着温度增加而下降，孔隙度和渗透率随温度增加而增大，声波时差随着温度增加而降低，声波衰减系数随着温度增加而增大㊂（３）在实验温度范围内，随着温度增加，页岩样品的单轴抗压强度降低，弹性模量下降，泊松比变化规律不明显㊂经过温度６００ħ处理后，页岩样品的单轴抗压强度降幅达３９％㊂参考文献：［１］㊀国家高端智库．２０１８年国内外油气行业发展报告［Ｒ］．北京：中国石油集团经济技术研究院，２０１９．㊀㊀㊀Ｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｏｉｌａｎｄｇａｓｉｎｄｕｓｔｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｒｅｐｏｒｔｉｎ２０１８［Ｒ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣＮＰＣＥｃｏｎｏｍｉｃｓ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｄｅ，２０１９．［２］㊀ＵＳＥｎｅｒｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ（ＥＩＡ）．Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅｓｈａｌｅｏｉｌａｎｄｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｏｕｒｃｅｓ［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１５－０９－２４）．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉａ．ｇｏｖ／ａｎａｌｙｓｉｓ／ｓｔｕｄｉｅｓ／ｗｏｒｌｄｓｈａｌｅｇａｓ．［３］㊀赵金洲，游先勇，李勇明，等．页岩气藏水平井压后不稳定早期产量预测模型研究与分析［Ｊ］．油气藏评价与开发，２０１８，８（６）：７０－７６．㊀㊀㊀ＺＨＡＯＪｉｎｚｈｏｕ，ＹＯＵＸｉａｎｙｏｎｇ，ＬＩＹｏｎｇｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｕｎｓｔｅａｄｙｅａｒｌｙｐｅｒｉｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆｏｒｅｃａｓｔｍｏｄｅｌｆｏｒｆｒａｃｔｕｒｅｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｗｅｌｌｓｉｎｓｈａｌｅｇａｓｒｅｓｅｒｖｏｉｒ［Ｊ］．ＲｅｓｅｒｖｏｉｒＥｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２０１８，８（６）：７０－７６．［４］㊀李武广，杨胜来，陈峰，等．温度对页岩吸附解吸的敏感性研究［Ｊ］．矿物岩石，２０１２，３２（２）：１１５－１２０．㊀㊀㊀ＬＩＷｕｇｕａｎｇ，ＹＡＮＧＳｈｅｎｇｌａｉ，ＣＨＥＮＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｓｔｕｄｙｏｆｓｈａｌｅｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｗｉｔｈｒｉｓｉｎｇｒｅｓｅｒｖｏｉｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｅｒａｌｏｇｙａｎｄＰｅｔｒｏｌｏｇｙ，２０１２，３２（２）：１１５－１２０．［５］㊀赵玉集，郭为，熊伟，等．页岩等温吸附／解吸影响因素研究［Ｊ］．天然气地球科学，２０１４，２５（６）：９４０－９４６．㊀㊀㊀ＺＨＡＯＹｕｊｉ，ＧＵＯＷｅｉ，ＸＩＯＮＧＷｅｉ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｆｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒｓｏｎｓｈａｌｅｇａｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．ＮａｔｕｒａｌＧａｓＧｅｏｓｃｉ⁃ｅｎｃｅ，２０１４，２５（６）：９４０－９４６．［６］㊀郭为，熊伟，高树生，等．温度对页岩等温吸附／解吸特征影响［Ｊ］．石油勘探与开发，２０１３，４０（４）：４８１－４８５．㊀㊀㊀ＧＵＯＷｅｉ，ＸＩＯＮＧＷｅｉ，ＧＡＯＳｈｕｓｈｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅｏｎｔｈｅｉｓｏｔｈｅｒｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ／ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｈａｌｅｇａｓ［Ｊ］．ＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，２０１３，４０（４）：４８１－４８５．［７］㊀邢亚繁，王玉斗，王殿生．电加热强化页岩气解吸的数值模㊃４１９㊃㊀㊀㊀㊀㊀㊀石㊀油㊀实㊀验㊀地㊀质㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４１卷㊀㊀拟［Ｊ］．西安石油大学学报（自然科学版），２０１４，２９（６）：７４－７８．㊀㊀㊀ＸＩＮＧＹａｆａｎ，ＷＡＮＧＹｕｄｏｕ，ＷＡＮＧＤｉａｎｓｈｅｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａ⁃ｔｉｏｎｏｆｅｎｈａｎｃｉｎｇｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｓｈａｌｅｇａｓｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｈｅａｔｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ ａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ），２０１４，２９（６）：７４－７８．［８］㊀邢亚繁．电热激励强化解吸开采页岩气藏机理研究［Ｄ］．青岛：中国石油大学（华东），２０１５．㊀㊀㊀ＸＩＮＧＹａｆａｎ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｓｈａｌｅｇａｓｒｅｃｏｖｅｒｙｗｉｔｈｅｎｈａｎｃｅｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｂｙｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｈｅａｔｉｎｇ［Ｄ］．Ｑｉｎｄａｏ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ），２０１５．［９］㊀游利军，康毅力，陈强，等．氧化爆裂提高页岩气采收率的前景［Ｊ］．天然气工业，２０１７，３７（５）：５３－６１．㊀㊀㊀ＹＯＵＬｉｊｕｎ，ＫＡＮＧＹｉｌｉ，ＣＨＥＮＱｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｓｈａｌｅｇａｓｒｅｃｏｖｅｒｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｂｙｏｘｉｄａｔｉｏｎ⁃ｉｎｄｕｃｅｄｒｏｃｋｂｕｒｓｔ［Ｊ］．ＮａｔｕｒａｌＧａｓＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０１７，３７（５）：５３－６１．［１０］㊀刘均荣，吴晓东．热处理岩石微观实验研究［Ｊ］．西南石油大学学报（自然科学版），２００８，３０（４）：１５－１８．㊀㊀㊀ＬＩＵＪｕｎｒｏｎｇ，ＷＵＸｉａｎｇｄｏｎｇ．Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔｅｄｒｏｃｋ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｄｉｔｉｏｎ），２００８，３０（４）：１５－１８．［１１］㊀张志镇，高峰，高亚楠，等．高温影响下花岗岩孔径分布的分形结构及模型［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１６，３５（１２）：２４２６－２４３８．㊀㊀㊀ＺＨＡＮＧＺｈｉｚｈｅｎｇ，ＧＡＯＦｅｎｇ，ＧＡＯＹａｎａｎ，ｅｔａｌ．Ｆｒａｃｔａｌｓｔｒｕｃ⁃ｔｕｒｅａｎｄｍｏｄｅｌｏｆｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｇｒａｎｉｔｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉ⁃ｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，３５（１２）：２４２６－２４３８．［１２］㊀徐小丽，高峰，高亚楠，等．高温后花岗岩力学性质变化及结构效应研究［Ｊ］．中国矿业大学学报，２００８，３７（３）：４０２－４０６．㊀㊀㊀ＸＵＸｉａｏｌｉ，ＧＡＯＦｅｎｇ，ＧＡＯＹａｎａｎ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅｓｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｒｙｓｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｒａｎｉｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏ⁃ｌｏｇｙ，２００８，３７（３）：４０２－４０６．［１３］㊀刘均荣，秦积舜，吴晓东．温度对岩石渗透率影响的实验研究［Ｊ］．中国石油大学学报（自然科学版），２００１，２５（４）：５１－５３．㊀㊀㊀ＬＩＵＪｕｎｒｏｎｇ，ＱＩＮＪｉｓｈｕｎ，ＷＵＸｉａｏｄｏｎｇ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｏｃｋｙｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｃｈｉｎａ，２００１，２５（４）：５１－５３．［１４］㊀吴晓东，刘均荣，秦积舜．热处理对岩石波速及孔渗的影响［Ｊ］．石油大学学报（自然科学版），２００３，２７（４）：７０－７２．㊀㊀㊀ＷＵＸｉａｏｄｏｎｇ，ＬＩＵＪｕｎｒｏｎｇ，ＱＩＮＪｉｓｈｕｎ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔ⁃ｍｅｎｔｏｎｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙａｓｗｅｌｌａｓｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｒｏｃｋ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｃｈｉｎａ，２００３，２７（４）：７０－７２．［１５］㊀何国梁，吴刚，黄醒春，等．砂岩高温前后超声特性的试验研究［Ｊ］．岩土力学，２００７，２８（４）：７７９－７８４．㊀㊀㊀ＨＥＧｕｏｌｉａｎｇ，ＷＵＧａｎｇ，ＨＵＡＮＧＸｉｎｇｃｈｕｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓａｎｄｓｔｏｎｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２００７，２８（４）：７７９－７８４．［１６］㊀游利军，康毅力．热处理对致密岩石物理性质的影响［Ｊ］．地球物理学进展，２００９，２４（５）：１８５０－１８５４．㊀㊀㊀ＹＯＵＬｉｊｕｎ，ＫＡＮＧＹｉｌｉ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｉｇｈｔｒｏｃｋｓ［Ｊ］．ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，２００９，２４（５）：１８５０－１８５４．［１７］㊀王鹏，许金余，刘石，等．热损伤砂岩力学与超声时频特性研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２０１４，３３（９）：１８９７－１９０４．㊀㊀㊀ＷＡＮＧＰｅｎｇ，ＸＵＪｉｎｙｕ，ＬＩＵＳｈｉ，ｅｔａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｉｍｅ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｒｍａｌｌｙｄａｍａｇｅｄｓａｎｄｓｔｏｎｅ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒ⁃ｉｎｇ，２０１４，３３（９）：１８９７－１９０４．［１８］㊀朱合华，闫治国，邓涛，等．３种岩石高温后力学性质的试验研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００６，２５（１０）：１９４５－１９５０．㊀㊀㊀ＺＨＵＨｅｈｕａ，ＹＡＮＺｈｉｇｕｏ，ＤＥＮＧＴａｏ，ｅｔａｌ．Ｔｅｓｔｉｎｇｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｕｆｆ，ｇｒａｎｉｔｅａｎｄｂｒｅｃｃｉａａｆｔｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，２５（１０）：１９４５－１９５０．［１９］㊀秦严．高温后花岗岩物理力学性质试验研究［Ｄ］．北京：中国地质大学（北京），２０１７．㊀㊀㊀ＱＩＮＹａｎ．Ｈｉｇｈ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｏｒｉｔｅ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），２０１７．［２０］㊀张帆，胡维，郭翰群，等．热处理后花岗岩纳米压痕试验研究［Ｊ］．岩土力学，２０１８，３９（Ｓ１）：２３５－２４３．㊀㊀㊀ＺＨＡＮＧＦａｎ，ＨＵＷｅｉ，ＧＵＯＨａｎｑｕｎ，ｅｔａｌ．Ｎａｎｏｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｔｅｓｔｓｏｎｇｒａｎｉｔｅａｆｔｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ［Ｊ］．ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１８，３９（Ｓ１）：２３５－２４３．［２１］㊀卢运虎，梁川，金衍，等．高温下页岩水化损伤的各向异性实验研究［Ｊ］．中国科学（物理学力学天文学），２０１７，４７（１１）：１１４６１４．㊀㊀㊀ＬＵＹｕｎｈｕ，ＬＩＡＮＧＣｈｕａｎ，ＪＩＮＹａｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｏｆａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｓｈａｌｅｕｎｄｅｒｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｔｉａｓｉｎｉｃａ（Ｐｈｙｓｉｃａ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａ＆Ａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａ），２０１７，４７（１１）：１１４６１４．［２２］㊀刘向君，熊健，梁利喜，等．川南地区龙马溪组页岩润湿性分析及影响讨论［Ｊ］．天然气地球科学，２０１４，２５（１０）：１６４４－１６５２．㊀㊀㊀ＬＩＵＸｉａｎｇｊｕｎ，ＸＩＯＮＧＪｉａｎ，ＬＩＡＮＧＬｉｘｉ，ｅｔａｌ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＬｏｎｇｍａｘｉｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｈａｌｅｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｒｅｇｉｏｎｏｆＳｉｃｈｕａｎＢａｓｉｎａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅ［Ｊ］．ＮａｔｕｒａｌＧａｓＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，２０１４，２５（１０）：１６４４－１６５２．（编辑㊀黄㊀娟）㊃５１９㊃㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀熊健，等．高温对富有机质页岩岩石物理特性的影响㊀。
高温作用对大理岩强度及变形特性影响的实验研究
高温作用对大理岩强度及变形特性影响的实验研究
夏小和;王颖轶;黄醒春;沈为平
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2004(38)6
【摘要】采用液压伺服刚性岩石力学实验系统对100～800°C高温作用下大理岩的强度及变形特性进行了室内实验研究,并取得了大理岩的单轴抗压强度、弹性模量、变形模量、泊松比等有效实验数据.在此基础上,比较系统地分析了大理岩在经历100～800°C高温作用后其强度及变形特征变化的统计规律和作用机理.研究结果表明:随着作用温度升高,上述各力学参数不同程度上渐次降低,尤其是在不同温度段岩石强度降低具有突变性.
【总页数】4页(P996-998)
【关键词】大理岩;高温作用;力学性质;实验
【作者】夏小和;王颖轶;黄醒春;沈为平
【作者单位】上海交通大学建筑工程与力学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.高温作用对花岗岩强度及变形特性的影响 [J], 徐小丽;高峰;张志镇
2.水对高应变率扭剪变形实验中大理岩强度的影响 [J], 嵇少丞
3.水对Carrara大理岩强度和变形机制影响的实验研究 [J], 张豫宏;周永胜;姚文明;何昌荣;党嘉祥
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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
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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