基于微观尺度的页岩损伤破裂数值试验

为正确认识下寒武统页岩微观尺度破裂特征及声发射信号演化规律，基于数字图像处理技术对含石英充填的页岩进行非均匀性表征，采用岩石真实破裂分析系统RFPA2D-DIP建立数值模型，模拟页岩在不同围压作用下的破坏过程。试验结果表明:在微观尺度结构下，页岩破裂模式大致可归纳为3种形式，分别为倒V形（0、2 MPa）、V形（6 MPa）和倒Z形（10 MPa）。由于石英矿物颗粒分布不规律且具有非均匀性，导致应力分布对页岩微观结构产生显著差异。单轴时，累计声发射（简称AE）表现为“平缓-线性-平缓-稳定”模式；围压为2 MPa时，累计AE表现为“平缓-非线性-激增-平缓-稳定”模式；围压为6、10 MPa时，累计AE表现为“平缓-非线性-稳定”模式。页岩的破裂模式和微观结构破坏规律为页岩气的压裂开采提供重要的理论指导。      

流固耦合作用下页岩破裂过程的数值模拟

为探究流固耦合作用下页岩的破裂过程和声发射特征，利用RFPA2D-Flow数值软件分别对黔北地区牛蹄塘组不同层理倾角页岩进行流固耦合数值模拟。研究表明:由于层理结构的影响，页岩抗压强度和弹性模量均表现出明显的各向异性。页岩的破裂过程可分为弹性、屈服和破坏3个阶段，随着层理倾角的变化，页岩最终表现出3种破坏模式，分别为斜I型、V型和火焰型。层理倾角不同的页岩，其破裂过程中的声发射信号演化规律不同。对低层理倾角（0°、15°、30°）的试样，累计AE曲线表现为“平缓—线性—台阶—平缓”的变化规律；高层理倾角（60°、75°、90°）试样的累计AE曲线呈现“平缓—线性—陡增”的变化规律；当α=45°时，累计AE曲线表现为“平缓—线性—激增—平缓—激增”的变化规律，且其AE计数出现两个峰值。