基于SC-Gassmann模型的纵横波速度预测

通过自相容近似模型和Biot理论相结合建立岩石物理模型,提出基于SC-Gassmann模型的速度预测方法。从实际测井资料中提取岩石物性参数,利用测井资料基于V-R-H模型来计算岩石基质弹性模量,然后通过自相容近似模型和Biot理论结合建立的岩石物理模型来计算干岩样骨架弹性模量,最后通过Gassmann方程加入流体,求得饱和岩石弹性模量,并预测储层岩石纵横波速度。实际资料计算表明,通过岩石物理模型计算的饱和岩石纵横波速度与实际数据吻合较好,符合实际地质情况,证明该方法可靠有效。     

考虑弹性模量变化的岩石统计损伤本构模型

为建立更为完善的岩石统计损伤本构模型,针对现有模型难以反映某些岩石在三轴试验条件下弹性模量随围压变化而改变的特性,从不同类型空隙对岩石变形性质的影响入手,深入分析了岩石弹性模量变化的机理,并在此基础上,依据弹性参数与岩石中未闭合裂隙数的关系建立了岩石弹性模量变化的分析方法。之后,引入统计损伤理论,考虑损伤阈值的影响和残余强度变形特征,建立了可模拟岩石变形全过程的统计损伤本构模型,并给出了基于三轴压缩试验曲线的模型参数确定方法。本文模型可反映岩石弹性模量随围压变化而改变的特性,且具备现有模型的优点,对岩石变形全过程模拟效果良好。最后,通过试验曲线与本文及同类模型理论曲线的对比分析,表明了本文模型的合理性与优越性。     

随机分布贯穿裂隙岩体变形特性研究

洞室开挖后,其周边通常会产生许多随机分布的贯穿裂隙,直接影响洞室围岩稳定,研究随机分布贯穿裂隙岩体的变形及变形特性具有重要意义。基于线弹性理论和线性刚度理论计算岩石和裂隙的位移,用概率的方法建立了随机分布贯穿裂隙岩体变形的计算模型,给出了随机分布贯穿裂隙岩体的等效弹性模量和等效泊松比,研究了岩石和裂隙的材料参数和几何参数对岩体等效弹性模量和等效泊松比的影响。可得如下结论：等效弹性模量和等效泊松比随着岩石弹性模量的增大而增大;等效泊松比随着岩石泊松比的增大而增大;等效弹性模量和等效泊松比随着裂隙法向刚度的增大而增大;随着剪切刚度的增大,等效弹性模量逐渐增大,而等效泊松比则逐渐减少;随着裂隙平均间距的增大,等效弹性模量逐渐减小,等效泊松比在平均倾斜角较小时逐渐增大,在平均倾斜角较大时逐渐减小;随着裂隙平均倾斜角的增大,等效弹性模量先减小后增大,而等效泊松比先增大后减小。模型能较全面地考虑构成岩体的岩石和裂隙的材料参数与几何参数对岩体变形的影响,其结果对研究洞室围岩的变形和工程设计有一定的参考价值。     

岩石类材料拉伸弹性模量测量方法的对比研究

研究表明岩石材料在拉应力、压应力条件下具有不同的力学行为,因此,岩石材料存在两种弹性模量,分别为拉伸弹性模量和压缩弹性模量。为了甄别出直梁弯折试验和巴西劈裂试验哪一种更加适合测试岩石材料的拉伸弹性模量,以大理岩、花岗岩和砂岩为典型的岩石类型,开展了一系列的单轴压缩、直接拉伸、三点弯折和巴西劈裂试验,测试了岩石材料的拉伸弹性模量;并对测试结果的可靠性、准确性开展了系统的对比研究。最终发现,巴西劈裂试验因为较好的测量精度、制样简便、试验操作简单等因素,可以成为测量岩石材料拉伸弹性模量的推荐方法。     

输电线路节理化岩体注浆锚杆基础抗拔力模型试验研究

针对输电线路注浆锚杆基础特点,根据相似理论设计了节理化岩体注浆锚杆基础抗拔模型试验,模型设计中考虑了岩石弹性模量、浆体弹性模量、节理迹长、节理倾角、锚杆埋深5个因素的变化,选择5因素4水平的正交试验方法进行了模型试验研究。结果表明,岩石弹性模量对注浆锚杆基础抗拔力的影响最大,其次为锚杆埋深、节理倾角、浆体弹性模量、节理迹长。试验过程中以剪切破坏和开裂破坏为主,并以此分析了注浆锚杆的传力机制,得出浆体与锚杆和岩体之间的黏结强度是控制试验结果的主要因素,影响着锚杆的极限抗拔力和破坏状态,在施工过程中应注意质量控制。     

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差     

针对致密砂岩气储层复杂孔隙结构的岩石物理模型及其应用

针对致密砂岩气储层复杂的微观孔隙结构进行岩石物理建模,在模型中比较了单一孔隙纵横比、双孔隙模型两种表征孔隙结构的表征方式。岩石物理正演分析表明,两种孔隙结构模型均可解释致密砂岩复杂的速度-孔隙度关系。岩石物理反演结果表明,双孔隙模型对测井横波速度的预测精度更高,说明该模型更适用于表征研究区致密砂岩的孔隙结构,反演的软孔比例参数能够反映地层中孔隙结构的非均匀分布。应用双孔隙模型计算致密砂岩地层岩石骨架的弹性模量,与Krief及Pride等传统经验公式相比,该方法考虑了岩石骨架模量与矿物基质、孔隙度和孔隙结构等微观物性因素的关系,理论上更具有严谨性。对致密砂岩骨架模量计算结果的分析表明,少量微裂隙的存在即能够显著影响致密砂岩骨架的弹性性质,同时孔隙空间中的球形孔隙是致密气的主要赋存空间。并且,通过致密砂岩骨架弹性模量,进一步计算了可用于地层评价的Biot系数等岩石物理参数。致密砂岩骨架模量的预测结果可为Gassmann流体替换理论、BISQ孔隙弹性介质理论等岩石物理方法提供关键参数。     

宁武盆地煤岩静态力学特征研究

井壁失稳是目前制约煤层气规模化开发的关键问题之一。由岩石力学理论可知,煤岩的力学强度是井壁稳定性的决定因素之一。通过对宁武盆地煤岩进行系统力学研究,利用应力摩尔圆法求出宁武盆地主力煤岩的内摩擦角、内聚力等强度参数;建立横波与纵波幂律关系曲线,动态弹性模量与静态弹性模量间线性关系曲线及动静态泊松比间线性关系曲线,得出煤岩静态弹性参数以直接反应地层力学性质,解决了勘探开发中声波测井所得动态弹性参数无法真实反映地层力学特点的技术问题。      

孔隙水压力对岩石力学参数的影响

多孔多相的岩石介质中,孔隙水压力的变化会引起岩石的变形,其力学参数随之改变,而岩石的力学参数变化反过来会引起渗流场发生改变。本文利用岩石力学参数在其中的作用,推导出孔隙水压力变化时,岩石变形与孔隙度、压缩系数和体积弹性模量间的关系式。通过理论计算与分析表明,在渗流场和变形场的非线性程度不很高,参数关系不是很复杂的情况下,利用岩石力学参数的更新来进行耦合分析的方法,对于近期工程应用行之有效。     

组合煤岩破坏过程能量耗散特征及冲击危险评价

为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律,通过组合煤岩单轴压缩试验,从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论,研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系,以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响,提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明：随组合煤岩顶板岩石高度增加,试样整体强度和弹性模量增加,峰后应变软化过程缩短;岩石高度的增加,岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加;通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析,提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数,利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价,其准确度和实用性优于传统模糊判定的“四指标”方法,为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。     

岩体弹性模量的尺寸效应初步研究

通过建立单轴压缩情况下含裂纹岩石试件的功能平衡方程,运用概率统计的方法,推导了岩体弹性模量尺度效应的表达式,揭示了岩体弹性模量尺度效应的内部结构本质。     

分级循环荷载下岩石动力学行为试验研究

利用WDT-1500多功能材料试验机,对砂岩、砾岩和砂砾岩进行了分级循环荷载试验,研究了岩石的动弹性模量对应力幅值和应力水平的响应特性,得到了动弹性模量和耗散能随应力幅值、应力水平及含水率的变化规律。试验结果表明,分级循环荷载下岩石的能量耗散越多,动弹性模量越小;应力水平越高,动弹性模量和耗散能越大;含水率和应力幅值越大,动弹性模量越小,耗散能越大。讨论了邓肯-张模型能够描述分级循环荷载作用下岩石的应力-应变关系,构建了动弹性模量随应力水平、应力幅值及含水率变化的演化模型,探讨了模型参数的确定方法。根据能量耗散的经验法则,建立了耗散能演化模型,结果表明,该模型能够描述分级循环荷载过程中能量耗散行为。     

岩石力学性质的应变率效应试验

以玄武岩为试样,开展了中低应变率下的岩石单轴抗压试验。本次研究分析应变率对岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等力学参数的影响,分别提出了岩石抗压强度、弹性模量、泊松比等参数与应变率之间的拟合关系式。以峰值应力对应的应变和峰值后的软化模量为脆性评价指标,分析加载应变率对岩石脆性的影响。研究表明:(1)岩石抗压强度、弹性模量均随应变率的增加而增加。(2)岩石泊松比随应变率增加而减小。(3)随着应变率增加大,峰值应力对应的应变增大,峰值后的应变软化程度减小,岩石脆性减弱。(4)应变率对岩石抗压强度影响较大,对弹性模量和泊松比的影响较小。(5)曲线拟合效果良好,提出的拟合关系式合理。     

岩石直接拉伸与压缩变形的试验研究

采用自行研制的可对同一岩石试样进行单轴压缩和直接拉伸的试验装置,对3种岩石进行了压缩和直接拉伸试验。结果表明,这3种岩石的压缩弹性模量均大于拉伸弹性模量,压缩与拉伸弹性模量之比分别为1.1,1.4,2.5。压缩泊松比也大于拉伸泊松比。研究表明：直接拉伸下切线泊松比随荷载的增加而减小,与压缩下泊松比的变化相反。     

岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性及渗流性质的影响

为研究岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性和渗流性质的影响,采用过程模拟法构建了三维数字岩心,在此基础上,分别利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法研究了胶结物均匀生长、沿孔隙生长和沿喉道生长3种胶结方式对岩石弹性和渗流特性的影响规律.结果表明:岩石颗粒胶结方式会影响岩石刚性和孔隙连通性,引起岩石弹性模量和渗透率的变化.在相同孔隙度下,胶结物沿喉道生长形成的岩石抗压性最强,渗透率最小;沿孔隙生长形成的岩石抗压性最弱,渗透率最大.3种胶结方式下,岩石弹性模量随着胶结物含量增加而增大,变化率近似相等;岩石渗透率随着胶结物含量的增加而减小,岩石渗透性对颗粒胶结方式的变化更敏感.      

低渗储层岩石的力学性质及其控制因素——以牛庄洼陷牛35块沙三中为例

以低渗储层岩石为研究对象,利用三轴岩石力学测试系统对牛庄洼陷牛35块低渗储层岩石进行岩石力学测试,获得了低渗储层岩石在储层条件下的弹性模量、泊松比和抗压强度等岩石力学参数.将岩心观察、统计分析与岩石力学试验相结合,探讨岩石力学性质的影响因素.实验测得牛35块的3 口单井岩石力学参数,即抗压强度、弹性模量、内聚力等,牛3...     

高低温冻融循环条件下花岗岩力学性能试验研究

高低温冻融循环条件下岩石的力学特性是岩石力学与工程中的一个重要课题。通过试验研究了花岗岩在不同温度幅值的高低温冻融循环条件下,单轴抗压强度、弹性模量、峰值变形、应力-应变曲线随循环次数变化的规律,并基于Loland损伤力学模型,推导出岩石类材料损伤变量表达式,揭示了花岗岩力学性能劣化与循环次数、循环温度幅值的关系,为高低温冻融循环条件下岩石力学性能的研究提供一定的试验、理论基础     

改进的蠕变模型及其稳定性

为了反映岩石的蠕变特性,根据对岩石蠕变曲线和蠕变模型的分析,采用负弹性模量和非理想粘滞体模型,提出了一种蠕变模型：H-K-VP-(H‖N-‖St．V) (N-为非牛顿粘滞体模型);通过理论分析及用该模型对页岩岩样单轴压缩蠕变实验数据进行拟合,表明该模型能够反映岩石的各种蠕变性态,尤其是加速蠕变过程;对模型的稳定性进行了分析,表明岩石的物性参数是影响岩石蠕变稳定性的重要因素。     

裂缝体的弹性模量和裂缝密度

当岩石中含有裂缝时,岩石的弹性模量(主要指体模量、剪切模量、泊松比以及地震波的速度)会发生变化,而且这种弹性模量的变化又随裂缝中是否含有流体而不同。如果我们用地震的方法探测出地下目的层弹性模量的变化情况,无疑对我们了解目的层的裂缝发育情况将会有很大的帮助。在以往的研究中,人们常常把裂缝的产状定义成垂直裂缝和水平裂缝来研究。但是,实际中存在的裂缝多表现为几种体系的裂缝分布。本文在假设裂缝是随机分布的情况下,研究了含流体裂缝体和不含流体裂缝体的弹性模量与裂缝密度的关系。     

Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性实验研究

本文采用劈裂拉伸和三点弯曲法研究了Bukit Timah 花岗岩的动态拉伸力学特性.实验结果表明,当加载速率每增加一个量级,用两种方法得到的花岗岩抗拉强度增加10%.实验结果还表明,对于同种加载速率的花岗岩试样,由三点弯曲法得到的岩石抗拉强度约为劈裂拉伸法得到的2.5倍.与抗拉强度相比,实验得到的花岗岩弹性模量数据比较离散,变化幅度也不大.基于实验结果,本文还对岩石拉伸力学特性机理进行了初步分析.