单裂隙复合岩体力学特性研究

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裂隙复合岩体是一种较为常见的岩石类型。深部油气开采过程中,岩石裂缝的扩展常会遇到夹层等,进而影响压裂效益和采收率。除此之外,在地下空间的开发、矿山资源的开采过程中会遇到许多复合岩体相关的问题,裂隙围岩的不稳定性严重影响工程的顺利进行。因此,对裂隙复合岩体力学特性与变形破坏规律的研究显得格外重要。本文基于相似原理制作含不同裂隙倾角和位置的复合试样,并进行单轴压缩试验,试验过程中借助DIC系统对试样的破坏过程进行辅助观察,结合DIC相关软件获取试样变形的表面云图,探究了复合岩体的力学特性和裂纹的萌生与扩展。主要结论如下:(1)复合岩强度介于两者之间,强度更接近砂岩,较软的砂岩对试样的破坏起关键作用,由于砂岩部分强度较小,首先产生宏观裂隙,裂隙由砂岩部分穿过胶结面扩展至大理岩部分,由此产生较软的砂岩部分主要为剪切破坏,大理岩部分主要为张拉破坏。(2)三种完整样在加载过程中的变形场都是非均匀的,存在明显的高位移场区和低位移场区,复合岩中的大理岩部分在X方向几乎无变形。(3)裂隙的存在对岩石的强度有削弱作用,含裂隙试样的峰值强度均小于同类完整样峰值强度。复合岩中,在相同角度下,裂隙位于砂岩部分(ZDS)时削弱作用最强,裂隙位于大理岩部分(ZDL)时削弱作用最弱,当裂隙倾角为90°是,试样的强度主要取决于砂岩。(4)含裂隙复合岩试样在裂隙倾角为0°~60°时首先在裂隙尖端产生高应变区,随着加载的进行演变为应变局部化带,应变局部化带优先向较软的砂岩部分扩展,裂隙位于大理岩部分时,隙尖端产生的裂纹总是朝向砂岩部分的高应变场区发展。(5)复合岩中的裂隙位于大理岩部分时,与裂隙位于试样中部类似,砂岩部分随着角度增长由拉伸破坏转变为剪切破坏,裂隙倾角为90°时,砂岩部分由剪切破坏产生的楔体进入大理岩,使大理岩加速破坏。
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