关于小尺寸砂岩局部对称性准则的可视化研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:dfhg54h446jn6gfn
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复合型加载模式下的裂缝,通常会发生弯折,这种基本现象对于研究岩石材料中复杂的裂缝扩展路径具有重要的意义。一般而言,这种现象可以用局部对称性准则去描述。小范围屈服条件下,该准则所描述的断裂过程涉及两个内容:局部kI最大和局部kII为0。由于裂缝刚开始起裂时局部kII无法立即为0,这两者无法等同,但随着断裂过程的进行,局部kII将逐渐消失至0。由于局部kII逐渐减小的过程导致了弯折角度的变化,因此对该准则的验证大多采用基于裂缝轨迹或弯折角度的数值模拟方法。由于实验室尺度下大多采用小尺寸岩样,因此需要考虑大范围屈服假设,那么该准则涉及的两个内容转变为局部拉应力最大和局部剪切应力为0。本文利用数字图像相关法(DIC)和声发射(AE)对一系列的砂岩三点弯实验全程观测,在完全基于实验的前提下对局部对称性准则进行了可视化验证,主要包括以下结论:(1)DIC结果显示,裂缝只有张开位移而没有任何滑动,此现象表示局部拉应力已达到最大值,且满足使裂缝起裂和扩展的抗拉强度。(2)裂缝初次弯折之后,再无观察到明显的弯折现象,表明断裂过程区(FPZ)导致弯折角度对局部剪应力的变化不够敏感。(3)裂缝张开位移的不对称和AE事件簇在裂缝轨迹两侧分布不对称的现象为评估局部剪切应力提供了有力的帮助,并且引入了参数η和ξ分别去量化评估这两种不对称现象。其中参数η表示裂缝两侧的张开位移之比,参数ξ表示裂缝轨迹两侧的AE事件分布面积之比。(4)参数η和ξ从大于1的有限值逐渐减小至1的过程,也反映了局部剪切应力逐渐消失。最终,关于局部对称性准则在大范围屈服条件下的两个内容都将满足。因此,在小尺寸岩样的三点弯实验中,局部对称性准则得以可视化验证。此外,本次研究还为进一步认识小范围屈服条件下的裂尖状态提供了展望。
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