2第二章-岩石的力学与工程性质.ppt

第二章岩石的力学与工程性质第一节岩石力学基础第二节岩石单轴、三轴实验第三节岩石强度第四节岩石孔隙弹性与力学评价断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。指材料阻止宏观裂纹失稳扩展能力的度量，也是材料抵抗脆性破坏的韧性参数。它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关。是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性材料一般断裂韧性较小。FLUIDLEAKOFFANDSLURRYEFFICIENCYTIPEFFECTS--INCREASEDFRACTUREGROWTHRESISTANCEMULTIPLEHYDRAULICFRACTURESWHATAREMULTIPLEHYDRAULICFRACTURESSimultaneouspropagationofmultiplehydraulicfracturesoutsidethenear-wellboretortuousareaDirectobservationsincore-throughsandminebacksMULTIPLEOVERLAPPINGHYDRAULICFRACTURES第四节岩石孔隙弹性与力学评价多相岩石的“等效介质”岩石是多相复合介质，其弹性特征由其颗粒与颗粒间的排列情况等决定，岩石本质上为非均质的，其性质随测量尺度而变，仅仅从平均意义上、当研究的尺度与夹杂尺度相比大得多时才可按均质材料处理。为了描述多相体的性质，常常采用“等效介质”的概念，即假想有这样一种单相均质材料，其宏观特征与多相体的宏观（平均）性质相同，这种假想的单相均质材料就称之为该多相体的“等效介质”。利用“等效介质”概念，多相岩石特征的计算分析转化为“等效介质”的特征参数的确定。“排水”与“不排水”（Drainedandundrained）岩石在受到外力作用时，将引起孔隙空间变形从而可能引起孔隙压力变化，如果流体能从孔隙空间及时流出或流入，并保持孔隙压力不变，它相当于一“开启”系统，则为“排水”系统。如果孔隙流体不能与外部系统发生流体质量交换，孔隙压力将发生变化，它相当于一“封闭”系统，则为“不排水”系统。“排水”的实质为保持孔隙压力不变，而“不排水”的实质是保持孔隙流体的质量不变。“套封试验”(JacketedTest)在岩石加压试验时，为了避免围压介质进入岩石孔隙中，需用密封套对岩样加以密封，这种试验称之为“套封试验”。在“套封试验”中，可以实现围压和孔隙压力的单独控制。“排水试验”（DrainedTest）在“套封试验”中，如保持孔隙压力不变，则该试验条件为“排水”，称之为“排水试验”，测得的体积模量Kd为岩石的“排水模量”。“不排水试验”(UndrainedTest)在“套封试验”中，将孔隙压力进出口阀门关闭，孔隙内的流体不能自由地出入岩石孔隙。该试验条件为“不排水”，称之为“不排水试验”，测得的体积模量K为岩石的“不排水模量”。当岩石在外部应力作用下处于“不排水”条件时，岩石孔隙体积将随外部应力的增加而变形，引起孔隙流体压力升高，并使岩石的整体刚度增大。外部应力引起的孔隙压力增量可由Skempton关系式计算。弹性波在液体饱和岩石中的传播为“不排水”条件。“不套封实验”(UnjacketedTest)如对岩样进行加载测试而不用密封套对岩样密封，则该试验为“不套封试验”。在这种情况下，孔隙流体压力与外部压力始终相等，岩石的变形完全是由固体材料变形引起，测得的体积模量为岩石固相体积模量Ks。“不套封试验”是测试岩石固相体积模量的常用方法。在室内温压（或地面条件）下，气体的体积模量可以忽略，“干燥”岩石受力时，其孔隙压力的变化可忽略不计，因此，可将“干”等同于“排水”条件。并且干岩石模量便于测量，以获得“排水”模量值。因此，在分析弹性波传播问题时，往往用“干”代表“排水”条件，而用“饱和”代表“不排水”条件。但需要说明的是，①在地层深处的油藏中，气体的体积模量不能忽略，深部含气岩石应按“流体饱和”计算。②此处的“干”与“高温干燥”不同，应理解为岩石孔隙空间内无自由水，可通过“真空干燥法”或“自然干燥法”实现，而高温干燥有