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储层地质力学课程<目前有哪些岩石强度准则及不同强度准则的选择>

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quote Mark Twain, the efforts of many

researchers have already cast much darkness on the subject.

And, it is likely that, if they continue, we will soon know nothing about it at all.

In other words, we can make rock strength

as complicated as we, we'd like.

We can make it, very easily, far more

complicated than we could ever apply, to problems

in the Earth,

because we don't have the samples,

because we can't replicate the conditions under which the rocks are failing.

很多关于岩石强度的研究都是在实验室里完成的。数以百计的学术论文已经写了不同的岩石,不同的加载条件,以及不同的破坏过程的细节。而且,引用马克·吐温的话,许多研究人员的努力已经给这个问题投下了许多阴影。而且,很可能,如果他们继续下去,我们很快就会对它一无所知。换句话说,我们可以让岩石的强度像我们想的那样复杂。我们可以很容易地,把它弄得比地球上的问题复杂得多,因为我们没有样本,因为我们无法复 制岩石破裂的条件。

这段话可以说是说出了岩石强度及强度准则研究的真谛。岩石本身含有很多人眼难以观测到的缺陷,几乎没有两块完全相同的岩石,强度实验缺乏平行性和重复性。即使强度准则能精确的预测岩石的强度,在没有地下岩石样品的前提下,无法开展实验,我们依然无法认识岩石的强度。



两个应用最广泛、被大家普遍接受的两个强度准则是MC准则和HB准则,
由于MC准则概念明确,HB准则对实验数据的高拟合精度,并且强度参数可以方便的获取,因此被广泛使用。但是目前Mohr-Coulomb(MC)和Hoek-Brown(HB)准则无法准确表征高围压条件下岩石破坏的非线性特征,并且关于中间主应力对强度影响的争论一直伴随着它们的应用。

由于岩石一般处于三维应力状态(σ1>σ2>σ3),因此仅考虑最大和最小主应力而建立的MC准则不能完全反应岩石在真三轴应力状态下的破坏。毋庸置疑,中间主应力对岩石破坏确实有显著的影响,破坏强度随着中间主应力的增大而增加,然后强度会随着中间主应力的增大而减弱。因此,增加或减少中间主应力都可能导致岩石破坏。


为了考虑中间主应力对岩石破坏的影响,岩石力学工作者建立了很多种真三轴岩石强度准则,如著名的修正Lade准则。该准则形式简单,强度参数内聚力和内摩擦角概念明确,如上图所示。

如上图所示,是强度准则在偏应力平面的破坏包络线,该图有很多种解释方法,它是在主应力空间内,垂直于静水压力线的平面与强度准则破坏曲面的截面;也可以说它是强度准则在主应力空间内的破坏曲面在某一静水压力面上的投影。
如需全面了解偏应力平面、静水压力面、破坏曲面的定义可查看前期文章链接:
强度准则参数拟合方法及拟合效果评价方法
三向应力作用下含裂缝岩体强度
强度准则参数拟合方法及拟合效果评价方法
岩石真三轴强度数据汇总与分析
岩石强度准则在主应力空间和偏应力平面的转换
强度准则参数拟合方法及拟合效果评价方法
岩石强度准则研究现状
岩石Hoek-Brown类型强度准则极限面特征详解
Hoek-Brown类型的岩石强度准则综述
Mohr-Coulomb类型的岩石强度准则综述
层理性页岩破坏模式、强度准则及其参数的确定
岩石Mohr-Coulomb类型强度准则极限面特征详解

值得一提的是,MC准则虽然是在18世纪就已经出现,但直到上个世纪,它在偏应力平面的破坏包络线才第一次出现,强度准则是一个看似简单实则十分复杂的问题。

Zoback在本节课程中还介绍了孔隙压力对强度的影响,如上图所示。孔隙压力并不影响岩石强度准则的预测效果,岩石强度主要跟有效应力或偏应力相关。
以上主要针对的是完整岩心,对于含有明显裂缝的岩心,上述强度准则并不适用,下图就是Jaeger提出的著名的单弱面准则,此处不再详细介绍,可观看Zoback院士的讲解。

来源:现代石油人
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首次发布时间:2024-05-07
最近编辑:7月前
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