岩石真三轴强度数据汇总与分析

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本文摘要：（由ai生成）

本研究整理32组真三轴岩石强度实验数据，发现Mohr-Coulomb准则和双剪强度理论在预测岩石破坏时存在局限性。真三轴岩石强度的上限为双剪强度理论，下限为Mohr-Coulomb准则。岩石强度受Lode角影响显著，建议实验中控制主应力相对大小。本研究为真三轴岩石强度准则的验证与发展提供了实验依据，有助于理解和预测岩石在三维应力下的破坏行为。

岩石真三轴强度设备目前仍不多见，实验开展困难，尽管在过去的几十年里国内外已进行了大量的真三轴试验，但研究三维应力下岩石性能的一个主要限制仍然是缺乏足够的真三轴试验数据，以验证理论和经验的岩石破坏模型。以往对三维岩石强度准则的验证研究中，选用的强度准则不够全面或验证的真三轴强度实验数据较少，导致研究结论可能不够全面，甚至存在偏差。本研究从现有的文献中引用整理了32组真三轴强度实验数据，如表3-1所示。

表3-1 真三轴岩石强度实验数据汇总表

序号	岩石类型	实验组数/组	最低围压/MPa	最高围压/MPa	数据来源
1	Aghajari sandstone	47	5	40	Bahrami等^[217] (2017)
2	Asmari Limestone	33	20	80
3	Chaldoran Metapelite	19	20	80
4	Hormoz Salt	36	5	30
5	Inada Granite	44	0	200
6	Jahrom Dolomite	53	20	140
7	Jolfa Marble	36	5	50
8	Karaj Andesite	20	20	60
9	Karaj Trachyte	34	40	100
10	Mahalat Granodiorite	29	20	100
11	Naqade Amphibolite	33	20	100
12	Orikabe Monzonite	38	0	200
13	Pabdeh Shale	32	20	80
14	Shahr-e babak Hornfels	20	20	60
15	shourijeh Siltstone	31	10	80
16	Sandstone-Rukhaiyar	26	0	10	Rukhaiyar和Samadhiya^[218] (2017)
17	Westerly Granite	45	0	100	Haimson和Chang^[133] (2000)
18	Mizuho Trahchyte	31	0	100	Mogi, K^[124](2006)
19	KTB amphibolite	42	0	150	Lee等^[207] (2012)
20	Manazuru andesite	18	20	70	Lee等^[207] (2012)
21	Dunham dolomite	53	0	145	Al-Ajmi^[29] (2006)
22	Solenhofen limestone	29	20	80
23	Yuubari shale	26	25	50
24	dense Marble	35	0	28
25	Limestone-Yin	20	0	43.7	尹光志等^[219] (1987)
26	Sandstone-Yin	20	0	43.7	尹光志等^[219] (1987)
27	Sandstone-Zhang	20	0	4.5	张金铸和林天健^[220] (1979)
28	Sandstone-Gao	17	0	9.02	高延法和陶振宇^[154] (1993)
29	Shirahama sandstone	43	5	50	Al-Ajmi^[29] (2006)
30	Maha Sarakham salt	35	0	7	Sriapai等^[221] (2013)
31	Soltanieh Granite	57	5	100	Bahrami等^[217] (2017)
32	Yamaguchi Marble	27	12.5	40	Bahrami等^[217] (2017)

Mohr-Coulomb准则仅考虑了破坏面的最大剪应力，因此被称为单剪强度理论；俞茂宏^[120]认为破坏面上的三个主剪应力不是完全独立的，最大主剪应力是其他两个剪应力的和，故只有两个独立分量，并基于该条件，提出了双剪强度理论；理论证明，为满足Drucker-Prager公设，在π平面上，真三轴岩石强度实验数据必然位于下限单剪强度理论和上限双剪强度理论的中间区域，但对该结论的实验证明仍鲜见报道，本研究使用上述32组真三轴岩石强度实验数据对该结论进行验证。由于MC准则和双剪强度理论在π平面上屈服曲线形状不变且子午线为线性特征，因此可将不同静水压力的实验数据除以

，进行均一化处理，投影至均一化静水压力值时的π平面上^[207]。采用假三轴强度数据拟合出该组岩石的内聚力和内摩擦角，基于该强度参数，将MC准则和双剪强度理论的屈服曲线及真三轴强度实验数据均一化处理后绘制于同一π平面上，部分真三轴强度实验数据及其MC准则、双剪强度理论屈服曲线如图3-2所示。

图3-2 真三轴强度实验数据及上下限极限迹线分布规律

从图中可发现，不同岩性强度数据均分布在MC准则和双剪强度理论屈服曲线包围的区域范围内，该现象通过实验证明了真三轴岩石强度的上限为双剪强度理论，下限为单剪强度理论即MC准则。此外，Shirahama Sandstone数据在π平面上的分布十分分散，可能由于试样的非均质性等岩石自身特点引起的，可看作是个例，不影响证明以上结论。岩石的强度受Lode角的影响十分显著，而Sandstone-Rukhaiyar, Westerly Granite, Manazuru andesite和Dunham dolomite实验数据主要分布在0°和30°范围内，无法观察到完整的屈服曲线特征。因此在真三轴强度实验中，建议控制三个主应力的相对大小，得到Lode角在0°~60°全部范围内的强度测试结果，得到或验证更精确的真三轴岩石强度准则屈服曲线。

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来源：现代石油人

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首次发布时间：2024-05-04