深部巖石力學(xué)

溫度對(duì)深部巖石力學(xué)性質(zhì)的影響大綱1研究背景2溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響機(jī)理3應(yīng)力應(yīng)變曲線變化規(guī)律4抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律5彈性模量變化規(guī)律6結(jié)論1研究背景

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)向地層更深處發(fā)展，有必要了解深部地層巖石力學(xué)性質(zhì)，以便為工程研究和施工提供依據(jù)。而地層巖石總是處在一定的地溫環(huán)境中，與地表巖石有很大不同。將常溫下巖石的力學(xué)性質(zhì)當(dāng)作地層巖石的力學(xué)性質(zhì)，會(huì)給工程帶來(lái)極大的偏差，因此有必要研究溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。2溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響機(jī)理礦物顆粒熱膨脹礦物結(jié)構(gòu)及成分巖石孔隙結(jié)構(gòu)含水性及比例2.1礦物顆粒熱膨脹

受溫度作用，由于成巖礦物之間的熱膨脹系數(shù)存在一定差異，加之，礦物顆粒之間的相互約束，導(dǎo)致熱膨脹系數(shù)高的礦物受到壓縮，而熱膨脹系數(shù)低的礦物受到拉伸，其綜合結(jié)果是在巖石內(nèi)部形成熱應(yīng)力。由于熱應(yīng)力的存在，使得作用在巖石礦物顆粒的有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低。熱應(yīng)力：溫度改變時(shí)，物體由于外在約束以及內(nèi)部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產(chǎn)生的應(yīng)力。2.2含水性及比例

受沉積環(huán)境和成巖后生作用影響，通常巖石中存在吸附水、層間水和結(jié)晶水。溫度的改變，導(dǎo)致巖石中含水性質(zhì)和含水比例會(huì)發(fā)生變化。溫度增加，使得吸附水和層間水蒸發(fā)，巖石發(fā)生硬化，剛度變大，導(dǎo)致巖石的彈性模量有升高趨勢(shì)；繼續(xù)升溫，達(dá)到一定的溫度，晶格中的結(jié)晶水脫出，微裂紋端部水發(fā)生聚集和水解作用以及其他物理、化學(xué)反應(yīng)，這些因素使得微裂縫迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致巖石強(qiáng)度降低。2.3巖石孔隙結(jié)構(gòu)

溫度對(duì)巖石孔隙結(jié)構(gòu)的影響比較復(fù)雜。溫度升高使得非均值的巖石顆粒差異膨脹變形，可能導(dǎo)致新的微裂縫出現(xiàn)，或擴(kuò)大原來(lái)空隙，也有可能導(dǎo)致原裂縫的閉合，這主要取決于巖石性質(zhì)；溫度升高，導(dǎo)致巖石內(nèi)部可能出現(xiàn)熱開(kāi)裂，造成不可逆的熱損傷。2.4礦物結(jié)構(gòu)及成分

當(dāng)溫度高于閾值溫度后，組成礦物出現(xiàn)相變，改變了礦物的結(jié)構(gòu)，巖石介質(zhì)活化和塑性成分增加，從而促進(jìn)巖石由脆性向延性轉(zhuǎn)化。通常該閾值溫度較高，大于工程領(lǐng)域研究的溫度，所以在研究工程問(wèn)題時(shí)，可以忽略。

閾值：指的是觸發(fā)某種行為或者反應(yīng)產(chǎn)生所需要的的最低

值。3應(yīng)力應(yīng)變曲線變化規(guī)律

溫度加載作用下，巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線大致經(jīng)歷四個(gè)階段：壓密階段、線彈性階段、弱化階段和破壞階段。隨溫度增加，巖石變形特征從脆性向塑性變化，峰值強(qiáng)度降低，彈性模量降低，壓密階段應(yīng)變變長(zhǎng)，線彈性階段的應(yīng)變減小，峰后階段的應(yīng)變?cè)黾?，從脆性破壞向拉剪破壞過(guò)度。4抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

巖石抗壓強(qiáng)度受溫度影響顯著，溫度增加，巖石抗壓強(qiáng)度降低，呈線性遞減關(guān)系。也有實(shí)驗(yàn)表明，在低溫范圍，溫度增加，由于吸附水和層間水被蒸發(fā)，巖石強(qiáng)度增強(qiáng)，溫度對(duì)巖石強(qiáng)度性質(zhì)的影響主要取決于溫度的作用范圍和巖石性質(zhì)。5彈性模量變化規(guī)律

巖石彈性模量受溫度影響顯著，溫度增加，巖石彈性模量降低，呈線性遞減關(guān)系。

林睦曾研究了巖石的楊氏模量隨溫度升高而變化的情況，安山巖、花崗巖、石英粗面巖等的楊氏模量在300℃以下隨溫度升高而急劇減小，但超過(guò)300℃后，楊氏模量幾乎保持恒定；而凝灰?guī)r和陶石等隨溫度的升高，彈性模量變化不大。

孟召平研究指出，砂巖彈性模量隨溫度的增加，呈線性遞減關(guān)系。其線性遞減比例系數(shù)與巖石的成巖作用有關(guān)。成巖作用強(qiáng)的巖石，其孔隙度小，巖石導(dǎo)熱性好，導(dǎo)致巖石彈性模量隨溫度的增加降低較快，反之，較緩。6結(jié)論

溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響顯著，涉及深部地層的工程問(wèn)題，

應(yīng)考慮溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響。

溫度對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)的影響機(jī)理，主要包括礦物顆粒熱膨

脹性、含水性及比例、巖石孔隙結(jié)構(gòu)和礦物結(jié)構(gòu)及成分。

從應(yīng)力應(yīng)變曲線上看，隨溫度增加，巖石變形特征從脆性

向塑性變化，峰值強(qiáng)度降低，彈性模量降低，壓密階段應(yīng)

變變長(zhǎng)，線彈性階段的應(yīng)變降低，

峰后階段的應(yīng)變?cè)黾?，從脆性破壞向拉剪破壞過(guò)度。溫度