基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究

doi:10.16285/j.rsm.2015.12.015

›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (12): 3447-3455.doi: 10.16285/j.rsm.2015.12.015

基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究

杨志鹏^{1, 3}，何柏^{2, 3}，谢凌志^{2, 3}，李存宝^{1, 3}，王俊^{1, 3}

1.四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065；2.四川大学新能源与低碳技术研究院，四川成都 610207； 3.四川大学能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室，四川成都 610207

收稿日期:2015-05-20 出版日期:2015-12-11 发布日期:2018-06-14
通讯作者: 何柏，男，1988年生，硕士，助理实验师，主要从事实验岩石力学方面的研究工作。E-mail：hebo@scu.edu.cn E-mail:yangzhipeng1990@hotmail.com
作者简介:杨志鹏，男，1990年生，硕士，主要从事页岩气水力压裂开采过程中的岩石力学方面的研究工作。
基金资助:
国际科技合作项目（No. 2012DFA60760）；四川省科技支撑计划（No. 2012FZ0124）；省市项目_科技厅应用基础研究项目（No. 2015JY0280）。

Strength and failure modes of shale based on Brazilian test

YANG Zhi-peng^{1, 3}, HE Bai^{2, 3}, XIE Ling-zhi^{2, 3}, LI Cun-bao^{1, 3}, WANG Jun^{1, 3}

1. College of Architecture and Environment, Sichuan University, Sichuan, Chengdu 610065, China; 2. Institute of New Energy and Low-Carbon Technology, Sichuan University, Sichuan, Chengdu 610207, China; 3. Key Laboratory of Energy Engineering Safety and Disaster Mechanics of Ministry of Education, Sichuan University, Sichuan, Chengdu 610207, China

Received:2015-05-20 Online:2015-12-11 Published:2018-06-14
Supported by:
Project supported by the Program for International S&T Cooperation Projects of China (Grant No. 2012DFA60760), Supporting Program for Sci & Tech Research of Sichuan Province (Grant No. 2012FZ0124) and Basic Research Project of S&T Department_Provincial and Municipal Projects (Grant No. 2015JY0280).

摘要/Abstract

摘要： 为了研究页岩横观各向同性性质对劈裂强度及破坏模式的影响，对7组不同倾角下的试样进行了巴西劈裂和声发射测试。研究表明：层理的方向对试样的劈裂强度和最终破坏模式有着重要的影响。随着层面倾角的增加，页岩试样的劈裂强度逐渐减小。在不同倾角下的破坏模式可分为直线形（ 0°、90°）、月牙形（ 15°）和曲弧形（ 30°、45°、60°、75°）。通过分析不同倾角下圆盘中心点沿层理分解得到的正应力和剪应力，当 0°时，试样的破坏方式为基质的拉伸破坏；当 90°时，试样的破坏方式为层理的拉伸破坏，当15° 75°时，试样的破坏为复合型破坏。观察声发射空间累计定位演化分布情况，直线型的声发射点较均匀地分布在试样中轴线的两侧；曲弧型的声发射点在圆盘的一端较密而另一端较稀疏；月牙型则在试样的中部和一端都累积了部分声发射点；分布特征与宏观破坏方式具有相似性。分形维数D可以较好地反映试样的破坏模式，从倒V形的变化趋势可知，直线形试样D值接近于2，而月牙形和曲弧形试样D值介于2.2～2.7。因此，D值越大，说明裂纹的曲率半径越大；相反D值越小，裂纹越趋于一条直线，破裂形态也就越简单。

关键词: 巴西劈裂试验, 声发射, 劈裂强度, 破坏模式, 分形维数

Abstract: This paper aims to investigate the influence of transversely isotropic property on the splitting strength and failure modes of shale. Brazilian tests and acoustic emission tests were conducted upon the shale specimens with seven bedding orientations. It is revealed that the bedding orientation plays an important role in the splitting strength and the final failure modes. With the increase of inclination angle ?, the splitting strength decreases gradually. Three failure modes can be identified under different inclination angles from the tests: straight-like crack ( 0°, 90°), crescent-like crack ( 15°) and arc-like crack ( 30°, 45°, 60°, 75°). By analyzing the the normal and shear stress components decomposed along the bedding plane, the failure mode of specimen for 0°is the tensile failure of matrix；the failure mode of specimen for 90°is the tensile failure of bedding plane and the composed failure mode occurres when 15° 75°. The spatial evolution and distribution of the acoustic emission(AE) points we have observed is similar to its macroscopic failure modes. The AE points of straight-like crack is evenly distributed at both sides of the specimen axis; the AE points of arc-like crack is dense on the one side and sparse on the other side of Brazilian disk; the AE points of crescent-like crack are distributed at the middle and one end of the specimen. The fractal dimension can reflect the failure modes of the specimen very well. From the inverted V shaped trend of the fractal dimension, the value D of the straight-like failure mode is close to 2; while D of the crescent-like and arc-like failure modes is between 2.2 and 2.7.It can be drawn from the fact that the larger of the value D is, the larger of the crack’s radius curvature is. The smaller of the value D is, the crack is more close to a straight line and failure mode is simpler.

Key words: Brazilian test, acoustic emission, splitting strength, failure modes, fractal dimension

中图分类号:

TU 454

杨志鹏，何柏，谢凌志，李存宝，王俊 , . 基于巴西劈裂试验的页岩强度与破坏模式研究[J]. , 2015, 36(12): 3447-3455.

YANG Zhi-peng , HE Bai , XIE Ling-zhi , LI Cun-bao , WANG Jun , . Strength and failure modes of shale based on Brazilian test[J]. , 2015, 36(12): 3447-3455.

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