岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (9): 3009-3024.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1222CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1222
罗森林1, 2,张广清1, 2,乔佳1, 2,孙斌1, 2,周大伟1, 2
LUO Sen-lin1, 2, ZHANG Guang-qing1, 2, QIAO Jia1, 2, SUN Bin1, 2, ZHOU Da-wei1, 2
摘要:
深层油气资源开发潜力巨大,但储层压裂改造受到高围压影响,裂缝尖端呈现显著非线性力学行为,导致水力裂缝扩展困难。为明确围压作用下岩石的非线性断裂特性,采用黄砂岩标准单边缺口梁试件开展了围压条件下的三点弯曲断裂试验,并利用声发射采集系统监测了断裂过程区(fracture process zone,简称FPZ)发育过程。结果表明:岩石在围压作用下具有显著的非线性断裂特征,并且高围压水平延长了峰前FPZ发育和演化的整个过程。高围压水平下岩石内部的微观断裂机制由沿着矿物颗粒断裂向穿透矿物颗粒断裂转变,这种微观断裂模式的转变是导致宏观断裂面光滑化和断裂能升高的根本原因。基于内聚区模型(cohesive zone model,简称CZM),建立了围压作用下FPZ长度的解析模型。随着围压增加,FPZ长度减小,而断裂能增大,表明围压不仅约束了FPZ的发育空间,更显著提高了单位面积FPZ的能量耗散强度。宏观上表现为更高应力水平才能驱动FPZ进一步发育和裂缝扩展。这一现象反映了围压对岩石非线性断裂行为的强化效应。研究结果可为深层压裂改造提供理论支撑。
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