[发明专利]一种基于全应力-应变曲线的岩石脆性指数评价方法

说明书

本发明公开了一种基于全应力‑应变曲线的岩石脆性指数评价方法，该方法包括：从地应力，温度，水压等方面对待测岩样所处地质环境进行评价；选取符合待测岩样地质环境的岩石力学实验，包括单轴压缩实验，考虑温度的三轴压缩实验，考虑水压的三轴压缩实验；获取实验过程中各特征应力值以及其对应的应变大小；根据所提出的脆性指数计算方法，将特征应力值及应变带入进行计算，得到待测岩石的脆性指数。本方法是一种针对岩石所处地质环境并基于岩石力学实验全过程的脆性指数综合计算方法，提高了岩石脆性评价的合理性与准确性。

技术领域

本发明涉及岩石力学技术领域，具体地，涉及一种基于全应力-应变曲线的岩石脆性指数评价方法。

背景技术

脆性是岩石在极小的形变条件下发生破坏，并释放大量能量，深部岩体一般具有较高脆性，同时常伴随着高地温高水压的恶劣环境。作为岩石极为重要的一种性质，脆性评价对岩体工程有着重要的指导意义，例如在高地应力下的深部岩体工程中，岩体的脆性是影响岩爆等工程灾害的重要内部因素；脆性指标也是油气藏工程领域中储层力学特征、井壁稳定性评价以及水力压裂效果评价的重要指标；在岩体开挖进程中，岩石的脆性也决定了TBM掘进速度和钻机的钻孔效率。目前，国内外学者关于岩石脆性尚未形成统一的评价标准，如专利号201410461329.8公开的一种基于煤岩工业组分的脆性指数确定方法，采用煤岩工业组分结合测井资料方法确定脆性指数，其方法繁琐且只能适用于煤气领域，专利号201310254628.X公开的一种应用声发射能量值测定岩石脆性指数的方法，由于岩石声发射能量值具有较大的随机性，其测试结果不稳定，具有较大误差，但由于岩石的脆性与其力学特性密切相关，因此，对岩体所处环境下的力学特性进行研究可实现对脆性指标的准确评价。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于全应力-应变曲线的岩石脆性指数评价方法，该方法基于岩石单轴实验或三轴实验的应力-应变曲线全过程的分析，可提高岩石脆性评价的合理性与准确性。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于全应力-应变曲线的岩石脆性指数评价方法，包括：

从地应力，温度，水压方面对待测岩样所处地质环境进行评价；

选取符合待测岩样地质环境的岩石力学实验，包括单轴压缩实验，考虑温度的三轴压缩实验，考虑水压的三轴压缩实验；

获取实验过程中各特征应力值以及其对应的应变大小，各特征应力值包括起裂应力、峰值应力、残余应力；

根据所提出的脆性指数计算方法，将特征应力值及应变代入进行计算，得到待测岩样的脆性指数。

所述的脆性指数计算方法为：

其中：σ_i为起裂应力；σ_p为峰值应力；σ_r为残余应力；ε_i为起裂应变；ε_p为峰值应变；ε_r为残余应变；t为三轴压缩实验所设置温度；t₂₀为外界环境温度，一般为20℃；D为三轴压缩实验所设置水压；k为系数，待测岩样为硬岩时取4，待测岩样为软岩时取2。

为了在实验中获取更好的峰后曲线，实验加载系统采用三段式控制，在实验开始时采用轴向位移控制，当轴向应力达到峰值强度70％-85％时，切换为环向位移控制，环向位移速率逐级递增，初始值为0.0025-0.0040mm/s，当应力达到峰值并开始下降至峰值强度的80％-90％时，将环向位移速率调整为初始值的1.5-2倍，当应力下降至峰值强度的50％-60％时，将环向位移速率调整为初始值的2.5-3倍，当应力下降至峰值强度的30％-40％时，将环向位移速率调整为初始值的3.5-5倍，当应力下降至峰值强度10％-20％时，再次切换为轴向位移控制，来获得最终完整的峰后曲线。