[发明专利]一种静态横观各向同性岩石力学的实验和分析方法

摘要

本发明提供了一种静态横观各向同性岩石力学的实验和分析方法。该方法在同一垂直平面内制备水平样品、垂直样品和夹角样品中的至少2块样品，对每块样品做三轴压缩破坏实验，实验过程中记录每块样品的轴向变形和两个方向的侧向变形，实验数据代入到推导出的应力应变方程组中，联合求解方程组，可得到5个独立的岩石力学参数，即水平向杨氏模量、水平面内泊松比、垂向杨氏模量、垂直面内泊松比以及垂直面内剪切模量。该方法的分析结果给出刚度矩阵的5个独立参数，而不是各向同性岩石力学的2个独立参数，更符合实际情况，也更准确和合理的描述了岩石力学的各向异性行为，适用于沉积岩和页岩的岩石力学测试和分析。

主权项

1.一种静态横观各向同性岩石力学的实验和分析方法，其包括以下步骤：(1)将某待分析的岩心样品的层理面设为XY平面，将该层理面的法向设为Z向，并将X、Y、Z的交点设为O；以该待分析的岩心样品的OX轴为轴线取的圆柱状岩石样品记为水平样品；以某待分析的岩心样品的OZ轴为轴线取的圆柱状岩石样品记为垂直样品；以与该待分析的岩心样品的OZ轴的角度为θ的线为轴线取的圆柱状岩石样品记为夹角样品，且水平样品、垂直样品、夹角样品的轴线均在同一垂直平面OXZ内；取至少一所述的夹角样品，以及至少一所述的水平样品和/或一所述的垂直样品；(2)分别对步骤(1)得到的至少两块样品加载围压到一定数值，然后保持围压不变，再逐渐加载轴压，直到样品被破坏，并在轴压加载过程中记录每块样品的轴向应变、OXZ平面内的侧向应变以及OXZ平面法向的侧向应变；(3)采用最小二乘法计算得到水平向杨氏模量E_h、水平面内泊松比ν_h、垂向杨氏模量E_v、垂直面内泊松比ν_v以及垂直面内剪切模量G；其中，步骤(1)得到的样品为θ＝45°的夹角样品与水平样品，或者为θ＝45°的夹角样品与垂直样品；当步骤(1)得到的样品为θ＝45°的夹角样品与水平样品时，采用最小二乘法求解下式1，计算得到水平向杨氏模量E_h、水平面内泊松比ν_h、垂向杨氏模量E_v、垂直面内泊松比ν_v以及垂直面内剪切模量G：式中，为水平样品在轴压加载过程中的轴向应变变化量，为水平样品在轴压加载过程中的OXZ平面内的侧向应变变化量，为水平样品在轴压加载过程中的OXZ平面法向的侧向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的轴向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的OXZ平面内的侧向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的OXZ平面法向的侧向应变变化量，为水平样品在轴压加载过程中的轴向应力变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的轴向应力变化量；当步骤(1)得到的样品为θ＝45°的夹角样品与垂直样品时，采用最小二乘法求解下式2，计算得到水平向杨氏模量E_h、水平面内泊松比ν_h、垂向杨氏模量E_v、垂直面内泊松比ν_v以及垂直面内剪切模量G：式中，为垂直样品在轴压加载过程中的轴向应变变化量，为垂直样品在轴压加载过程中的OXZ平面内的侧向应变变化量，为垂直样品在轴压加载过程中的OXZ平面法向的侧向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的轴向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的OXZ平面内的侧向应变变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的OXZ平面法向的侧向应变变化量，为垂直样品在轴压加载过程中的轴向应力变化量，为夹角样品在轴压加载过程中的轴向应力变化量。