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题名基于黏聚单元法的层状页岩巴西劈裂数值模拟
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作者
马天寿
王浩男
fadhel a m
刘阳
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机构
西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室
西南石油大学石油天然气装备教育部重点实验室
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出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期702-715,共14页
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基金
四川省自然科学基金资助项目(2024NSFSC0023)
四川省科技计划项目(2020JDJQ0055)。
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文摘
为了分析层状页岩巴西劈裂力学行为,开展龙马溪页岩巴西劈裂试验,采用全局嵌入零厚度黏聚单元法,建立层状页岩巴西圆盘二维有限元模型,对比数值模拟与巴西劈裂试验结果,并分析层理间距和强度对层状页岩巴西劈裂力学行为及破坏模式的影响。研究结果表明:数值模拟和试验得到的巴西劈裂强度和破坏模式吻合较好,两者的最大相对误差低于10%。数值模拟和试验得到的页岩巴西劈裂强度各向异性比分别为2.18和2.00,说明龙马溪页岩各向异性特征显著。巴西劈裂强度和破坏模式对层理面加载角度具有较强的依赖性,随着加载角度增加,巴西劈裂强度大致呈现出线性增长趋势,巴西圆盘破坏模式先由沿层理面的拉伸破坏转变为沿层理面和基质的拉伸-剪切复合破坏,再转变为沿基质的拉伸破坏。层理强度是影响巴西圆盘力学行为的关键因素:低层理强度导致巴西劈裂强度大幅降低,破坏模式主要受层理强度控制,主要产生沿层理面的拉伸或剪切破坏;高层理强度导致巴西劈裂强度大幅增加,破坏模式主要受基质强度控制,主要产生岩石基质拉伸或拉伸-剪切复合破坏。研究结果可为油气开采、采矿、隧道、边坡及地下工程的设计和施工提供依据和参考。
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关键词
层状页岩
巴西劈裂
各向异性
黏聚单元
层理面
破坏模式
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Keywords
layered shale
Brazilian splitting
anisotropy
cohesive element
bedding plane
failure mode
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分类号
TE21
[石油与天然气工程—油气井工程]
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