深部巖石力學

溫度對深部巖石力學性質的影響大綱1研究背景2溫度對巖石力學性質影響機理3應力應變曲線變化規(guī)律4抗壓強度變化規(guī)律5彈性模量變化規(guī)律6結論1研究背景

隨著石油勘探開發(fā)向地層更深處發(fā)展，有必要了解深部地層巖石力學性質，以便為工程研究和施工提供依據(jù)。而地層巖石總是處在一定的地溫環(huán)境中，與地表巖石有很大不同。將常溫下巖石的力學性質當作地層巖石的力學性質，會給工程帶來極大的偏差，因此有必要研究溫度對巖石力學性質的影響規(guī)律。2溫度對巖石力學性質影響機理礦物顆粒熱膨脹礦物結構及成分巖石孔隙結構含水性及比例2.1礦物顆粒熱膨脹

受溫度作用，由于成巖礦物之間的熱膨脹系數(shù)存在一定差異，加之，礦物顆粒之間的相互約束，導致熱膨脹系數(shù)高的礦物受到壓縮，而熱膨脹系數(shù)低的礦物受到拉伸，其綜合結果是在巖石內部形成熱應力。由于熱應力的存在，使得作用在巖石礦物顆粒的有效應力增加，導致巖石強度降低。熱應力：溫度改變時，物體由于外在約束以及內部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產(chǎn)生的應力。2.2含水性及比例

受沉積環(huán)境和成巖后生作用影響，通常巖石中存在吸附水、層間水和結晶水。溫度的改變，導致巖石中含水性質和含水比例會發(fā)生變化。溫度增加，使得吸附水和層間水蒸發(fā)，巖石發(fā)生硬化，剛度變大，導致巖石的彈性模量有升高趨勢；繼續(xù)升溫，達到一定的溫度，晶格中的結晶水脫出，微裂紋端部水發(fā)生聚集和水解作用以及其他物理、化學反應，這些因素使得微裂縫迅速擴展，導致巖石強度降低。2.3巖石孔隙結構

溫度對巖石孔隙結構的影響比較復雜。溫度升高使得非均值的巖石顆粒差異膨脹變形，可能導致新的微裂縫出現(xiàn)，或擴大原來空隙，也有可能導致原裂縫的閉合，這主要取決于巖石性質；溫度升高，導致巖石內部可能出現(xiàn)熱開裂，造成不可逆的熱損傷。2.4礦物結構及成分

當溫度高于閾值溫度后，組成礦物出現(xiàn)相變，改變了礦物的結構，巖石介質活化和塑性成分增加，從而促進巖石由脆性向延性轉化。通常該閾值溫度較高，大于工程領域研究的溫度，所以在研究工程問題時，可以忽略。

閾值：指的是觸發(fā)某種行為或者反應產(chǎn)生所需要的的最低

值。3應力應變曲線變化規(guī)律

溫度加載作用下，巖石應力-應變曲線大致經(jīng)歷四個階段：壓密階段、線彈性階段、弱化階段和破壞階段。隨溫度增加，巖石變形特征從脆性向塑性變化，峰值強度降低，彈性模量降低，壓密階段應變變長，線彈性階段的應變減小，峰后階段的應變增加，從脆性破壞向拉剪破壞過度。4抗壓強度變化規(guī)律

巖石抗壓強度受溫度影響顯著，溫度增加，巖石抗壓強度降低，呈線性遞減關系。也有實驗表明，在低溫范圍，溫度增加，由于吸附水和層間水被蒸發(fā)，巖石強度增強，溫度對巖石強度性質的影響主要取決于溫度的作用范圍和巖石性質。5彈性模量變化規(guī)律

巖石彈性模量受溫度影響顯著，溫度增加，巖石彈性模量降低，呈線性遞減關系。

林睦曾研究了巖石的楊氏模量隨溫度升高而變化的情況，安山巖、花崗巖、石英粗面巖等的楊氏模量在300℃以下隨溫度升高而急劇減小，但超過300℃后，楊氏模量幾乎保持恒定；而凝灰?guī)r和陶石等隨溫度的升高，彈性模量變化不大。

孟召平研究指出，砂巖彈性模量隨溫度的增加，呈線性遞減關系。其線性遞減比例系數(shù)與巖石的成巖作用有關。成巖作用強的巖石，其孔隙度小，巖石導熱性好，導致巖石彈性模量隨溫度的增加降低較快，反之，較緩。6結論

溫度對巖石力學性質影響顯著，涉及深部地層的工程問題，

應考慮溫度對巖石力學性質的影響。

溫度對巖石力學性質的影響機理，主要包括礦物顆粒熱膨

脹性、含水性及比例、巖石孔隙結構和礦物結構及成分。

從應力應變曲線上看，隨溫度增加，巖石變形特征從脆性

向塑性變化，峰值強度降低，彈性模量降低，壓密階段應

變變長，線彈性階段的應變降低，

峰后階段的應變增加，從脆性破壞向拉剪破壞過度。溫度