多孔岩石力学性质实验研究与模拟

论文摘要

在本项研究中,为描述多孔岩石白垩岩的力学特性,我们进行了一系列的实验研究。实验研究结果揭示白垩岩表现出两种塑性变形机理,孔隙塌陷的塑性变形机理和剪切塑性变形机理。基于全面的实验研究,我们提出了一个新的弹塑性模型,该模型反映了与多孔白垩岩的微结构相关联的两种塑性力学机理。我们研究了水对多孔白垩岩的力学性质影响。在宏观尺度上,弹性模量和塑性参数,包括对塑性孔隙塌陷机理和塑性剪切机理,被表达成水饱和度的函数。依赖时间效应的流变变形被加入这一统一力学特性的模型中。流变变形被认为是颗粒间固体胶结接触面的破坏过程的宏观表现。弹性模量和塑性参数受溶解过程的影响。进一步,我们研究了白垩岩在不排水条件下三轴压缩的塑性力学特性。数值模拟的结果与不同加载条件下的试验结果(包括静水压力压缩试验和三轴压缩试验、以及流变试验,用水和用油饱和试样在排水和不排水条件下的试验结果)进行了比较。比较结果的一致性显示出提出的模型能够正确描述多孔白垩岩的力学性质的主要特征和水对多孔白垩岩的力学性质影响。

论文目录

• 前言
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章：典型多孔白垩岩力学特性综述
• 1-1.概述
• 1-2.白垩岩的物理化学特征
• 1-2-1.定义
• 1-2-2.组成
• 1-2-2-1.化石
• 1-2-2-2.矿物
• 1-2-2-3.结构与孔隙率
• 1-2-2-4.白垩岩中的水
• 1-2-3.白垩岩的分类
• 1-3.白垩岩的力学性质
• 1-3-1.不考虑时间效应的白垩岩的力学性质
• 1-3-1-1.静水压力状态下的力学特征
• 1-3-1-2.三轴压缩状态下的力学特征
• 1-3-2.考虑时间效应的白垩岩的力学性质
• 1-3-2-1.静水压力状态下的流变特征
• 1-3-2-2.单轴压缩状态下的流变特征
• 1-3-2-3.三轴压缩状态下的流变特征
• 1-4.孔隙率、矿物组成和饱和液体对白垩岩力学特性的影响
• 1-4-1.孔隙率的影响
• 1-4-2.矿物组成的影响
• 1-4-3.饱和液体的影响
• 1-4-3-1.不同饱和液体的影响
• 1-4-3-2.不同水饱和度的影响
• 1-4-3-3.水-白垩岩相互作用的机理
• 1-5.描述白垩力学性质的模型
• 1-5-1.不考虑时间效应的塑性力学模型
• 1-5-2.考虑时间效应的粘塑性力学模型
• 第2章：多孔岩石力学性质实验研究
• 2-1.概述
• 2-2.试验条件与装置
• 2-2-1.试验条件
• 2-2-1-1.试样制备
• 2-2-1-2.饱和液体
• 2-2-1-3.加载速率
• 2-2-1-4.温度
• 2-2-1-5.试样的饱和和排水条件
• 2-2-2.试验装置
• 2-2-2-1.自动和自平衡三轴压力室
• 2-2-2-2.高压泵
• 2-2-2-3.数据采集系统
• 2-2-2-4.辅助配件
• 2-2-2-5.变形量测
• 2-3.试验过程和试验结果描述
• 2-3-1.静水压力压缩试验
• 2-3-2.三轴压缩排水试验
• 2-3-3.三轴压缩不排水试验
• 2-3-4.三轴压缩流变试验
• 2-3-5.不同浸水时间的白垩岩试样的三轴压缩试验
• 2-4.本章小结
• 第3章：多孔岩石弹塑性本构关系研究
• 3-1.概述
• 3-2.模型构造
• 3-3.塑性孔隙塌陷机理
• 3-3-1.加载函数
• 3-3-2.塑性强化准则
• 3-3-3.塑性潜能
• 3-4.塑性剪切机理
• 3-4-1.塑性屈服面
• 3-4-2.塑性强化准则
• 3-4-3.塑性潜能和流动法则
• 3-5.两种塑性力学机理的相互作用
• 3-6.油饱和试样的力学试验的数值模拟
• 3-7.水饱和度的影响
• 3-8.流变变形研究
• 3-9.本章小结
• 第4章：饱和多孔白垩岩的孔隙力学性质研究
• 4-1.概述
• 4-2.线性孔隙弹性要素
• 4-3.孔隙塑性要素
• 4-4.多孔白垩岩的不排水力学特性研究
• 4-5.本章小结
• 第5章：结论与展望
• 5-1.本文的主要内容与结论
• 5-2.未来研究工作展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ：SOLTROL 170油的物理化学特性介绍
• 附录Ⅱ：HAUBOURDIN白垩岩试验的模拟（试验结果根据SHAO，1987）
• 附录Ⅲ：LIXHE白垩岩（1）试验的模拟（试验结果根据HOMAND，2000）
• 附录Ⅳ：LIXHE白垩岩（2）试验的模拟
• 致谢
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表的主要学术论文
• 攻读博士学位期间参加完成的科研项目