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灰岩在烧变过程中的热破裂机制试验研究
1
作者 张卫强 曹志成 +2 位作者 周琦忠 王左券 吴云 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期101-110,共10页
自燃煤层围岩在不同高温作用下会引起不同程度的结构损伤,导致其物理力学性质和工程地质效应发生显著变化。为深入认识烧变过程中岩石的结构演化规律,以徐州某矿底板灰岩为研究对象,开展不同温度作用下的热破裂试验,从多尺度上探究岩石... 自燃煤层围岩在不同高温作用下会引起不同程度的结构损伤,导致其物理力学性质和工程地质效应发生显著变化。为深入认识烧变过程中岩石的结构演化规律,以徐州某矿底板灰岩为研究对象,开展不同温度作用下的热破裂试验,从多尺度上探究岩石热破裂的规律,并结合数值模拟和微观结构测试揭示其发育机理。结果显示:(1)方解石填充裂隙、层理等相对软弱结构面的热破裂温度阈值在300~400℃,完整岩石结构的热破裂温度阈值在500℃左右;600℃之前的热破裂形态较简单,基本是直线型裂纹,且宽度较小、数量较少;700℃以上出现宽度和长度显著增大的弧形热裂纹,热裂纹两侧试样的颜色有明显区别,靠近热裂纹的白色部位还发育一些连通弧形裂纹的次级小裂纹;800℃时,试样颜色全部变白,结构完全破碎,成散体状。(2)从微观结构和热应力角度阐释灰岩热破裂发育机理,发现试验温度路径下试样的热破裂主要发育在降温过程中,且最大热应力差主要在靠近试样表面的近似环形带上分布。500℃以下的热破裂成因主要为热应力在试样的原始缺陷处集中,并超过了部分软弱结构的抗拉强度;500℃以上受热应力与矿物分解共同控制,500℃以上升降温过程中的最大热应力基本超过灰岩的抗拉强度,且菱镁矿、白云母、白云石等矿物逐渐分解,逐渐增多的内部缺陷为应力集中提供有利条件,加剧了热破裂的发育;当温度达到800℃时,热破裂发育程度很高,且白云石和方解石快速分解,生成CaO,部分CaO在冷却过程中与空气接触生成Ca(OH)2,热裂纹与主体矿物分解共同导致试样结构的破碎。研究成果可为岩体破裂和地质结构演化分析奠定基础。 展开更多
关键词 灰岩 热破裂 热应力 矿物分解 温度阈值 成因机理
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加热-冷却过程中花岗岩细观热破裂机制
2
作者 王飞 邹岩琳 +5 位作者 庞瑞 何本国 范立峰 孟德昊 刘甜甜 石垚 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2138-2147,共10页
由于高温试验设备的限制,在实验室中研究岩石真实热破裂规律通常需要依据冷却后试样的细微观结构观测结果来进行分析推断,无法获得热破裂的实时动态演化过程。为此,基于考虑温度和裂纹滑移效应的节理本构关系,构建花岗岩热力耦合UDEC晶... 由于高温试验设备的限制,在实验室中研究岩石真实热破裂规律通常需要依据冷却后试样的细微观结构观测结果来进行分析推断,无法获得热破裂的实时动态演化过程。为此,基于考虑温度和裂纹滑移效应的节理本构关系,构建花岗岩热力耦合UDEC晶粒模型,以深入探究加热和冷却过程中花岗岩的实时热破裂行为。研究发现,在加热状态下,花岗岩热诱导微裂纹在75℃左右开始萌生,随着温度的升高,微裂纹数量在α→β石英相变温度附近快速达到峰值,但微裂纹密度在600℃降温到25℃的冷却过程中并没有明显变化。虽然冷却效应引起的裂纹数量变化可以忽略不计,但会导致裂纹开度的增加或减少。在加热过程中,微裂纹的萌生主要是由于相邻晶粒的热膨胀不同导致局部应力累积造成的。而石英高温相变引起的细微观结构变化可以增强不同晶粒之间的相互作用,导致晶粒尺度上的压缩和剪切运动加剧,使得热应力裂纹继续变形拓展。在冷却过程中,由于加热过程中热破裂导致的细微观应力释放和冷却效应导致的不同矿物晶体收缩,使得微裂纹的数量虽然不变,但其形态却能发生较为明显的变化,从而使得冷却后花岗岩的宏观应力-应变行为受到很大影响。基于离散元数值模拟对花岗岩热力耦合试验结果作出了细微观阐释,揭示了加热和冷却过程中花岗岩的实时热破裂机制,进一步加深了对高温岩石热力耦合规律的理解。 展开更多
关键词 花岗岩 晶粒模型 实时高温 热破裂
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花岗岩热破裂裂隙动态演化特性数值模拟研究
3
作者 周长冰 闫俊豪 李小双 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期694-704,共11页
为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律,采用数值计算方法,结合细观损伤理论,建立了岩石热-弹性本构模型,提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模... 为揭示不同压力条件下花岗岩热破裂裂隙演化规律,采用数值计算方法,结合细观损伤理论,建立了岩石热-弹性本构模型,提出了适用于Comsol Multiphysics数值计算软件的矿物颗粒形态提取技术。开展了静水压力及单轴压力下花岗岩热破裂数值模拟研究,分析了拉伸和剪切裂隙动态发育过程。研究结果表明:花岗岩内矿物热破裂顺序依赖于各自的力学特性、强度,3种矿物的破裂顺序为云母、长石、石英,热破裂裂隙网络由拉伸裂隙和剪切裂隙组成,拉伸裂隙的发育主导了裂缝网络形成。裂隙演化可划分为3个阶段:微裂隙萌生阶段、裂隙爆发阶段、稳定增长阶段。热破裂阈值受最小主应力控制,单轴压力对阈值的影响较小,受静水压力的影响较大。静水压力下裂隙发育没有明显的方向性,单轴压力压扩展方向垂直于最小主应力,压力越大方向性越明显。 展开更多
关键词 花岗岩 热破裂 数值计算 裂隙扩展
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非均质随机分布对岩石热破裂影响的数值试验 被引量：6
4
作者 康健 毕秀国 刘超 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第S01期491-494,共4页
采用随机固热耦合数学模型及有限元分析方法,仅将热膨胀系数和热传导系数作为随机变量,在正态和韦泊两种随机分布下,采用平面应变模型,对热应力引起的岩石热破裂的变化进行了详细研究,模拟了岩石热破裂的整个过程,揭示了概率分布形式、... 采用随机固热耦合数学模型及有限元分析方法,仅将热膨胀系数和热传导系数作为随机变量,在正态和韦泊两种随机分布下,采用平面应变模型,对热应力引起的岩石热破裂的变化进行了详细研究,模拟了岩石热破裂的整个过程,揭示了概率分布形式、分布参数m对岩石热破裂的影响,讨论了岩石热破裂与时间t的关系,温度与参数m的关系,温度与时间的变化规律,并研究了热破裂率随时间和温度的变化规律。 展开更多
关键词 随机分布 岩石热破裂 数值试验 热破裂率
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岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究 被引量：61
5
作者 赵阳升 万志军 +5 位作者 张渊 张宁 冯子军 董付科 武晋文 曲方 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1970-1976,共7页
岩石热破裂是一类极为普遍的自然与工程现象。利用"600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机系统"进行砂岩和花岗岩在常温至600℃范围内的声发射特征和渗透性演化规律的试验研究,揭示岩石的热破裂规律与渗透性的相关特征,其... 岩石热破裂是一类极为普遍的自然与工程现象。利用"600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机系统"进行砂岩和花岗岩在常温至600℃范围内的声发射特征和渗透性演化规律的试验研究,揭示岩石的热破裂规律与渗透性的相关特征,其结果如下:(1)花岗岩和砂岩受热作用,在常温到600℃区间,其热破裂存在一个清晰的门槛值。从声发射特征来看,永城细砂岩与鲁灰花岗岩的热破裂门槛值分别为170℃和65℃。(2)岩石热破裂门槛值之后,随温度升高,热破裂呈间断性与多期性变化特征,从常温到600℃,既非单调增加,也非单调减少,一般存在2个以上的峰值区间。(3)随着温度的升高,伴随岩石峰值破裂段的发生,岩石的渗透率也呈现出同步的多个峰值段,伴随着声发射平静期滞后出现渗透率相对降低区,但渗透率仍然维持在一个较高水平,而且随着声发射剧烈期出现次数的增加,渗透率愈来愈大。 展开更多
关键词 岩石力学 花岗岩 砂岩 热破裂 声发射 渗透性
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油页岩热破裂规律显微CT实验研究 被引量：35
6
作者 康志勤 赵阳升 +2 位作者 孟巧荣 杨栋 郤保平 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期842-848,共7页
利用太原理工大学和中国工程物理研究院应用电子学研究所最新共同研制的μCT225kVFCB 型高精度(μm级)CT 试验分析系统,对油页岩从常温到600℃高温下的热破裂过程进行了显微观测和分析,揭示了抚顺油页岩的热破裂阈值温度为300℃附近.当... 利用太原理工大学和中国工程物理研究院应用电子学研究所最新共同研制的μCT225kVFCB 型高精度(μm级)CT 试验分析系统,对油页岩从常温到600℃高温下的热破裂过程进行了显微观测和分析,揭示了抚顺油页岩的热破裂阈值温度为300℃附近.当温度低于300℃时.已可见到极少数较小的微裂隙出现.裂隙多发育于原生层理面以及硬质矿物颗粒的周围,形成的破裂面基本上都与层理面互相平行.当温度超过300℃,由于受到热分解化学反应的控制,裂隙的数量、长度和宽度剧烈增加.呈现广泛发育、集中爆发的特点,并使原有裂隙迅速延展和贯通,且裂隙面仍具有与层理面平行的特点,这是油页岩热破裂的典型特征;同时,也形成了许许多多垂直于层理方向的微小裂隙.小裂隙与大裂隙的搭接连通.形成了一个庞大的连通网络结构,从根本上提高了油页岩的渗流能力. 展开更多
关键词 油页料 热破裂 显微 CT 裂隙 阈值温度 实验研究
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显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究 被引量：110
7
作者 赵阳升 孟巧荣 +2 位作者 康天合 张宁 郤保平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期28-34,共7页
详细介绍太原理工大学与中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统的结构与工作原理,该试验机的最大功率为320 W,放大倍数为1～400倍,可分辨1～2μm大小的孔隙及裂隙,为金属及非金属材料的细观... 详细介绍太原理工大学与中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统的结构与工作原理,该试验机的最大功率为320 W,放大倍数为1～400倍,可分辨1～2μm大小的孔隙及裂隙,为金属及非金属材料的细观试验分析提供了更高精度的试验设备。采用该系统进行花岗岩在常温到500℃高温下的三维细观破裂显微观测,揭示出花岗岩晶体颗粒尺寸为100～300μm的不规则空间结构体。热作用下,随温度升高,花岗岩的热破裂逐渐演化与发展,200℃时,已可见到极少数很小的微裂纹出现。300℃时,部分裂纹搭接形成较大裂纹,裂纹长度增加10倍左右。500℃时,包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹几乎全部形成,使花岗岩呈现糜棱状的晶体颗粒结构体,90%以上是沿岩石颗粒周边弱的胶结界面上发生的。仅有极少数热破裂裂纹是穿越岩石颗粒的,其概率在10%以下。 展开更多
关键词 岩石力学 显微CT试验 花岗岩 热破裂特征 胶结界面 破裂演化
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中高温三轴应力下鲁灰花岗岩热破裂声发射特征的试验研究 被引量：23
8
作者 武晋文 赵阳升 +3 位作者 万志军 董付科 冯子军 李义 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期3331-3336,共6页
在中高温三轴应力作用下岩石内部物理化学性质和结构特性将发生变化,随着岩石内部结构的变化会引发一系列的声发射现象。通过试验研究了大试件花岗岩在三轴压力状态下声发射随温度的变化规律。试验研究表明:①随着温度升高,岩石的声发... 在中高温三轴应力作用下岩石内部物理化学性质和结构特性将发生变化,随着岩石内部结构的变化会引发一系列的声发射现象。通过试验研究了大试件花岗岩在三轴压力状态下声发射随温度的变化规律。试验研究表明:①随着温度升高,岩石的声发射现象是间断发生的;②花岗岩存在一个开始发生热破裂的门槛值温度,其值为120℃左右;③试验温度范围内花岗岩热破裂的声发射现象可分为5个阶段,即岩石原生裂隙整合阶段、热破裂前声发射静默阶段、热破裂声发射阶段、大规模热破裂后声发射静默阶段、二次热破裂开始阶段。 展开更多
关键词 中高温 三轴应力 花岗岩 热破裂 声发射
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褐煤热破裂的显微CT实验 被引量：18
9
作者 孟巧荣 赵阳升 +2 位作者 胡耀青 冯增朝 徐素国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期855-860,共6页
采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100℃左右时,大裂隙（〉800μm）占主导地位;200℃左右时,中等裂隙（100~400μm）占主导地位;300℃之后微... 采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100℃左右时,大裂隙（〉800μm）占主导地位;200℃左右时,中等裂隙（100~400μm）占主导地位;300℃之后微裂隙（〈100μm）占主导地位;热破裂的阈值为300℃左右;在300℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。 展开更多
关键词 褐煤 热破裂 显微CT 热解 孔隙
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高温均匀压力花岗岩热破裂声发射特性实验研究 被引量：25
10
作者 武晋文 赵阳升 +3 位作者 万志军 冯子军 董付科 李义 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1111-1117,共7页
为研究花岗岩体热破裂规律,通过实验研究了均匀压力(25 MPa)下大试件(200 mm×400 mm)花岗岩在常温～500℃范围的声发射变化规律及特性,探讨了各个阶段声发射信号反映的岩石破裂特性。研究表明:①330℃为花岗岩破裂声发射和热破... 为研究花岗岩体热破裂规律,通过实验研究了均匀压力(25 MPa)下大试件(200 mm×400 mm)花岗岩在常温～500℃范围的声发射变化规律及特性,探讨了各个阶段声发射信号反映的岩石破裂特性。研究表明:①330℃为花岗岩破裂声发射和热破裂性质转变的分界点,低于330℃,热破裂为弹性破裂,330℃以后,花岗岩出现局部塑性变形和破坏;②330℃以后,局部塑性破坏造成大量低能量释放率的声发射产生,声发射密集区由小部分能量率很大的声发射和数量很多、低能量释放率的声发射组成,声发射密集区整体上累积释放能量较低;③声发射振铃率发生突变可以作为花岗岩内部微破裂带开始形成的标志,花岗岩从110和420℃开始分别经历了2次大的热破裂裂纹网络的改善。 展开更多
关键词 热破裂 声发射 高温三轴压力 花岗岩
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瘦煤热破裂规律显微CT试验 被引量：20
11
作者 于艳梅 胡耀青 +3 位作者 梁卫国 孟巧荣 冯增朝 余传涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1696-1700,共5页
由太原理工大学和中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kvFCB型高精度(μm级)CT试验分析系统,对7mm瘦煤从18℃到600℃高温下的热破裂过程进行了显微观测和分析,发现瘦煤在100℃时有微裂隙出现;200℃时煤样中裂隙长度增... 由太原理工大学和中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kvFCB型高精度(μm级)CT试验分析系统,对7mm瘦煤从18℃到600℃高温下的热破裂过程进行了显微观测和分析,发现瘦煤在100℃时有微裂隙出现;200℃时煤样中裂隙长度增加了30%左右;当温度达到300℃时煤样中有大量裂隙和孔隙产生并贯通,热破裂阈值在300℃附近;400℃到500℃时裂隙进一步扩展连通产生裂隙带;600℃时煤样中裂隙长度减小,同时产生了很多新的裂隙和孔隙;随温度的升高,7mm瘦煤的裂隙发展规律为:微裂纹的出现、发展、贯通,最后裂纹继续发展;煤样的最大裂隙长度具有随着温度的升高先减小后增加最后减小的规律;煤样的孔裂隙率从常温到500℃具有先降低后增加再降低到600℃达到最大的特点。 展开更多
关键词 瘦煤 热破裂 显微CT 裂隙 孔裂隙率
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三维应力下热破裂对花岗岩渗流规律影响的试验研究 被引量：13
12
作者 张宁 赵阳升 +2 位作者 万志军 董付科 冯子军 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期118-123,共6页
采用"20MN高温高压岩体三轴试验机",精心设计4块完整花岗岩岩样。在25和75MPa静水应力条件下,实时测试花岗岩岩样在热破裂作用下的渗流规律,这是国内目前首次对花岗岩在高温三维应力作用下渗流规律的实时试验研究。试验结果表... 采用"20MN高温高压岩体三轴试验机",精心设计4块完整花岗岩岩样。在25和75MPa静水应力条件下,实时测试花岗岩岩样在热破裂作用下的渗流规律,这是国内目前首次对花岗岩在高温三维应力作用下渗流规律的实时试验研究。试验结果表明:(1)在三维应力条件下,花岗岩发生热破裂。在热破裂升温过程中,花岗岩岩样的渗透率随温度的升高而表现为正指数增大的规律。(2)在热破裂作用初期,花岗岩岩样渗透率随温度的增加而缓慢增加。在热破裂作用的后期,花岗岩岩样渗透率随温度的升高而急剧升高直至达到渗透率峰值。(3)在整个热破裂升温过程中,各花岗岩岩样渗透率随温度升高而不断增加,渗透率变化率随温度的升高而不断加速。(4)在静水应力和热破裂作用下,花岗岩岩样的渗透率峰值和初始值的比值最高可达93倍,其渗透率的变化率最高达3.5×10-4mD/℃,热破裂作用极大地增强花岗岩的渗透特性。试验得到的数据和结论对高温岩体地热开发、石油二次开采及煤炭地下气化具有重要的意义。 展开更多
关键词 岩石力学 渗流规律 三维应力 高温 热破裂 渗透率
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热破裂花岗岩渗透率变化的临界温度 被引量：20
13
作者 冯子军 赵阳升 +1 位作者 张渊 万志军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1987-1992,共6页
利用600℃20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机测量了“鲁灰”花岗岩（φ200 mm×400 mm）在三轴应力作用下升温过程中渗透率的变化。发现热破裂花岗岩的渗透率随温度变化存在一个临界温度Tc,即300℃。低于该临界温度时,渗透率较小... 利用600℃20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机测量了“鲁灰”花岗岩（φ200 mm×400 mm）在三轴应力作用下升温过程中渗透率的变化。发现热破裂花岗岩的渗透率随温度变化存在一个临界温度Tc,即300℃。低于该临界温度时,渗透率较小,其量级为10-19m^2,并且增幅较小;高于该温度后,渗透率出现了突变,且增幅较大,300～400℃,其数值增加一个量级,为10-18m^2;在400℃时,渗透率的数量级增大至10-17m^2。同时采用MPV-SP显微光度计定量地研究了“鲁灰”花岗岩试样20～400℃热破裂过程中裂纹数量的变化。长度大于5μm（即l〉5μm）和长度大于10μm（即l〉10μm）的微裂纹数量出现两个峰值,并且l〉5μm的微裂纹数量变化的峰值温度均小于l〉10μm的微裂纹数量变化的峰值温度;300℃后l〉10μm的微裂纹数量增加较快,其增加速率约1个/10℃。300℃后微裂纹的快速增加是导致热破裂花岗岩渗透率突然增加的主要原因。 展开更多
关键词 热破裂 花岗岩 渗透率 临界温度 细观特征
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砂岩的热破裂过程 被引量：54
14
作者 张渊 张贤 赵阳升 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期656-659,共4页
高温环境下,岩石表现为明显的宏观破裂特征.本实验在细观尺度下观测了不同温度条件下,阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化,以及内部微裂纹的发生和发展.从实验中观察到,自15 0℃开始,阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加,并达到峰... 高温环境下,岩石表现为明显的宏观破裂特征.本实验在细观尺度下观测了不同温度条件下,阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化,以及内部微裂纹的发生和发展.从实验中观察到,自15 0℃开始,阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加,并达到峰值;当温度超过2 10℃以后,可见裂纹的数量呈下降趋势并逐渐稳定;当温度达到810℃,细砂岩裂纹数量出现第二个增长峰值.结果表明随着温度变化,细砂岩存在热破裂阀值. 展开更多
关键词 微结构 热破裂 细砂岩
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油页岩热破裂及起裂机制试验 被引量：8
15
作者 孟巧荣 康志勤 +1 位作者 赵阳升 杨栋 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期89-92,98,共5页
利用μCT225kVFCB型微焦点显微CT机对油页岩的热破裂过程进行三维无损伤观测,直观地分析裂隙萌生、发展的全过程,依据热弹性力学理论和试验结果,分析油页岩热破裂的起裂机制。结果表明:油页岩在低于300℃的低温段内,热破裂主要由热应力... 利用μCT225kVFCB型微焦点显微CT机对油页岩的热破裂过程进行三维无损伤观测,直观地分析裂隙萌生、发展的全过程,依据热弹性力学理论和试验结果,分析油页岩热破裂的起裂机制。结果表明:油页岩在低于300℃的低温段内,热破裂主要由热应力引起,裂纹主要沿层理方向胶结面发生,起裂的条件是热应力大于油页岩的强度极限;温度高于300℃后,在热应力和热分解化学反应的共同作用下,油页岩中的裂纹广泛发育,起裂条件是油母质化学分解反应所产生的扩张压力大于岩石的临界扩张压力;油页岩在两种起裂机制的作用下,最终在600℃时形成相互连通的裂隙网络,汇聚为油气的渗流通道,为油页岩的原位开采提供了可行性条件。 展开更多
关键词 油页岩 热破裂 裂隙 起裂机制 温度
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随机非均质热弹性力学模型与岩石热破裂门槛值的数值试验研究 被引量：21
16
作者 康健 赵明鹏 赵阳升 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第14期2331-2335,共5页
考虑岩石细观组构的不同,建立了随机非均匀介质的热弹性力学模型,给出了一般意义下的有限元分析方法。进而,仅考虑热膨胀系数为随机变量,在平面应力模型下,进行了岩石热破裂的数值试验,以花岗岩为样本,对均匀分布、正态分布、韦泊分布3... 考虑岩石细观组构的不同,建立了随机非均匀介质的热弹性力学模型,给出了一般意义下的有限元分析方法。进而,仅考虑热膨胀系数为随机变量,在平面应力模型下,进行了岩石热破裂的数值试验,以花岗岩为样本,对均匀分布、正态分布、韦泊分布3种随机分布下热膨胀系数变化引起的岩石破裂门槛值的变化做了详细研究。结果表明,热膨胀系数的概率分布形式对花岗石热破裂规律及门槛值温度有重要影响。 展开更多
关键词 岩石力学 随机介质 热膨胀系数 弹性力学模型 数值试验 热破裂 门槛值
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油页岩热破裂规律分形理论研究 被引量：16
17
作者 康志勤 赵阳升 杨栋 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期90-96,共7页
以不同温度下油页岩破裂显微CT图片作为分析对象,将分形的基本理论运用到油页岩的热破裂过程中。研究边长为7.0mm正方体油页岩试件在200℃～600℃范围内热破裂裂隙分布的分形规律,得到不同温度下热裂隙分布的分形维数和分布初值。研究... 以不同温度下油页岩破裂显微CT图片作为分析对象,将分形的基本理论运用到油页岩的热破裂过程中。研究边长为7.0mm正方体油页岩试件在200℃～600℃范围内热破裂裂隙分布的分形规律,得到不同温度下热裂隙分布的分形维数和分布初值。研究结果表明:不同温度下油页岩内部裂隙的分布具有很强的自相似性,符合分形规律,分形维数为1.0～1.5。建立分形维数、分布初值与温度的关系,从分形理论上研究油页岩的热破裂过程,宏观量化裂隙的分布状况和复杂程度。研究结论对分析油页岩热解过程中"微渗流通道"的发展演化过程具有重要的意义;同时,为从分形的角度探索其他岩石的热破裂过程提供一种新的方法和思路。 展开更多
关键词 岩石力学:油页岩 分形 热破裂 理论研究
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非均质热弹塑性损伤模型及其在油页岩地下开发热破裂分析中的应用 被引量：16
18
作者 孙可明 赵阳升 杨栋 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期42-52,共11页
地下加热开发油页岩面临着储层渗透性极低或不渗透的难题,在油页岩层各井间形成渗透带关系到油页岩地下开发的成败,油页岩加热过程中的热力和化学作用是形成渗透带的重要条件。针对油页岩地下开发存在的上述问题,首先建立油页岩非均质... 地下加热开发油页岩面临着储层渗透性极低或不渗透的难题,在油页岩层各井间形成渗透带关系到油页岩地下开发的成败,油页岩加热过程中的热力和化学作用是形成渗透带的重要条件。针对油页岩地下开发存在的上述问题,首先建立油页岩非均质热弹塑性损伤模型;然后较系统地给出确定损伤变量的方法,并将热膨胀系数、热传导性、比热、弹性模量、抗拉压强度等材料参数作为满足Weibull分布的随机变量,利用Matlab和Monte Carlo方法实现数值计算物性参数的随机赋值,对油页岩地下开发加热过程中热力破坏问题进行数值模拟。研究结果表明:组成油页岩各种矿物颗粒热膨胀和弹塑性性质的不同及其分布的随机性,导致油页岩加热过程中温度场、变形场和应力场的非均匀性,使得油页岩颗粒间变形不协调和油页岩热解产物释放引起油页岩材料与结构性能发生不可逆的劣化损伤,这是油页岩发生热破裂的主要原因;热传导方式加热油页岩,温度的传递比较缓慢,加热井和生产井的间距不宜过大,对油页岩储层性质存在差异时,注热井应选择较高热导率的区段;油页岩的层理对油页岩地下原位开发形成渗透带至关重要,油页岩达到热解温度会产生附加的膨胀力,首先在层理处开裂,应充分利用油页岩层理赋存条件改造其渗透性。 展开更多
关键词 岩石力学 非均质 热弹塑性损伤模型 油页岩 热破裂
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细砂岩热破裂规律的细观实验研究 被引量：11
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作者 张渊 万志军 赵阳升 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 EI CAS 北大核心 2007年第4期529-531,共3页
为了了解细观尺度下岩石在高温影响下的热破裂行为。采用显微光度计和XRD分析等方法,对细砂岩细观结构特征和矿物组分进行了分析。结果表明,在不同温度条件下,细砂岩微结构具有明显变化,微裂纹的形成与发展与温度有关,细砂岩微裂纹的宽... 为了了解细观尺度下岩石在高温影响下的热破裂行为。采用显微光度计和XRD分析等方法,对细砂岩细观结构特征和矿物组分进行了分析。结果表明,在不同温度条件下,细砂岩微结构具有明显变化,微裂纹的形成与发展与温度有关,细砂岩微裂纹的宽度、长度随温度的变化具有突变性。实验初步确定了细砂岩的热破裂阈值及其热破裂规律。该实验结果对于地热能开采,石油的二、三次回采具有重要的理论意义和工程价值。 展开更多
关键词 细观结构 热破裂 细观实验 细砂岩
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岩石非均质度与热破裂的相关性分析 被引量：9
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作者 张渊 赵阳升 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2009年第6期135-137,共3页
岩石的热破裂具有普遍性的特点,但不同岩石的矿物组成造成岩石热破裂具有不同的特征.通过研究岩石的非均质特征确定矿物非均质参数,结合岩石的热破裂特征对岩石在细观条件下的热破裂特征与岩石非均质度之间的关系进行研究,分别给出岩石... 岩石的热破裂具有普遍性的特点,但不同岩石的矿物组成造成岩石热破裂具有不同的特征.通过研究岩石的非均质特征确定矿物非均质参数,结合岩石的热破裂特征对岩石在细观条件下的热破裂特征与岩石非均质度之间的关系进行研究,分别给出岩石矿物的质量非均质度Mn与体积非均质度Vn的定义,通过分析给出岩石非均质度与热破裂门槛值K的拟合公式.结果表明岩石的热破裂门槛值与岩石非均质度具有显著的相关性. 展开更多
关键词 非均质度 热破裂 门槛值
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