岩石力学考试复习资料

1研究岩石力学的意义？（1）岩石力学来源于生产实践，与人类的生产活动紧密相关（2）岩石力学在国民经济建设中有广泛的应用（水利建设、民用建筑、采矿工程、核能工业、石油工程：井壁稳定性分析、水力压裂、出砂预测、地层可钻性预测钻头优选、定向射孔、套管损坏机理、地面沉降。确定井壁失稳机理和安全泥浆密度窗口。）（3）不重视岩石力学研究将造成工程事故2井壁失稳的危害？引起井下复杂或事故（恶性卡钻、严重漏失—井喷），严重影响钻探速度，造成经济损失，影响测井、固井质量，对储层产生损害，影响勘探成功率。3岩石力学：岩石力学是研究岩石力学性能的理论和应用科学，是运用力学和物理学的原理研究岩石的力学和物理性质的一门科学。4岩石：岩石是构成地壳的基本材料，是经过地质作用而天然形成的（一种或多种）矿物集合体，具有一定的强度。5岩石分类：岩浆岩、沉积岩、变质岩6岩石力学研究对象的特点？不连续性：岩石物理力学性质呈现不连续变化的性质。不均匀性：指天然岩体的物理、力学性质随空间位置不同而异的特性。各向异性：是指天然岩体的物理力学性质随空间方位不同而异的特性，具体表现在它的强度及变形特性等各方面。渗透性：有压水可以透过岩石的孔隙、裂隙而流动，岩石能透过水的能力称为岩石的渗透性。7正断层：上盘相对下盘向下滑动。逆断层：断层上盘相对下盘向上滑动。8节理：岩石中的裂隙或破裂面，沿着节理面两侧的岩块基本没有发生过相对位移或没有明显的相对位移9岩石力学研究方法：科学试验和理论分析10岩石的组构特征及对力学性质的影响？组成岩石的矿物：硅酸盐类矿物、粘土矿物、碳酸盐类矿物、氧化物类矿物。组成岩石的矿物成分及其相对含量在一定程度上决定着岩石的力学性质。含硬度大的粒状矿物愈多，岩石强度高－花岗岩、闪长岩、玄武岩。含硬度小的片状矿物愈多，岩石强度愈低－粘土岩、泥岩。CaCO3含量愈高，强度高。泥质含量高的，力学性质差。强度上：硅质铁质钙质泥质。粘土矿物：蒙脱石含量高→软，易变形，易水化。伊利石含量高→硬脆，不易变形，不易水化。岩石的结构：颗粒大小强度：粗粒细粒。颗粒形状强度：粒状、柱状片状鳞状排列形式强度：等粒不等粒微结构面：降低岩石强度，导致岩石力学性质各向异性结晶连结胶结连结：基底型、接触型、间隙型、溶蚀型11张性破裂面：是由张力形成的，在破坏过程中，破坏面两侧岩体仅沿破裂面法向发生分离位移。剪性破裂面：是由剪应力而形成的，破裂面两侧岩体沿破裂面切线方向发生有不同程度的滑错位移。12岩石的物理性质？物理性质是指岩石由于三相组成的相对比例关系不同所表现的物理状态。（1）岩石的密度（2）岩石的孔隙性颗粒密度(ρs)：岩石固体部分的质量与其体积的比值。它不包含孔隙在内，因此其大小仅取决于组成岩石的矿物密度及其含量：ρs=ms/Vs块体密度（或岩石密度）是指岩石单位体积内的质量，按岩石的含水状态，又有干密度（ρd）、饱和密度（ρsat）和天然密度（ρ）之分，在未指明含水状态时一般指岩石的天然密度。孔隙度：岩石中孔隙体积与岩石总体积之比(多用百分数表示)。一般岩石的孔隙度在0.1-0.35之间。裂隙率：岩石中各种节理、裂隙的体积与岩石总体积之比称裂隙率。孔隙比：岩石中孔隙的体积与固体颗粒体积之比称岩石的孔隙比(多以小数表示)e－孔隙比;n－孔隙度13岩石的水理性质？岩石在水溶液作用下表现出来的性质，称为水理性质。主要有：1.吸水性2.软化性3.抗冻性4.透水性吸水率(Wa)：岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(ms)之比。岩石的饱和吸水率(Wp)：岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干质量(ms)之比。饱水系数：岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。软化性：岩石浸水饱和后强度降低的性质。抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的能力。可溶性：是指岩石被水溶解的性能。膨胀性：岩石吸水后体积增大引起岩石结构破坏的性能称膨胀性。崩解性：岩石被水浸泡，内部结构遭到完全破坏呈碎块状崩开散落的性能。14应力：正应力、剪应力。一点应力状态有9个分量。15剪应力互等定理岩石处于静平衡状态—受力平衡和力矩平衡1nen1ene0limiiAiFA000xyxzxyxyzyyzxzzXxyzYyxzZzxy应力平衡方程：22122211241124xyxyxyxyxyxy一点应力变换公式：16应变：17岩石变形的概念：指岩石在任何物理因素作用下形状和大小的变化。工程最常研究的是由于力的影响所产生的变形。18分类：按照岩石的应力-应变-时间关系，可将其力学属性划分为弹性、塑性和粘性。19弹性：一定应力范围内，物体受外力作用产生变形，而去除外力后能够立即恢复原有形状和尺寸大小的性质20塑性：物体受力后产生变形，在外力去除后不能完全恢复原状的性质21粘性：物体受力后变形不能在瞬时完成，且应变速率随应力增加而增加的性质22空隙闭合应力：单轴压缩状态下使岩石中的空隙闭合的最下应力23比例弹性极限或弹性极限：应力—应变曲线保持直线关系的极限应力24屈服应力：单轴压缩状态下岩石出现塑性变形的极限应力25扩容：压缩应力下岩石体积出现膨胀的现象称为岩石扩容26峰值强度：单轴压缩下岩石所能承受的最大应力成为峰值强度27变形的5个阶段：①空隙压密阶段(OA)②弹性变形阶段(AB)③微裂隙稳定发展阶段(BC)④微裂隙非稳定发展阶段(CD)⑤破坏后阶段(DE)28变形模量：是指单轴压缩条件下，轴向压应力与轴向应变之比。应力-应变曲线为直线型，这时变形模量又称为弹性模量1222222232xxyyzzxxyyyyzzzzxxxyyzzxxxyyzzxyyzzxxxyzyyzxzzxyIII应力不变量：12121211cos2221sin22摩尔圆：22281223311()()()312222222302xxyyzzxxyyyyzzzzxxxyyzzxxxyyzzxyyzzxxxyzyyzxzzxyJsssJsssssssssJssssssssssss应力偏量的不变量：212131233mxxyyzzoctII八面体：'LLL100010001000120021121202122xxyyzzxyxyyzyzzxzxE对称本构方程：29侧胀系数：是指单轴压缩条件下，径向应变与轴向应变之比。应力-应变曲线为直线型，这时侧胀系数又称为泊松比30围压对变形破坏的影响：岩石破坏前应变峰值强度随3增大而增大随3增大岩石变形模量增大，软岩增大明显，致密的硬岩增大不明显随3增大，岩石的塑性不断增大，随3增大到一定值时，岩石由弹脆性转变为塑性。这时，3的大小称为“转化压力”。随3的增大，岩块从脆性劈裂破坏逐渐向塑性剪切及塑性流动破坏方式过渡。31岩石的流变性主要包括以下几个方面：蠕变：在恒定应力条件下，变形随时间逐渐增长的现象松弛：应变一定时，应力随时间逐渐减小的现象流动特征：指时间一定时，应变速率与应力的关系长期强度：指长期荷载（应变速率小于10-6／s）作用下岩石的强度32蠕变划分为三个阶段：初始蠕变阶段（减速蠕变阶段）、等速蠕变阶段（稳定蠕变阶段)、加速蠕变阶段33Maxwell模型蠕变方程：松驰方程：性质：有弹性变形、粘性流动，有松驰34kelvin模型蠕变方程：卸载蠕变方程（后效）：描述的性质：a.无瞬时弹性变形b.无粘性流动（无永久变形）c.有弹性后效d.无松弛35岩石破坏的形式主要有：1脆性破坏（*拉伸破坏*剪切破坏）2延性破坏36脆性破坏：岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。37延性破坏：岩石在破坏之前变形很大，且没有明显的破坏荷载，表现出显著的塑性变形，流动或挤出，这种破坏称为延性或韧性破坏。38岩石强度：岩石的强度是指荷载作用下岩石的抵抗破坏的能力。39岩石试样的破坏形式：劈裂破坏、剪切破坏、延性破坏40岩石抗压强度的影响因素：（1）岩石自身性质的因素岩石自身的性质（矿物组成、颗粒大小及形状、粒间连接、结构特征、微结构面、风化程度）对其抗压强度起决定作用（2）试验条件方面的因素①试样的的几何形状及加工精度；②加载速率；③端面条件-端面效应；⑤层理结构-取心方式（3）环境的影响—温度和湿度的影响41岩石的强度准则：表征岩石破坏条件的应力状态与岩石强度参数间的函数关系，称为破坏判据或称强度准则、强度判据。42声波时差测井、伽玛测井1/ctE00tE01EteE11()Ettte43测井资料解释岩石力学参数-弹性参数岩石抗压强度：GR测井数据确定泥质含量：GCUR—希尔奇指数，老地层2，第三系地层3.7抗拉强度：粘聚力：内摩擦角：44由钻井液柱压力P引起的应力：45直井井眼周围地层应力状态46直井井眼周围应力分布的特点是什么？47天然应力：人类工程活动之前，天然状态下，岩体内部存在的应力，称为岩体天然应力或岩体初始应力，有时也称为地应力。48重布应力：人类进行工程建设将引起一定范围内岩体初始应力的改变，工程建设扰动后的岩体应力称为重布应力或二次应力。49进行地应力研究的意义：是所有地质力学问题中重要的初始条件；是勘探、钻井及油藏等石油工程的重要参数；是钻井工程中井壁稳定分析的重要参数；是采油工程中出砂防砂分析的重要参数；是油气层增产改造措施制定的重要参数；50水平主应力的求取：在沉积岩中，地应力的大小一般应用下述方法获得：构造地质力学方法、水力压裂法、室内岩心试验法、建立在测井资料上的方法地应力的方向一般用下述方法获得：井壁崩落椭圆法、压裂井井下电视法66110110PPSsVtVt2310sGV2234103bpsKVV)2(2/)2(2222spspdVVVV)2/()43(22222spspsdVVVVVE0.004510.008cdcldclEVEV1221GRGCURIshGCURsandGRmudsandVGRGRIGRGR12/008.010045.0cldcldtVEVES2241(12)10.781ddpcldCAVV2222rRPrRPr36.5450.4952C(12cos2)(12cos2)(12)[]()1HhpPPP()rpPPP(12)[2()cos2][]()1zvHhpPPmin(12)3[]()1hHpPPPmax(12)3[]()1HhpPPP51出砂：是指在油气开采过程中砂粒随流体从油层中运移出来的现象。52出砂的危害：减产或停产作业、地面和井下设备磨蚀、套管损坏，油井报废、安全及环境问题53出砂的三种类型：不稳定出砂、连续性出砂、突发性大量出砂54出砂来源：充填砂、骨架砂55出砂预测技术：出砂可能性的预测、出砂压差的预测、储层压力衰竭对出砂临界压差的影响、出砂量预测技术声波时差法B指数法Schlumberger指数法56出砂可能性的预测：孔隙度法、岩石剪切模量与体积压缩系数比法、组合模量