石油工程专业岩石力学PPT格式课件下载.ppt

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岩体不是连续介质，而且表现为各向异性岩体不是连续介质，而且表现为各向异性或非均质。

岩石中若含水，它又表现为两或非均质。

岩石中若含水，它又表现为两相体。

从这些方面来看，岩石力学又是固相体。

从这些方面来看，岩石力学又是固体力学与地质科学的边缘科学。

体力学与地质科学的边缘科学。

0绪论0绪论非均质性非均质性非连续性非连续性各向异性各向异性0绪论0绪论倒转褶皱0绪论矿脉0绪论1正应力与剪应力1正应力与剪应力1正应力与剪应力局部应力作用力与平面作用力与平面的关系可以呈的关系可以呈任意方向，如任意方向，如果力是沿着面果力是沿着面的法向作用，的法向作用，它就称为法向它就称为法向力（力（normalnormalforceforce）。

）。

如果如果它与法向垂直，它与法向垂直，即与面平行，即与面平行，它就称为剪切它就称为剪切力或剪力力或剪力1正应力与剪应力压应力+拉应力-22应力方向的规定应力方向的规定剪应力+剪应力-22应力方向的规定应力方向的规定22应力方向的规定应力方向的规定33一点的应力状态一点的应力状态33一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态一点的应力状态分正应力、剪应力两大类。

分正应力、剪应力两大类。

由六个独立的应力分量描述：

=x,y,z,xy,yz,zx主应力和应力不变量主应力和应力不变量一点的应力也可以由一点的应力也可以由3个主应力分量描述：

个主应力分量描述：

=1,2,3I1=x+y+z=1+2+3I2=xy+yz+zx-（xy2+yz2+zx2）I3=xyz+2xyyzzx-（xyz2+yzx2+zxy2）33一点的应力状态一点的应力状态常规三轴抗压实验常规三轴抗压实验1333一点的应力状态一点的应力状态33一点的应力状态一点的应力状态应力符号说明：

应力符号说明：

v上覆岩层压力；

上覆岩层压力；

H最大水平主应力；

最大水平主应力；

h最小水平主应力最小水平主应力xyzr正应力；

正应力；

xyyzzxrrzz切向应力；

切向应力；

r径向应力；

径向应力；

周向应力；

应力的概念应力的概念33一点的应力状态一点的应力状态4主应力和主平面主应力和主平面在岩石力学中，我们总是规定在岩石力学中，我们总是规定112233，即用即用11代表最大主应力，用代表最大主应力，用33代代表最小主应力，而表最小主应力，而22则表示中等主则表示中等主应力。

应力。

4主应力和主平面主应力和主平面4主应力和主平面主应力和主平面分析一点应力状态最常用的工具是莫尔应力圆，简称莫尔圆。

我们着重介绍二维应力状态下莫尔圆的应用。

所谓二维应力状态，是指与第三角标有关的应力分量皆为零的状态，即33=32=31=0，（4.3）这也就是通常所指的平面应力状态。

5莫尔应力圆11225莫尔应力圆Mohrsstresscircle12125莫尔应力圆122各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化5莫尔应力圆各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化5莫尔应力圆各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化各种岩石力学实验中岩石应力状态及其变化5莫尔应力圆6线应变与剪应变6线应变与剪应变6线应变与剪应变6线应变与剪应变RACld断层带变形前的卵石变形后的卵石图2.9卵石和断层变形应变量的估计6线应变与剪应变6线应变与剪应变7岩石变形的应力应变特性7岩石变形的应力应变特性阶段一：

微裂隙闭合阶段；

阶段一：

阶段二：

线弹性应力应变阶段；

阶段三：

稳定状态的微破裂阶段；

阶段四：

不稳定状态的破裂阶段。

虎克定律虎克定律胡克定律的简单表达式是应力与应变在单向压缩或拉伸时的线性关系8弹性参数泊松系数现有一个各向同性材料的方块体或圆柱体在单向现有一个各向同性材料的方块体或圆柱体在单向受压情况下沿轴向方向缩短，则沿径向方向变长受压情况下沿轴向方向缩短，则沿径向方向变长理想的不可压缩材料的泊松系数等于理想的不可压缩材料的泊松系数等于0.5，实，实际材料的泊松系数小于际材料的泊松系数小于0.5。

8弹性参数刚性模量刚性模量各向同性材料的方块体受到简单的剪应变作用时，沿剪各向同性材料的方块体受到简单的剪应变作用时，沿剪切平面（方向和形状不变的平面）就会产生一定的剪应切平面（方向和形状不变的平面）就会产生一定的剪应力。

这一平面上的剪应力与剪应变之比力。

这一平面上的剪应力与剪应变之比称为刚性模量称为刚性模量8弹性参数体应变是体积的变化与最初体积之比体应变是体积的变化与最初体积之比8弹性参数体积模量体积模量一弹性体受到附加的静压力增量一弹性体受到附加的静压力增量P的作用时会引起体的作用时会引起体积应变积应变Q，静压力增量与体积应变的比值为体积模量。

静压力增量与体积应变的比值为体积模量。

称为体积模量或不可压缩性。

1/K称为压缩系数。

称为压缩系数。

8弹性参数8弹性参数8弹性参数9环境对岩石力学的影响在一定围压条件下，随着温度的升高，岩石由脆性向在一定围压条件下，随着温度的升高，岩石由脆性向延性转化。

延性转化。

温度升高产生延性的原因是：

由于岩石内部分子的热温度升高产生延性的原因是：

由于岩石内部分子的热运动增强，削弱了它们之间的内聚力，使晶粒面容易产生运动增强，削弱了它们之间的内聚力，使晶粒面容易产生滑移。

滑移。

在室温下，其屈服应力与强度较高，随着温度升高，屈在室温下，其屈服应力与强度较高，随着温度升高，屈服应力与强度下降，并且逐渐转化为延性。

服应力与强度下降，并且逐渐转化为延性。

9环境对岩石力学的影响10本构方程10本构方程10本构方程11岩石流变特性及其本构方程蠕变的三个阶段蠕变的三个阶段过渡蠕变过渡蠕变稳态蠕变稳态蠕变加速蠕变加速蠕变图图-（a）元件模型元件模型（弹簧、阻尼器及摩擦块（片）元件分别代表弹性、粘性及塑性）（弹簧、阻尼器及摩擦块（片）元件分别代表弹性、粘性及塑性）11岩石流变特性及其本构方程11岩石流变特性及其本构方程12岩石孔隙圆球的立方堆积圆球的立方堆积Porosity=48%12岩石孔隙圆球的菱形堆积圆球的菱形堆积Porosity=27%12岩石孔隙Porosity=14%两种圆球粒度的堆积两种圆球粒度的堆积12岩石孔隙13岩石的破坏13岩石的破坏1414库伦一纳维尔破坏准则库伦一纳维尔破坏准则这个准则认为岩石沿某一面发生剪切破裂时，这个准则认为岩石沿某一面发生剪切破裂时，不仅与该面上剪应力大小有关，而且与该面不仅与该面上剪应力大小有关，而且与该面上的正应力大小也有关系。

岩石的破坏并不上的正应力大小也有关系。

岩石的破坏并不是沿着最大剪应力的作用面产生的，而是沿是沿着最大剪应力的作用面产生的，而是沿着其剪应力与正应力组合达到最不利的一面着其剪应力与正应力组合达到最不利的一面产生破裂。

产生破裂。

1414库伦一纳维尔破坏准则库伦一纳维尔破坏准则1414库伦一纳维尔破坏准则库伦一纳维尔破坏准则莫尔于莫尔于19001900年提出，当一个面上的剪应力与年提出，当一个面上的剪应力与正应力之间满足某种函数关系时，即正应力之间满足某种函数关系时，即沿该面会发生破裂，这就是莫尔破裂准则。

沿该面会发生破裂，这就是莫尔破裂准则。

其中函数其中函数ff的形式与岩石种类有关。

不难看的形式与岩石种类有关。

不难看出，莫尔准则是库仑准则的一般化。

因为出，莫尔准则是库仑准则的一般化。

因为库仑准则在平面上代表一条直线，而莫尔库仑准则在平面上代表一条直线，而莫尔准则代表了平面中的一条曲线准则代表了平面中的一条曲线ABAB。

1515莫尔莫尔-库伦强度破坏准则库伦强度破坏准则1515莫尔莫尔-库伦强度破坏准则库伦强度破坏准则1616格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论1616格里菲斯强度理论格里菲斯强度理论1717软弱面破裂准则软弱面破裂准则18地应力18地应力我们来考虑两种最简单的地应力场的情况。

我们来考虑两种最简单的地应力场的情况。

（a）（a）没有构造应力的地壳上部的应力场。

没有构造应力的地壳上部的应力场。

所谓没有构造应力，就是只考虑岩石自重引起的应力场，所谓没有构造应力，就是只考虑岩石自重引起的应力场，并且假定岩石在水平方向没有变形。

显然，并且假定岩石在水平方向没有变形。

显然，自重应力场18地应力1OO27MPaOhh（km）h（km）9MPav（z）Hx,y）取n=0.25（a）地壳上部岩石中的自重应力场，（b）考虑一简单水平均匀构造应力场与自重应力场的叠加abx18地应力91927MPa）1h（Km）Oyxz自重应力场与构造应力场叠加结果随深度的分布18地应力18地应力18地应力18地应力水力压裂水力压裂18地应力井筒崩落井筒崩落18地应力19岩心实验19岩心实验19岩心实验19岩心实验打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的打开井眼后，井内的岩石被取走，井壁岩石失去了原有的支持，取而代之的是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近是泥浆静液压力，在这种新条件下，井眼应力将产生重新分布，使井壁附近产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。

产生很高的应力集中，如果岩石强度不够大，就会出现井壁不稳定现象。

20井壁稳定20井壁稳定20井壁稳定20井壁稳定20井壁稳定20井壁稳定20井壁稳定