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石油工程电子教案
第二章
岩石与钻头
Daqing Petroleum Institute
岩石的力学性质
第二章岩石与钻头
岩石的力学性质
变形特征
强度特征
强度特征:指岩石在载荷作用下开始破坏时的最大应力(强度极限)以及应力与破坏之间的关系,它反映了岩石抵抗破坏的能力和破坏规律。
变形特征:指岩石在各种载荷作用下的变形规律(包括岩石的弹性变形、塑性变形、粘性流动和破坏规律)。
岩石的力学性质
一、应力应变曲线
二、强度(简单应力)
主要内容
三、强度(复杂应力)
四、弹性
一、应力应变曲线
BC段:随着荷载的继续增大,变形和荷载呈非线性关系,裂隙进入不稳定发展状态,这是破坏的先行阶段。这一段应力-应变曲线的斜率随着应力的增加逐渐减小到零,曲线向下凹,在岩石中引起不可逆变化。塑性变形阶段。
最高点C的应力称为强度极限σC(如为单轴
试验便称为单轴抗压强度).
CD段:曲线下降,是由于裂缝发生了不稳定传播,新的裂隙分叉发展,使岩石开始解体。CD段以脆性形态为其特征。
点B:发生弹性到塑性行为过渡点,称为屈服点,σS称为屈服应力。
AB段:斜率为常数或接近常数,弹性变形阶段,其斜率定义为岩石的弹性模量E.
OA段:曲线稍向上凹,内部裂隙逐渐被压密、压实过程.
二、简单应力条件下岩石的强度
岩石的强度
抗压强度
抗拉强度
抗压强度
抗弯曲强度
通常情况下:
抗压>抗剪>抗弯>抗拉强度
强度获取方法:对具体的岩石进行强度试验
岩石抗压缩强度
,可通过单轴抗压缩强度试验来获得。
岩石抗拉伸强度
*设计恰当的夹紧机构;
*制备一定形状的岩样;
*确保加载方向严格平行于岩样轴线。
实验要求
测量方法
间接抗拉伸强度试验
直接抗拉伸强度试验
破裂从圆的中心开始,沿加载直径向上下扩展。
岩石的抗张强度可按下式计算:
巴西劈裂实验
三、复杂应力条件下的岩石强度
1. 常规三轴试验
(a)液压作用下的压(拉)试验(常规三轴试验)
σ1
σ2 = σ3
(c)液压作用下的压扭试验
σ1
(b)三个液缸的柱塞进行三面压缩试验(真三轴试验)
σ1
σ2
σ3
(d)液压作用下的两面柱塞压缩试验
σ1
σ2
σ3