[发明专利]一种水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法

说明书

本发明属于岩石力学与工程技术领域，公开了一种水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法，包括：制备具备天然裂缝的试样，并将试样放置在压裂液中直至达到饱和状态；基于剪切试验装置向所述试样施加初始法向应力及切向应力；以设定的变法向力控制模式改变法向荷载直至裂缝发生滑动，记录所述试样的切向位移时间曲线及法向位移时间曲线，以及表观摩擦系数的时间变化曲线。本发明提供的水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法具备简单，高效，实用效果好和广泛的应用性的特点。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程技术领域，特别涉及一种水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法。

背景技术

增强型地热系统是在干热岩技术基础上提出来的一个清洁能源概念，水力压裂建立人工热储是开采地下干热岩热能的有效方法之一，然而水力压裂作用下天然裂缝活化过程的研究较少；也可采用三轴注压裂液试验研究天然裂缝的激活过程，然而该试验十分复杂，且试验过程中法向及切向力难以维持恒定；亟需一种水力激活天然裂缝室内快速模拟方法。

发明内容

本发明提供一种水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法，旨在一定程度上通过压裂液饱和模拟压裂液对岩石的影响效应，通过卸荷载模拟压裂液的压力效应，简化试验操作，提升试验效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水力激活天然裂缝室内剪切模拟方法，包括：

制备具备裂缝的试样，并将试样放置在压裂液中直至达到饱和状态；

基于剪切试验装置向所述试样施加初始法向应力及切向应力；

以设定的变法向力控制模式改变法向荷载直至裂缝发生滑动，记录所述试样的切向位移时间曲线及法向位移时间曲线，以及表观摩擦系数的时间变化曲线。

进一步地，所述制备具备裂缝的式样包括：

通过劈裂或剪切方法在天然试样内形成不同粗糙度天然裂缝。

进一步地，所述天然试样为立方体。

进一步地，所述天然裂缝的粗糙度获取方法包括：

采用三维扫描仪获取天然裂缝表明形貌信息，沿剪切方向提取若干迹线，计算粗糙度系数JRC；

其中，粗糙度系数JRC的计算公式为：

式中：x和z分别为迹线上各点的X轴坐标和Z轴坐标，L为迹线在剪切方向投影长度，n为总点数。

进一步地，所述天然试样的数量为多个，并根据所述粗糙度系数JRC区分所述多个天然试样。

进一步地，所述初始法向应力及所述切向应力基于天然试样原位应力场确定。

进一步地，所述基于天然试样原位应力场确定包括：

式中，σ为法向应力，τ为切向应力，σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，β为天然裂缝和主应力夹角。

进一步地，所述以设定的变法向力控制模式改变法向荷载直至裂缝发生滑动包括：

单调卸荷；

循环加载和卸载法向力，以模拟现场不同注水工况。

进一步地，在实施变法向力控制模式改变法向荷载模拟操作时，卸载速率、循环振幅及周期应根据工程现场实际参数获得。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：