深部岩石力学

温度对深部岩石力学性质的影响大纲1研究背景2温度对岩石力学性质影响机理3应力应变曲线变化规律4抗压强度变化规律5弹性模量变化规律6结论1研究背景

随着石油勘探开发向地层更深处发展，有必要了解深部地层岩石力学性质，以便为工程研究和施工提供依据。而地层岩石总是处在一定的地温环境中，与地表岩石有很大不同。将常温下岩石的力学性质当作地层岩石的力学性质，会给工程带来极大的偏差，因此有必要研究温度对岩石力学性质的影响规律。2温度对岩石力学性质影响机理矿物颗粒热膨胀矿物结构及成分岩石孔隙结构含水性及比例2.1矿物颗粒热膨胀

受温度作用，由于成岩矿物之间的热膨胀系数存在一定差异，加之，矿物颗粒之间的相互约束，导致热膨胀系数高的矿物受到压缩，而热膨胀系数低的矿物受到拉伸，其综合结果是在岩石内部形成热应力。由于热应力的存在，使得作用在岩石矿物颗粒的有效应力增加，导致岩石强度降低。热应力：温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。2.2含水性及比例

受沉积环境和成岩后生作用影响，通常岩石中存在吸附水、层间水和结晶水。温度的改变，导致岩石中含水性质和含水比例会发生变化。温度增加，使得吸附水和层间水蒸发，岩石发生硬化，刚度变大，导致岩石的弹性模量有升高趋势；继续升温，达到一定的温度，晶格中的结晶水脱出，微裂纹端部水发生聚集和水解作用以及其他物理、化学反应，这些因素使得微裂缝迅速扩展，导致岩石强度降低。2.3岩石孔隙结构

温度对岩石孔隙结构的影响比较复杂。温度升高使得非均值的岩石颗粒差异膨胀变形，可能导致新的微裂缝出现，或扩大原来空隙，也有可能导致原裂缝的闭合，这主要取决于岩石性质；温度升高，导致岩石内部可能出现热开裂，造成不可逆的热损伤。2.4矿物结构及成分

当温度高于阈值温度后，组成矿物出现相变，改变了矿物的结构，岩石介质活化和塑性成分增加，从而促进岩石由脆性向延性转化。通常该阈值温度较高，大于工程领域研究的温度，所以在研究工程问题时，可以忽略。

阈值：指的是触发某种行为或者反应产生所需要的的最低

值。3应力应变曲线变化规律

温度加载作用下，岩石应力-应变曲线大致经历四个阶段：压密阶段、线弹性阶段、弱化阶段和破坏阶段。随温度增加，岩石变形特征从脆性向塑性变化，峰值强度降低，弹性模量降低，压密阶段应变变长，线弹性阶段的应变减小，峰后阶段的应变增加，从脆性破坏向拉剪破坏过度。4抗压强度变化规律

岩石抗压强度受温度影响显著，温度增加，岩石抗压强度降低，呈线性递减关系。也有实验表明，在低温范围，温度增加，由于吸附水和层间水被蒸发，岩石强度增强，温度对岩石强度性质的影响主要取决于温度的作用范围和岩石性质。5弹性模量变化规律

岩石弹性模量受温度影响显著，温度增加，岩石弹性模量降低，呈线性递减关系。

林睦曾研究了岩石的杨氏模量随温度升高而变化的情况，安山岩、花岗岩、石英粗面岩等的杨氏模量在300℃以下随温度升高而急剧减小，但超过300℃后，杨氏模量几乎保持恒定；而凝灰岩和陶石等随温度的升高，弹性模量变化不大。

孟召平研究指出，砂岩弹性模量随温度的增加，呈线性递减关系。其线性递减比例系数与岩石的成岩作用有关。成岩作用强的岩石，其孔隙度小，岩石导热性好，导致岩石弹性模量随温度的增加降低较快，反之，较缓。6结论

温度对岩石力学性质影响显著，涉及深部地层的工程问题，

应考虑温度对岩石力学性质的影响。

温度对岩石力学性质的影响机理，主要包括矿物颗粒热膨

胀性、含水性及比例、岩石孔隙结构和矿物结构及成分。

从应力应变曲线上看，随温度增加，岩石变形特征从脆性

向塑性变化，峰值强度降低，弹性模量降低，压密阶段应

变变长，线弹性阶段的应变降低，

峰后阶段的应变增加，从脆性破坏向拉剪破坏过度。温度