魏 俊,廖華林,王華健,陳敬凱,李 寧,梁紅軍,張端瑞,劉川福,滕志想

(1.非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)石油大學(xué)(華東)),山東青島 266580;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院,山東青島 266580;3.中國(guó)石油大學(xué)(華東)機(jī)電工程學(xué)院,山東青島 266580;4.中國(guó)石油塔里木油田公司,新疆庫(kù)爾勒 841000)

塔里木盆地油氣資源豐富,開發(fā)潛力大,是中國(guó)未來(lái)增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力區(qū)塊[1-3]。受造山運(yùn)動(dòng)的影響,該區(qū)塊地質(zhì)條件復(fù)雜[4-5],資源埋藏深、地應(yīng)力大、巨厚礫石層發(fā)育,礫石體積分?jǐn)?shù)高、分布廣、粒徑差異大、膠結(jié)弱、非均質(zhì)性強(qiáng),導(dǎo)致鉆柱振動(dòng)劇烈、鉆頭磨損嚴(yán)重,極大地制約了鉆井進(jìn)程[6-8]。礫巖是一種陸相沉積巖[9-10],作為礫石層的主要組成部分,其強(qiáng)度與破壞特征是礫石層高效破巖方法的研究基礎(chǔ)。研究人員[11-14]通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得礫巖的單軸強(qiáng)度為50～240 MPa,抗拉強(qiáng)度為7～18 MPa,彈性模量為21～106 GPa,泊松比為0.13～0.25;劉向君等[15-16]得出礫巖的單軸壓縮以劈裂破壞為主,三軸壓縮包括劈裂破壞、單剪切破壞和雙剪切破壞。一些學(xué)者[17-21]通過(guò)人造巖心及數(shù)值模擬研究了礫石粒徑和體積分?jǐn)?shù)對(duì)礫巖性質(zhì)的影響,結(jié)果表明:礫巖的抗壓強(qiáng)度隨礫石粒徑的增大而減小，與其體積分?jǐn)?shù)呈較好的負(fù)相關(guān)性;彈性模量與礫石粒徑呈較弱的正相關(guān)性，隨礫石體積分?jǐn)?shù)的增加而降低,但降幅不明顯;裂縫擴(kuò)展至礫石顆粒附近時(shí),優(yōu)先朝強(qiáng)度較低、耗能較少的膠結(jié)面發(fā)展,致使其抗壓強(qiáng)度瞬時(shí)降低。由于深部礫石層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用通常處于三向復(fù)雜應(yīng)力場(chǎng),常規(guī)三軸試驗(yàn)難以對(duì)礫巖所處的力學(xué)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確模擬。另外,由于深部礫石層巖石硬度高,取芯難度大,滿足室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試樣難以獲取,導(dǎo)致目前礫巖的力學(xué)性質(zhì)及破壞機(jī)制等的研究相對(duì)較少?；诖?筆者通過(guò)礫巖露頭的真三軸試驗(yàn),研究不同水平主應(yīng)力條件下礫巖抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律,并采用CT掃描,分析其破壞機(jī)制。

1 礫巖真三軸試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備與方法

本次試驗(yàn)采用中國(guó)石油大學(xué)(華東)非常規(guī)油氣開發(fā)實(shí)驗(yàn)室的GCTS高溫高壓動(dòng)態(tài)巖石綜合測(cè)試系統(tǒng)(型號(hào):RTR-2000)開展,如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括液壓泵站及伺服單元、試樣夾持臺(tái)架、軸壓加載單元、數(shù)據(jù)收集與顯示單元等,可開展巖石的斷裂韌性、間接拉伸、高溫高壓超聲波測(cè)試、水力壓裂、常規(guī)三軸、真三軸力學(xué)等試驗(yàn)。

GCTS巖石真三軸試驗(yàn)單元及其三向應(yīng)力加載原理如圖2所示。試驗(yàn)設(shè)備要求的試樣尺寸為50 mm×50 mm×100 mm,能施加的最大水平主應(yīng)力為80 MPa,軸向最大載荷為2 500 kN。為均勻施加水平載荷,試驗(yàn)前在試件側(cè)面粘貼剛性薄板并置于真三軸試驗(yàn)單元的試樣夾持裝置內(nèi),試件3個(gè)方向均布置有一對(duì)位移傳感器,用以測(cè)試和計(jì)算真三軸壓縮過(guò)程中各方向的位移和應(yīng)變,通過(guò)管路將液壓油導(dǎo)入試樣夾持裝置側(cè)壁內(nèi),對(duì)試樣施加水平方向的主應(yīng)力。

圖1 RTR-2000巖石真三軸力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 RTR-2000 triaxial rock testing system

圖2 RTR-2000巖石真三軸試驗(yàn)單元Fig.2 RTR-2000 true triaxial loading element

1.2 礫巖試樣及測(cè)試方案

圖3 礫巖試樣Fig.3 Specimen of conglomerate

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的要求,對(duì)所采集的巖石露頭進(jìn)行切割、研磨成長(zhǎng)方體,使其表面光滑平整且每組對(duì)面相互平行,由此獲得完整的礫巖試件,如圖3所示。該試件呈灰白色,層理不發(fā)育,礫石顆粒清晰可見(jiàn)、尺寸變化范圍較大,幾何形狀及位置分布具有顯著的非均質(zhì)性。試件中分布在礫石顆粒間的基質(zhì)以細(xì)砂粒為主,結(jié)構(gòu)致密、吸水性較強(qiáng)且遇水或潮濕環(huán)境易崩解。

由于礫巖本身礫石體積分?jǐn)?shù)、分布和尺寸的隨機(jī)性較大,導(dǎo)致其非均質(zhì)性極強(qiáng),力學(xué)特性復(fù)雜。為分析礫巖的結(jié)構(gòu)特征及礫石的分布和含量情況,采用CT掃描技術(shù)對(duì)試樣進(jìn)行掃描與三維重構(gòu),獲取礫巖中礫石顆粒的級(jí)配特征,CT測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礫巖中礫石顆粒的級(jí)配特征掃描結(jié)果Table 1 CT scanning results of gravel particles contents of conglomerate

礫巖的CT測(cè)試結(jié)果表明,本次試驗(yàn)所采用的礫巖試樣在礫石體積分?jǐn)?shù)、分布、形狀及其尺寸方面具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。根據(jù)礫巖的物性定義,試樣中粒徑超過(guò)2 mm的大顆粒物被定義為礫石顆粒。上述所測(cè)試樣中,粒徑小于2 mm的顆粒物體積分?jǐn)?shù)分別約占34.93%、44.57%和35.63%,表明其中礫石的體積分?jǐn)?shù)約為55%～65%。

為探究礫巖的巖石力學(xué)特性,研究真三軸條件下礫巖的強(qiáng)度與變形特征,對(duì)比分析不同真三軸應(yīng)力狀態(tài)下礫巖的破壞機(jī)制,研究最小主應(yīng)力和中間主應(yīng)力對(duì)其強(qiáng)度的影響,設(shè)計(jì)11組真三軸測(cè)試試驗(yàn),圍壓加載方案見(jiàn)表2。

根據(jù)表2可知,本次試驗(yàn)所采用礫巖的平均密度約為2.64 g/cm3,各試樣密度差異較小,且CT測(cè)試結(jié)果表明本次試驗(yàn)所采用的礫巖試樣中礫石體積分?jǐn)?shù)變化范圍(55%～65%)小,說(shuō)明各組試樣的離散性較弱,為不同水平主應(yīng)力條件下礫巖強(qiáng)度特征對(duì)比分析結(jié)論的可靠性提供了可重復(fù)性測(cè)試基礎(chǔ)。此前,通過(guò)同一批次礫巖試樣試驗(yàn)研究,得到其抗拉強(qiáng)度為7.19 MPa、單軸抗壓強(qiáng)度為104.13 MPa、彈性模量為38.83 GPa、泊松比為0.41。

表2 試驗(yàn)方案Table 2 Scheme of test

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 礫巖真三軸試驗(yàn)變形特征

應(yīng)力應(yīng)變曲線表征了巖石受載后基本力學(xué)特征的變化規(guī)律,與其內(nèi)部裂紋的發(fā)育發(fā)展情況密切相關(guān)。不同水平主應(yīng)力條件下各試件3個(gè)方向的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4所示。

根據(jù)圖4可知,不同水平主應(yīng)力下礫巖的破壞特征有顯著差異,從低水平主應(yīng)力下的脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚街鲬?yīng)力下的脆塑性破壞,且水平主應(yīng)力越大,塑性變形越明顯。受其非均質(zhì)性的影響,水平應(yīng)力加載時(shí),各方向的應(yīng)力同步增長(zhǎng),應(yīng)變?cè)龃蟮湓鲩L(zhǎng)速率并未表現(xiàn)出一致的規(guī)律性;達(dá)到峰值應(yīng)力前,各向應(yīng)力應(yīng)變的變化趨勢(shì)基本相同,且試件經(jīng)歷壓密和彈性變形后,內(nèi)部萌生出裂紋并逐漸發(fā)展成宏觀破壞。本試驗(yàn)中,水平主應(yīng)力增大了3.5倍,而峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的主應(yīng)變由1.06%增長(zhǎng)至2.07%,說(shuō)明礫巖真三軸試驗(yàn)中以脆性破壞為主。

加載破壞階段采用伺服控制水平應(yīng)力恒定(加載速率為0.002 mm/s),因此水平方向應(yīng)變基本不變,表現(xiàn)為應(yīng)力應(yīng)變曲線呈豎直狀態(tài),不同水平主應(yīng)力下該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?nèi)鐖D5所示。可見(jiàn),水平方向試件的應(yīng)變與所受載荷直接相關(guān),水平方向的應(yīng)變隨主應(yīng)力的增大呈正相關(guān),基本保持為線性增長(zhǎng)趨勢(shì),當(dāng)水平主應(yīng)力不變時(shí),對(duì)應(yīng)的應(yīng)變量也基本保持不變,該現(xiàn)象表明試件具有一定的彈性屬性,說(shuō)明礫巖受載變形過(guò)程符合彈性力學(xué)相關(guān)理論,因此可采用彈性體本構(gòu)關(guān)系表征其強(qiáng)度和變形特征。

圖4 不同主應(yīng)力條件下礫巖的真三軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系Fig.4 Stress-strain curves of conglomerate under different principal stress

圖5 橫向應(yīng)變與水平主應(yīng)力關(guān)系Fig.5 Relationship between strain and principal stress in horizontal direction

2.2 礫巖的真三軸強(qiáng)度特征

礫巖的真三軸抗壓強(qiáng)度取試驗(yàn)過(guò)程中豎直方向的峰值應(yīng)力σ1,其強(qiáng)度特征對(duì)礫石層鉆井工程設(shè)計(jì)鉆井工藝參數(shù)選擇具有重要意義,根據(jù)各組試件應(yīng)力應(yīng)變峰值及峰值前的直線段數(shù)據(jù),結(jié)合廣義胡克定律,得到礫巖的真三軸強(qiáng)度和彈性模量,如圖6所示。

根據(jù)圖6可知,在本次試驗(yàn)所設(shè)置的水平主應(yīng)力范圍內(nèi),礫巖的真三軸抗壓強(qiáng)度隨最小主應(yīng)力和中間主應(yīng)力的增大而增大,基本呈線性增長(zhǎng);礫巖彈性模量隨水平主應(yīng)力的增大雖有波動(dòng),變化幅度較小且總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),說(shuō)明礫巖的真三軸靜態(tài)壓縮彈性模量受水平主應(yīng)力影響不大,本試驗(yàn)中礫巖的真三軸彈性模量為31.93～40.15 GPa,平均為35.86 GPa,低于其單軸抗壓試驗(yàn)的彈性模量(38.83 GPa)。最小主應(yīng)力為20 MPa時(shí),其真三軸強(qiáng)度與中間主應(yīng)力的關(guān)系為σ1=1.885 9σ2+194.93,當(dāng)中間主應(yīng)力為70 MPa時(shí),真三軸強(qiáng)度與最小主應(yīng)力的關(guān)系為σ1=3.534 3σ3+235.95,兩線性擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.902 1和0.958 4,表明在本試驗(yàn)所設(shè)置的水平主應(yīng)力范圍內(nèi),該擬合公式能較好地反映真三軸條件下礫巖的抗壓強(qiáng)度隨水平主應(yīng)力的變化規(guī)律。兩線性擬合曲線的斜率差值較大,說(shuō)明中間主應(yīng)力對(duì)礫巖的真三軸強(qiáng)度影響更顯著。較高的中間主應(yīng)力(σ2=70 MPa)時(shí),增加最小主應(yīng)力(水平應(yīng)力差減小)礫巖的抗壓強(qiáng)度將迅速增大;較低的最小主應(yīng)力(σ3=20 MPa)時(shí),增加中間主應(yīng)力(水平應(yīng)力差增大),礫巖的抗壓強(qiáng)度增加,但增長(zhǎng)幅度較小,如圖7所示。因此可認(rèn)為隨著埋深的增加,地應(yīng)力增大,水平應(yīng)力差減小,礫石層巖石的強(qiáng)度將迅速升高,極大地提高了深部礫石層鉆井難度。

圖6 不同水平主應(yīng)力條件下礫巖的真三軸強(qiáng)度Fig.6 True triaxial strength of conglomerate under different horizontal principal stresses

圖7 水平應(yīng)力差對(duì)礫巖真三軸強(qiáng)度的影響Fig.7 Effect of horizontal stress on true triaxial strength

2.3 礫巖的真三軸抗剪強(qiáng)度參數(shù)

抗剪強(qiáng)度參數(shù)反映了巖石抵抗剪切破壞的能力,主要指黏聚力和內(nèi)摩擦角,表示巖石在外載荷作用下內(nèi)部顆粒發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的難易程度,一般采用強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行確定。目前針對(duì)巖石真三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度準(zhǔn)則主要有Drucker-Prager準(zhǔn)則和Mogi-Coulomb準(zhǔn)則[22-25]。

Drucker-Prager強(qiáng)度準(zhǔn)則簡(jiǎn)稱D-P準(zhǔn)則,該強(qiáng)度準(zhǔn)則是在Mises屈服準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上提出的,因此也被稱為擴(kuò)展Von Mises屈服準(zhǔn)則,D-P準(zhǔn)則的屈服函數(shù)為

(1)

其中

I1=σ1+σ2+σ3,

式中,I1為應(yīng)力張量第一不變量;J2為應(yīng)力偏量第二不變量;σ1為最大主應(yīng)力;σ2為中間主應(yīng)力;σ3為最小主應(yīng)力;c為巖石黏聚力;φ為內(nèi)摩擦角。

Mogi[26-27]通過(guò)大量真三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為作用在剪切破壞面上的應(yīng)力應(yīng)是平均有效正應(yīng)力σm,2,而非Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則認(rèn)為的八面體正應(yīng)力σoct,并提出了考慮中間主應(yīng)力影響的Mogi強(qiáng)度準(zhǔn)則,Al-Ajmi等[28]提出巖石的真三軸破壞準(zhǔn)則可采用八面體剪應(yīng)力τoct和σm,2間的線性函數(shù)表示,這種線性函數(shù)被稱為Mogi-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則,簡(jiǎn)稱Mg-C準(zhǔn)則,其表達(dá)式為

τoct=a+bσm,2.

(2)

其中

式中,τoct為八面體剪應(yīng)力;σm,2為作用在剪切面上的平均正應(yīng)力;a和b為與巖石的黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ有關(guān)的材料參數(shù)

剪應(yīng)力τoct的計(jì)算公式為

(3)

引入基于Mg-C破壞準(zhǔn)則的八面體平均應(yīng)力偏差,表征擬合結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的偏差,其計(jì)算式為

(4)

分別采用D-P和Mg-C強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖8所示。采用D-P強(qiáng)度準(zhǔn)則擬合得到礫巖的黏聚力和內(nèi)摩擦角分別為26.688 MPa和41.89°;采用Mg-C準(zhǔn)則擬合的黏聚力和內(nèi)摩擦角分別為26.302 MPa、41.09°。

圖8 基于D-P和Mg-C準(zhǔn)則的礫巖真三軸抗壓強(qiáng)度擬合Fig.8 Fitting of true triaxial strength of conglomerate based on D-P and Mg-C failure criterion

3 礫巖的真三軸破壞機(jī)制

3.1 宏觀破壞特征

圖9為真三軸壓縮試驗(yàn)后礫巖的破壞結(jié)果。在GCTS巖石力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)的真三軸模塊水平主應(yīng)力加載過(guò)程中,為避免由于采用剛性加載實(shí)現(xiàn)均布載荷的方式造成試件變形后墊塊相互擠壓從而影響巖石強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的現(xiàn)象,在各墊塊間留有一定的間隙,使試件受力面尺寸大于墊塊的尺寸。

圖9 真三軸條件下礫巖典型宏觀破壞特征展示Fig.9 Typical failure characteristics of conglomerate under true triaxial condition

礫巖真三軸壓縮至發(fā)生破壞時(shí)具有明顯的脆性特征,且裂紋發(fā)展?fàn)顟B(tài)與水平主應(yīng)力差(σ2-σ3)有直接聯(lián)系。通常由于σ2>σ3,當(dāng)試件開裂時(shí),宏觀裂紋將沿σ2方向發(fā)展,使試件朝σ3方向裂開。本文中試驗(yàn)設(shè)置的水平主應(yīng)力差為0～50 MPa,當(dāng)水平主應(yīng)力差值較小時(shí),礫巖破壞后表面宏觀裂紋發(fā)展不明顯,僅發(fā)展出大致呈X型分布的裂紋束,試件未形成體積破碎,如圖9(a)所示;當(dāng)水平主應(yīng)力差值較大時(shí),礫巖表面沿σ2方向發(fā)展出明顯的宏觀裂紋,使巖石沿σ3方向裂開,形成劈裂破壞,且水平應(yīng)力差越大破壞裂紋越明顯。由于試件下端面固定,在上端面施加載荷,試件發(fā)生宏觀破壞時(shí),其破壞面從上端面棱邊處開始延伸,在裂紋發(fā)展的起始位置處易形成宏觀破壞區(qū),見(jiàn)圖9(b)和(c);在試件內(nèi)部破壞面上,裂紋發(fā)展遇到礫石顆粒所在位置處有繞礫發(fā)展和礫石顆粒剪切劈裂破壞兩種形式,見(jiàn)圖9(d)和(e)。

由于試驗(yàn)后礫巖內(nèi)部的破壞狀態(tài)難以用肉眼直觀觀測(cè),因此采用X射線CT掃描方法對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu),TT-18組礫巖試樣試驗(yàn)后的CT重構(gòu)如圖10所示。

圖10 真三軸壓縮試驗(yàn)后的礫巖X-CT掃描重構(gòu)Fig.10 CT scanning reconstruction of conglomerate after true triaxial compression test

由于試件呈長(zhǎng)方體狀,CT掃描時(shí)試件沿自身軸線旋轉(zhuǎn),射線在其棱邊處穿透效果不理想,致使邊角亮度較暗,如圖10(a)所示;從圖10可以看出,由于礫石顆粒與膠結(jié)基質(zhì)的密度不同,X-CT掃描圖片中顯示亮度的差異明顯,礫石顆粒與基質(zhì)的膠結(jié)界面清晰可見(jiàn),巖石試件中礫石的體積分?jǐn)?shù)占比較高,礫石顆粒的粒度、形狀、空間位置分布等存在較大的非均質(zhì)性。該試樣在上端面壓縮載荷的作用下,沿棱邊形成了較大的宏觀裂紋,沿裂紋發(fā)展方向產(chǎn)生了掉塊現(xiàn)象,導(dǎo)致中間主應(yīng)力作用面出現(xiàn)宏觀破壞裂紋;通過(guò)礫巖內(nèi)部的CT重構(gòu)圖像分析不同位置處的裂紋發(fā)展?fàn)顟B(tài)可知,在破壞面及其他裂紋擴(kuò)展區(qū)均產(chǎn)生了礫石顆粒的劈裂破壞和繞礫發(fā)展的裂紋。

3.2 破壞機(jī)制

為表征三向應(yīng)力加載過(guò)程中礫巖試樣內(nèi)部裂紋發(fā)展發(fā)育過(guò)程,采用圖11所示破壞原理示意圖做進(jìn)一步解釋。

圖11 礫巖真三軸壓縮破壞過(guò)程原理示意圖Fig.11 Diagram of true triaxial failure process of conglomerate

當(dāng)三向應(yīng)力開始加載后,試樣3個(gè)方向均會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)變,致使礫巖內(nèi)部處于閉合狀態(tài)的原始微裂隙逐漸變小,試件被壓密。當(dāng)三向應(yīng)力增加到一定程度后,礫巖試樣較強(qiáng)的非均質(zhì)性,導(dǎo)致礫石顆粒在復(fù)雜載荷狀態(tài)下產(chǎn)生不平衡力,使其具有向最低勢(shì)能方向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。受限于基質(zhì)反作用力,該運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)難以轉(zhuǎn)化為實(shí)際的運(yùn)動(dòng)位移,因此在礫石顆粒內(nèi)部產(chǎn)生力矩并逐漸累積。隨著載荷的增大,試樣經(jīng)彈性變形后,在強(qiáng)度相對(duì)較低且本身具有原始微裂隙的基質(zhì)中首先萌生出微裂紋并逐漸累積形成損傷。隨著裂紋的進(jìn)一步發(fā)育和擴(kuò)展,損傷積累到一定程度后生成宏觀裂紋,并在基質(zhì)中產(chǎn)生裂紋束。當(dāng)載荷繼續(xù)增大時(shí),部分礫石顆粒上的彎矩增大至其極限載荷后發(fā)生劈裂、剪切或拉伸破壞;裂紋在試樣內(nèi)部進(jìn)一步擴(kuò)展的過(guò)程中,由于礫石顆粒的強(qiáng)度高于基質(zhì)與礫石的膠結(jié)強(qiáng)度[21],在交界面處易形成應(yīng)力集中,導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展至未發(fā)生破壞的礫石顆粒附近時(shí),將沿顆粒膠結(jié)面發(fā)展,形成繞礫宏觀裂紋[29];損傷裂紋發(fā)展至一定狀態(tài)時(shí),豎直方向應(yīng)力出現(xiàn)峰值,試樣發(fā)生破壞后豎直方向的應(yīng)力迅速減小,由于水平方向存在一定的作用力,試件的宏觀破壞將沿最小主應(yīng)力方向,使該方向迅速膨脹,此時(shí)應(yīng)變?chǔ)?反向增大。

4 結(jié) 論

(1)礫巖的真三軸破壞特征受水平主應(yīng)力的影響較大,主要表現(xiàn)為脆性破壞,當(dāng)水平主應(yīng)力增大時(shí),表現(xiàn)出一定的脆塑性特征,破壞過(guò)程符合彈性體形變理論。其真三軸抗壓強(qiáng)度隨水平主應(yīng)力的增大呈線性增長(zhǎng),受中間主應(yīng)力的影響較大,而其彈性模量基本不受水平主應(yīng)力的影響,在該試驗(yàn)條件下彈性模量的平均值低于其單軸試驗(yàn)彈性模量。

(2)在較大水平應(yīng)力差作用下,礫巖試件沿中間主應(yīng)力方向發(fā)展出宏觀裂紋,使其沿最小主應(yīng)力方向開裂,且在裂紋發(fā)展端面棱邊處易產(chǎn)生宏觀破壞區(qū);當(dāng)水平應(yīng)力差較小時(shí),試件失效可能不形成宏觀體積破壞,僅在表面產(chǎn)生呈X型分布的裂紋束。

(3)由于基質(zhì)與礫石顆粒強(qiáng)度的差異,基質(zhì)的壓縮變形使礫石承受力矩,最終導(dǎo)致礫石顆粒的剪切破壞及裂紋繞礫發(fā)展。