一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法技术

本发明专利技术涉及一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法，其根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数，采用Neper的多面体生成程序生成三维岩石模型；根据沿晶和穿晶接触面的信息，确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触面；采用GBM建模方法对所述三维岩石模型进行建模，生成GBM岩石模型；采用3DEC程序中结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数，对所述GBM岩石模型进行数值仿真试验。其有益效果是，通过将单独矿物晶粒分解成若干个子矿物晶粒的方法，有效考虑穿晶和沿晶接触面，实现了脆性岩石破坏过程中的沿晶破坏、穿晶破坏及混合破坏的裂隙模式，原理简单、操作清晰、成本低廉，为评估脆性岩石破坏过程和机理提供了新途径。新途径。新途径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学研究领域，尤其涉及一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法。

技术介绍

[0002]脆性岩石破坏过程包括微裂纹的闭合、新裂纹的萌生、扩展、闭合及最终形成宏观上大的裂隙，导致岩石的最终破坏。由于岩石在本质上不可避免地含有先天的缺陷，如微裂隙、孔洞、弱晶粒边界等。在岩石承受外力加载的条件下，应力集中往往会在这些缺陷处形成，一旦局部应力状态到达拉应力极限时，拉伸裂纹就会萌生且沿着加载方向萌生，产生局部破坏。而在晶粒尺度上，局部破坏会沿着晶粒的边界即沿晶破坏或者贯穿整个晶粒即穿晶破坏，由于局部沿晶破坏和穿晶破坏的相互作用，从而最终导致岩石的宏观破裂失稳。
[0003]岩石破坏的断口裂隙类型主要有以下三类：
[0004](1)沿着晶粒边界产生的沿晶裂隙；
[0005](2)沿晶粒内部剪切或拉张产生的穿晶裂隙；
[0006](3)穿过不同晶粒的穿晶裂隙和沿晶裂隙组合而成的混合裂隙。
[0007]由于目前的研究手段都是通过实验室观测岩石样品的切片，得出裂隙类型分布规律，是来自电镜扫描的终了静态结果，存在无法了解其动态形成和破坏过程的问题；因此在理解脆性岩石破坏过程和机理时，较为困难、缓慢、粗略。

技术实现思路

[0008](一)要解决的技术问题
[0009]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法，其通过分开考虑矿物晶粒不同接触面类型，生成矿物模型，实现裂隙模型的模拟，解决了理解脆性岩石破坏过程和机理困难、缓慢、粗略的技术问题。
[0010](二)技术方案
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0012]101、根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数，采用Neper的多面体生成程序生成三维岩石模型；
[0013]所述三维岩石模型包括：至少一个母镶嵌晶粒和每一个母镶嵌晶粒对应的多个子镶嵌晶粒；
[0014]102、根据沿晶和穿晶接触面的信息，确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触面；
[0015]103、采用GBM建模方法对所述三维岩石模型进行建模，生成GBM岩石模型；
[0016]104、采用3DEC程序中结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数，对所述GBM岩石模型进行数值仿真试验。
[0017]可选地，所述101之前，数值试验方法还包括：
[0018]100a、针对岩石试样，通过物理方式进行预处理并电镜扫描，获取岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数。
[0019]可选地，所述矿物晶粒分布的特征参数包括：
[0020]矿物晶粒种类、特征尺寸大小、晶粒形状。
[0021]可选地，所述104之前，数值试验方法还包括：
[0022]100b、对所述岩石试样进行室内力学试验，获取岩石试样的力学实验基本参数。
[0023]可选地，所述室内力学试验包括：单轴压缩实验和三轴压缩实验；
[0024]所述力学实验基本参数包括：单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角。
[0025]可选地，101包括：
[0026]采用二尺度镶嵌方法把把单个晶粒母镶嵌分解为多个子镶嵌晶粒。
[0027]可选地，101包括：
[0028]子镶嵌晶粒之间的接触面为穿晶接触面，母镶嵌晶粒之间的接触面为沿晶接触面。
[0029]可选地，104包括：
[0030]采用3DEC程序中的FISH程序为沿晶接触面和穿晶接触面赋予不同的变形参数、强度参数；
[0031]并进行单轴压缩数值仿真试验和三轴压缩数值仿真试验，获取数值仿真试验结果。
[0032]可选地，所述数值试验方法还包括：
[0033]根据所述数值仿真试验结果校正预先获取的3DEC模型。
[0034]可选地，所述数值仿真试验结果包括：应力
‑
应变曲线、岩石的脆性破坏过程、破坏过程中裂隙的破坏模式及岩石的破坏机理。
[0035](三)有益效果
[0036]本专利技术的提供一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法，将矿物晶粒分解为多个子矿物晶粒，不同矿物晶粒之间的接触面视为沿晶接触面，将同一矿物晶粒内部子晶粒的接触面视为穿晶接触面。通过Neper的多面体生成程序、GBM建模方法和3DEC程序，结合岩石试样的特征参数和实验数据等，获得相应的矿物模型。
[0037]相对于现有技术而言，其有效考虑了穿晶和沿晶接触面，达到了实现脆性岩石破坏过程中的沿晶破坏、穿晶破坏及混合破坏的裂隙模式的目的，使得理解脆性岩石破坏过程和机理简单、快速、准确。
附图说明
[0038]图1为本专利技术一实施例的流程示意图；
[0039]图2为本专利技术一实施例中矿物晶粒体的两个尺度镶嵌架构示意图；
[0040]图3为本专利技术一实施例中两尺度晶粒体的实现穿晶和沿晶接触面示意图；
[0041]图4为图2中实施例的穿晶和沿晶接触面的3DEC GBM模型构建示意图；
[0042]图5为图4中实施例的GBM模型一个模拟结果示意图。
具体实施方式
[0043]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。可以理解的是，以下所描述的具体的实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0044]如图1所示，本实施例提供的基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法，具体包括以下步骤：
[0045]101、根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数，采用Neper的多面体生成程序生成三维岩石模型；
[0046]在本实施例中，所述岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数，是通过对岩石试样进行电镜扫描，获取岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数。
[0047]在本实施例中，具体特征参数至少包括：矿物晶粒种类、特征尺寸大小、晶粒形状等；在实际应用中，依据实际需要获取特征参数种类，此处不做限制，在其他一些实施例中，所述特征参数来源可为现场实验、实验室实验或其他公开的、有被记载的数据。
[0048]102、根据沿晶和穿晶接触面的信息，确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触面；
[0049]所述三维岩石模型包括至少一个母镶嵌晶粒和每一个母镶嵌晶粒对应的多个子镶嵌晶粒；
[0050]所述步骤101包括：采用二尺度镶嵌方法把单个母镶嵌晶粒分解为多个子镶嵌晶粒。
[0051]在本实施例中，所述镶嵌晶粒分布依据岩石试样中的晶粒的分布，其中每一个单独的母镶嵌晶粒可以分解为多个子镶嵌晶粒，具体分解的个数依据实际确定。所述分解方法采用多尺度镶嵌方法中的二尺度镶嵌方法。
[0052]具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于沿晶和穿晶接触面的脆性岩石的数值试验方法，其特征在于，包括：101、根据岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数，采用Neper的多面体生成程序生成三维岩石模型；所述三维岩石模型包括：至少一个母镶嵌晶粒和每一个母镶嵌晶粒对应的多个子镶嵌晶粒；102、根据沿晶和穿晶接触面的信息，确定三维岩石模型的沿晶接触面和穿晶接触面；103、采用GBM建模方法对所述三维岩石模型进行建模，生成GBM岩石模型；104、采用3DEC程序中结合预先获取的岩石试样的力学实验基本参数，对所述GBM岩石模型进行数值仿真试验。2.根据权利要求1所述的数值试验方法，其特征在于，所述101之前，数值试验方法还包括：100a、针对岩石试样，通过物理方式进行预处理并电镜扫描，获取岩石试样中矿物晶粒分布的特征参数。3.根据权利要求2所述的数值试验方法，其特征在于，所述矿物晶粒分布的特征参数包括：矿物晶粒种类、特征尺寸大小、晶粒形状。4.根据权利要求1至3任一所述的数值试验方法，其特征在于，所述104之前，数值试验方法还包括：100b、对所述岩石试样进行室内力学试验，获取岩石试样的力学实验基本参数。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：汪昕，蔡明，张凯，曾子强，张志远，王飞，李坤蒙，庞博学，刘造保，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：