不同围压下的煤岩力学性质研究

摘要

在煤层气开采过程中,煤岩力学性质对煤储层改造和煤储层渗透率动态变化有重要的影响.通常将煤岩看作弹脆性介质,在地应力较小的情况下是合理的.但是,随着煤层气开采深度不断加大,地应力也相应增大,煤岩不可避免会表现出一定塑性变形特征.为了研究深部煤岩力学变形行为,基于不可逆热力学理论,引入非关联的塑性流动法则和损伤演化法则,建立了煤岩的弹塑性损伤本构模型.同时开展了不同围压(0,5MPa,10MPa,15MPa,20MPa)下的煤岩三轴应力应变实验.结果显示,煤岩在应力加载过程中会产生一系列的变形响应,具体分为:初始压缩阶段、弹性变形阶段、塑性变形阶段和峰后破坏阶段.随着围压增大,屈服强度(σy)和抗压强度(σpeak)非线性增大,弹性模量(E)先快速增大后增速趋缓,泊松比(v)则先快速减小后缓慢减小.煤岩本构模型的数值模拟结果与试验结果符合得很好,该模型可用于深部煤储层力学性质的相关研究.