干热岩高温力学特性及热冲击效应分析

在地热开发进程中,岩石所处温度的改变会导致其力学性质发生变化.通过开展实时高温下花岗岩试样的压缩实验,研究了温度对花岗岩力学强度的影响规律;分析了实时高温和热冲击条件下花岗岩物理力学性质的差异,并提出了热冲击损伤系数的概念,揭示了热冲击损伤破岩机理.结果表明:高温会弱化岩石抗压强度和弹性模量,在25～200℃之间,岩石抗压强度随温度增加逐渐降低,在200～300℃之间,抗压强度降低幅度较大,超过300℃以后,抗压强度平稳中略有降低,总体而言,随着温度的增加岩石弹性模量逐渐减小.热冲击弱化岩石力学强度比加热更剧烈,在200～400℃之间,由热冲击引起的损伤能使岩石抗压强度降低9.4％～15.0％,在500℃时的降幅可高达21.1％,因此,热冲击破坏力比一般的热应力要剧烈.通过引入热冲击系数,可在传统的统计损伤本构模型基础上建立热冲击损伤本构模型,揭示了岩石热冲击损伤破岩机理,热冲击对岩石裂纹的扩展、贯通和萌生具有明显促进作用,在实际工程中可通过该方法对干热岩储层进行改造,提高储层渗透性和取热效率.