工程科学学报.第44卷.第3期：430-439.2022年3月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.3:430-439,March 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.005;http://cje.ustb.edu.cn 不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟 杨圣奇1,2)四，孙博文2)，田文岭2) 1)中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，徐州2211162)中国矿业大学力学与土木工程学院，徐州221116 ☒通信作者，E-mail:yangsqi@hotmal.com 摘要页岩作为页岩气储层，在沉积过程中形成部分弱面，在力学特性上表现出各向异性特征.所以，使用离散元软件从微 细观层面探讨深部页岩力学各向异性特征具有重要实践意义.基于页岩室内常规三轴压缩试验结果，采用离元程序P℉C”对 常规三轴压缩下不同层理倾角页岩进行了颗粒流模拟研究，分析了层理倾角及围压对页岩力学特性的影响规律.结果表明： (1)页岩峰值强度与黏聚力随层理倾角的增加整体呈“U”形变化，但峰值强度在不同围压下的变化趋势有所区别：而内摩擦 角随层理倾角的增大呈非线性变化.(2)层理倾角对页岩周围颗粒的位移方向及大小的影响随着层理面与轴向应力的夹角的 增大而减小.(3)同一层理倾角试样最终破坏时的微裂纹总数随着围压的升高有所增加：同一围压下，试样最终破坏时的微 裂纹数目.随着层理倾角的增加呈现先减少后增多的趋势.(4)同一层理倾角页岩的脆性随围压的增长整体呈下降趋势：低围 压情况下，页岩脆性随层理倾角的增加呈两端大中间小的变化规律 关键词页岩：层理倾角：破坏模式：脆性指标：离散元模拟 分类号TU45 Discrete element simulation of the mechanical properties of shale with different bedding inclinations under conventional triaxial compression YANG Sheng-qi,SUN Bo-wen,TIAN Wen-ling 1)China State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116, China 2)School of Mechanics and Civil Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China Corresponding author,E-mail:yangsqi@hotmail.com ABSTRACT With the growth in energy demand,shale gas has attracted considerable attention as an unconventional clean and efficient energy source.In addition,the recoverable reserves of deep shale gas in China far exceed those with a depth less than 3500 m.Thus, deep shale gas is an important replacement field for shale gas production in China.Shale,as a shale gas reservoir,forms many weak surfaces in the deposition process and shows different degrees of anisotropy in the mechanical properties.Therefore,it is of great importance to use particle flow code (PFC)to explore anisotropy of shale from the perspective of micro-level for deep shale gas production in China.Based on the experimental results obtained from the shale specimens under conventional triaxial compression, PFC was used to simulate the triaxial mechanical properties of shale with different bedding inclinations.The effects of bedding inclination and confining pressure on the mechanical properties of shale specimens were analyzed.The following results are obtained. (1)With the increase of bedding inclination,the peak strength and cohesion of shale all display a "U"-type variation,but the trend of peak strength is different under different confining pressures and the internal friction angle varied nonlinearly with the bedding inclination increases.(2)The effects of bedding inclinations on the displacement direction and size of surrounding particles decrease 收稿日期：2020-10-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(42077231)不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟 杨圣奇1,2) 苣，孙博文2)，田文岭2) 1) 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，徐州 221116    2) 中国矿业大学力学与土木工程学院，徐州 221116 苣通信作者， E-mail: yangsqi@hotmal.com 摘    要    页岩作为页岩气储层，在沉积过程中形成部分弱面，在力学特性上表现出各向异性特征. 所以，使用离散元软件从微 细观层面探讨深部页岩力学各向异性特征具有重要实践意义. 基于页岩室内常规三轴压缩试验结果，采用离元程序 PFC2D 对 常规三轴压缩下不同层理倾角页岩进行了颗粒流模拟研究，分析了层理倾角及围压对页岩力学特性的影响规律. 结果表明： （1）页岩峰值强度与黏聚力随层理倾角的增加整体呈“U”形变化，但峰值强度在不同围压下的变化趋势有所区别；而内摩擦 角随层理倾角的增大呈非线性变化. （2）层理倾角对页岩周围颗粒的位移方向及大小的影响随着层理面与轴向应力的夹角的 增大而减小. （3）同一层理倾角试样最终破坏时的微裂纹总数随着围压的升高有所增加；同一围压下，试样最终破坏时的微 裂纹数目，随着层理倾角的增加呈现先减少后增多的趋势. （4）同一层理倾角页岩的脆性随围压的增长整体呈下降趋势;低围 压情况下，页岩脆性随层理倾角的增加呈两端大中间小的变化规律. 关键词    页岩；层理倾角；破坏模式；脆性指标；离散元模拟 分类号    TU45 Discrete  element  simulation  of  the  mechanical  properties  of  shale  with  different bedding inclinations under conventional triaxial compression YANG Sheng-qi1,2) 苣 ，SUN Bo-wen2) ，TIAN Wen-ling2) 1) China State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China 2) School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China 苣 Corresponding author, E-mail: yangsqi@hotmail.com ABSTRACT    With the growth in energy demand, shale gas has attracted considerable attention as an unconventional clean and efficient energy source. In addition, the recoverable reserves of deep shale gas in China far exceed those with a depth less than 3500 m. Thus, deep shale gas is an important replacement field for shale gas production in China. Shale, as a shale gas reservoir, forms many weak surfaces  in  the  deposition  process  and  shows  different  degrees  of  anisotropy  in  the  mechanical  properties.  Therefore,  it  is  of  great importance  to  use  particle  flow  code  (PFC)  to  explore  anisotropy  of  shale  from  the  perspective  of  micro-level  for  deep  shale  gas production  in  China.  Based  on  the  experimental  results  obtained  from  the  shale  specimens  under  conventional  triaxial  compression, PFC2D was  used  to  simulate  the  triaxial  mechanical  properties  of  shale  with  different  bedding  inclinations.  The  effects  of  bedding inclination and confining pressure on the mechanical properties of shale specimens were analyzed. The following results are obtained. (1) With the increase of bedding inclination, the peak strength and cohesion of shale all display a "U"-type variation, but the trend of peak  strength  is  different  under  different  confining  pressures  and  the  internal  friction  angle  varied  nonlinearly  with  the  bedding inclination increases. (2) The effects of bedding inclinations on the displacement direction and size of surrounding particles decrease 收稿日期: 2020−10−12 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（42077231） 工程科学学报，第 44 卷，第 3 期：430−439，2022 年 3 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. 3: 430−439, March 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.12.005; http://cje.ustb.edu.cn