循环剪切作用下含可燃冰砂土-开采井界面强度弱化细观机制

摘要

含可燃冰砂土呈现埋藏浅、未成岩和强度低的特性。波浪循环荷载作用下含可燃冰砂土-开采井界面弱化特征显著，直接影响井口稳定。采用离散元方法，通过设置波浪循环荷载引起的井筒运动，研究含可燃冰砂土-开采井界面循环剪切力学特性，并从细观角度揭示界面宏观弱化机制。结果表明：可燃冰赋存导致含可燃冰砂土-开采井界面呈显著的强度弱化及剪胀体变特征，且可燃冰饱和度越高，弱化及剪胀越显著；原因在于近井区域含可燃冰砂土在循环剪切作用下形成胶结失效区域，大部分颗粒失去胶结约束，同时少部分胶结未失效的可燃冰颗粒与邻近颗粒形成较大粒径团簇，这些颗粒和团簇翻滚错动且无法充分传递荷载，导致界面产生强度弱化和剪胀体变；法向应力与剪切振幅的增大均会加剧界面试样可燃冰颗粒的胶结失效发展，强度弱化现象更为严重。

关键词

含可燃冰砂土-开采井界面 / 循环剪切 / 界面弱化 / 胶结作用 / 离散元