[发明专利]砾岩力学性质评价分析方法及系统

权利要求书

1.一种砾岩力学性质评价分析方法，其特征在于，包括：

利用X-ray CT扫描装置对获取的砾岩样品进行X-ray CT扫描，获得三维数字岩心数据体；

对所述三维数字岩心数据体进行空间结构重构，获得砾石颗粒空间信息和基质空间信息，包括：按照密度对砾石颗粒的种类进行划分；确定每种类型中的每个砾石颗粒几何形状信息、体积信息和空间坐标信息；将砾石颗粒之外的区域确定为基质部分，并确定基质空间信息；

根据所述砾石颗粒空间信息和基质空间信息，对所述砾岩样品进行拆分，取出砾石颗粒和基质；

利用布氏硬度计对取出的砾石颗粒和基质的力学性质进行布氏硬度测试，获得砾石颗粒的宏观力学参数和基质的宏观力学参数；宏观力学参数包括单轴抗压强度和弹性模量；

根据砾石颗粒的宏观力学参数和基质的宏观力学参数，利用离散元数值方法分析砾石颗粒的细观力学参数和基质的细观力学参数；细观力学参数包括单元间接触刚度和摩擦刚度；

根据砾石颗粒的细观力学参数和基质的细观力学参数，建立用于分析砾石颗粒和基质细观力学性质的离散元数值模拟模型。

2.如权利要求1所述的砾岩力学性质评价分析方法，其特征在于，对所述砾石颗粒和基质的力学性质进行布氏硬度测试，获得砾石颗粒的宏观力学参数和基质的宏观力学参数，包括：

对所述砾石颗粒和基质进行布氏硬度测试，获得砾石颗粒的破碎时最大载荷、砾石颗粒的压膜面积、基质的破碎时最大载荷和基质的压膜面积；

根据砾石颗粒的破碎时最大载荷和砾石颗粒的压膜面积，确定砾石颗粒的布氏硬度，根据基质的破碎时最大载荷和基质的压膜面积，确定基质的布氏硬度；

基于布氏硬度与岩石单轴抗压强度、弹性模量的关系式，根据所述砾石颗粒的布氏硬度确定砾石颗粒的单轴抗压强度和弹性模量，根据所述基质的布氏硬度确定基质的单轴抗压强度和弹性模量。

3.如权利要求2所述的砾岩力学性质评价分析方法，其特征在于，按照如下公式确定布氏硬度：

其中，HB表示布氏硬度；P表示破碎时最大载荷，单位kg；S表示压膜面积，单位mm²；

所述布氏硬度与岩石单轴抗压强度、弹性模量的关系式如下：

其中，σ_c表示岩石单轴抗压强度；HB表示布氏硬度；E表示弹性模量；a、b、c、d为与具体的岩石材料性质有关的参数。

4.一种砾岩力学性质评价分析系统，其特征在于，包括：

X-ray CT扫描装置用于：对获取的砾岩样品进行X-ray CT扫描，获得三维数字岩心数据体；

数据处理装置用于：

对所述三维数字岩心数据体进行空间结构重构，获得砾石颗粒空间信息和基质空间信息，包括：按照密度对砾石颗粒的种类进行划分；确定每种类型中的每个砾石颗粒几何形状信息、体积信息和空间坐标信息；将砾石颗粒之外的区域确定为基质部分，并确定基质空间信息；

样品分离装置，用于根据所述砾石颗粒空间信息和基质空间信息，对所述砾岩样品进行拆分，取出砾石颗粒和基质；

布氏硬度计对取出的砾石颗粒和基质的力学性质进行布氏硬度测试，获得砾石颗粒的宏观力学参数和基质的宏观力学参数；宏观力学参数包括单轴抗压强度和弹性模量；

数据处理装置还用于：

根据砾石颗粒的宏观力学参数和基质的宏观力学参数，利用离散元数值方法分析砾石颗粒的细观力学参数和基质的细观力学参数；细观力学参数包括单元间接触刚度和摩擦刚度；

根据砾石颗粒的细观力学参数和基质的细观力学参数，建立用于分析砾石颗粒和基质细观力学性质的离散元数值模拟模型。