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摘要
燃爆压裂是页岩气储层改造增产的一种无水压裂技术，弄清燃爆载荷冲击下页岩断裂韧性及破坏模式是甲烷燃爆压裂推广应用的关键。断裂韧性是页岩储层压裂效果评价的重要指标，实现燃爆载荷冲击下试样裂纹复杂程度的定量表征以确定页岩的破坏模式。选取四川省宜宾市长宁五峰—龙马溪组一段页岩样品，基于自主搭建的甲烷燃爆冲击和SHPB试验系统开展研究，结合动态断裂理论确定了一种计算各向异性页岩动态断裂韧度的方法，并探究燃爆载荷冲击作用下页岩的断裂韧性及损伤破坏特征。结果表明：在不同燃爆加载速率下，试样动态断裂韧度随层理角度的增加呈线性增加趋势，相比静态断裂韧性显著增大，90°层理页岩试样的断裂韧度最大达到4.98 MPa·m1/2；随着加载速率的增大页岩动态断裂韧度显著增大，如0°层理试样在157.57 GPa·m1/2/s的加载速率下的断裂韧度值为4.93 MPa·m1/2，而加载速率为35.43 GPa·m1/2/s时的断裂韧度为1.72 MPa·m1/2，降低了2.9倍；同时，受页岩层理角度的影响，高加载速率下页岩试样裂纹扩展方向发生偏移转向、顺层延申和切层现象，使得裂缝网络整体结构更加复杂；在燃爆载荷冲击试验中，页岩初始起裂角为0°～70.51°，依据岩石断裂理论可知属于I-II型复合断裂类型；随着燃爆载荷由20～25 MPa增长到66～71 MPa，裂纹的尺寸和数量显著增长，且起裂角分布范围明显增加；燃爆压力达到50 MPa以上时，试样裂纹数量和偏转模式增多，伴随着岩体的剪切滑移现象，能够形成复杂树状裂纹，对页岩储层复杂裂缝网络有着正向作用。
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单位中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学; 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室
