循環(huán)剪切作用下含可燃冰砂土-開采井界面強(qiáng)度弱化細(xì)觀機(jī)制

張玉 侯勁宇 欒雅琳 陶子卓 李建威

摘要：含可燃冰砂土呈現(xiàn)埋藏淺、未成巖和強(qiáng)度低的特性。波浪循環(huán)荷載作用下含可燃冰砂土-開采井界面弱化特征顯著，直接影響井口穩(wěn)定。采用離散元方法，通過設(shè)置波浪循環(huán)荷載引起的井筒運(yùn)動(dòng)，研究含可燃冰砂土-開采井界面循環(huán)剪切力學(xué)特性，并從細(xì)觀角度揭示界面宏觀弱化機(jī)制。結(jié)果表明：可燃冰賦存導(dǎo)致含可燃冰砂土-開采井界面呈顯著的強(qiáng)度弱化及剪脹體變特征，且可燃冰飽和度越高，弱化及剪脹越顯著；原因在于近井區(qū)域含可燃冰砂土在循環(huán)剪切作用下形成膠結(jié)失效區(qū)域，大部分顆粒失去膠結(jié)約束，同時(shí)少部分膠結(jié)未失效的可燃冰顆粒與鄰近顆粒形成較大粒徑團(tuán)簇，這些顆粒和團(tuán)簇翻滾錯(cuò)動(dòng)且無法充分傳遞荷載，導(dǎo)致界面產(chǎn)生強(qiáng)度弱化和剪脹體變；法向應(yīng)力與剪切振幅的增大均會(huì)加劇界面試樣可燃冰顆粒的膠結(jié)失效發(fā)展，強(qiáng)度弱化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：含可燃冰砂土-開采井界面； 循環(huán)剪切； 界面弱化； 膠結(jié)作用； 離散元

中圖分類號：TE 375?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-5005（2024）03-0091-10?? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.010

Meso-mechanism of weakening characteristics of interface between gas hydrate-bearing sand and mining well under cyclic shear

ZHANG Yu1，2， HOU Jinyu2，3， LUAN Yalin2， TAO Zizhuo1， LI Jianwei2

（1.Institute of Deep Engineering and Intelligent Technology， Northeastern University， Shenyang 110819， China;2.College of Pipeline and Civil Engineering in China University of Petroleum（East China）， Qingdao 266580， China;3.CISDI Engineering Company Limited， Chongqing 400013， China）

Abstract： Rock formation with gas hydrate-bearing sands exhibits features of shallow burial， unformed rock and low strength. The weakening characteristic of the interface between gas hydrate-bearing sand and mining well under wave cyclic loading are significant and can directly affect the wellhead stability. In this study， the cyclic shear mechanical properties of the interface between gas hydrate-bearing sands and mining well were investigated based on a discrete element method（DEM）. By setting the wellbore motion caused by wave cyclic loading， the macroscopic weakening mechanism of the interface was revealed from a mesoscopic perspective. The results show that the gas hydrate-bearing sand can cause a significant strength weakening and shear dilation at the interface between gas hydrate-bearing sands and mining well， and the higher the gas hydrate saturation， the more significant the weakening and shear dilation. The reason is that the near-wellbore gas hydrate-bearing sands can form a cementation failure zone under cyclic shear， where the cementation of most particles could be failed， while a few gas hydrate particles that might not failed to cement could form larger size clusters with neighboring particles， but these particles and clusters tumble and move complexly which cannot adequately transfer loads， resulting in strength weakening and shear dilation. Increase of both normal stress and shear amplitude can aggravate the cementation failure of the near-wellbore gas hydrate particles， and the strength weakening phenomenon can be more severe.

Keywords： interface between gas hydrate-bearing sand and mining well; cyclic shear; interface weakening; cementation; discrete element method

可燃冰常賦存于深海淺覆蓋層的松散沉積土中，起顆粒膠結(jié)或骨架支撐作用。目前國內(nèi)外學(xué)者針對含可燃冰土的力學(xué)特性開展了大量研究，通過室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)分析了圍壓、飽和度、制備方法、顆粒形態(tài)等對含可燃冰土力學(xué)特性的影響［1-3］；部分學(xué)者基于連續(xù)介質(zhì)理論提出了含可燃冰土的宏觀本構(gòu)模型［4-6］。隨著離散元方法（DEM）的發(fā)展與應(yīng)用［7］，不少學(xué)者采用離散元方法研究了含可燃冰土的宏細(xì)觀力學(xué)特性［8-10］。由于井筒的約束作用，含可燃冰土和開采井間形成力學(xué)特性改變的界面區(qū)域［11-13］，該區(qū)域在波浪循環(huán)荷載下呈顯著弱化特征，影響井口穩(wěn)定。但含可燃冰土-開采井界面循環(huán)剪切力學(xué)特性研究暫無公開報(bào)道。同時(shí)，海洋波浪循環(huán)荷載作用下土-結(jié)構(gòu)界面弱化研究主要集中在宏觀演化規(guī)律［14-16］，細(xì)觀機(jī)制鮮有報(bào)道。筆者以南海含可燃冰砂土為研究對象，采用離散元方法研究含可燃冰砂土-開采井界面循環(huán)剪切力學(xué)行為，揭示含可燃冰砂土-開采井界面循環(huán)剪切弱化宏細(xì)觀機(jī)制。

1 數(shù)值模擬

1.1 試樣制備

采用顆粒流程序（PFC2d）開展循環(huán)荷載作用下含可燃冰砂土-開采井界面剪切試驗(yàn)；剪切盒為25 mm×60 mm，由墻體單元組成。開采井壁由一系列剛性顆粒（半徑2 mm）重疊組成的剛性Clump單元模擬，顆粒間距為0.2R（R為有效接觸半徑）以保證井壁粗糙度；模擬過程Clump單元循環(huán)運(yùn)動(dòng)對含可燃冰砂土產(chǎn)生剪切作用。含可燃冰砂土由剛性圓盤顆粒組成；當(dāng)顆粒平均粒徑為數(shù)值試樣尺寸的1/40～1/30時(shí)且當(dāng)數(shù)值試樣顆?？倲?shù)大于2000時(shí)，可忽略模擬結(jié)果的尺寸效應(yīng)［17-18］?；诠P者團(tuán)隊(duì)所開展的含可燃冰土室內(nèi)物理試驗(yàn)［11］，將砂土粒徑范圍設(shè)定為0.6～0.9 mm，密度為2740 kg/m3；可燃冰顆粒粒徑設(shè)定為0.19 mm，密度為900 kg/m3［19］。

含可燃冰砂土-開采井界面數(shù)值試樣包含孔隙填充型、支撐型和膠結(jié)型［20-22］ 3種典型的可燃冰賦存模式（圖1（a））。特定飽和度界面數(shù)值試樣生成步驟［10］為：①將特定飽和度可燃冰顆粒通過計(jì)算與砂土顆粒同時(shí)生成以保證可燃冰顆粒隨機(jī)分布，且生成速率較快；②賦與線性接觸模型，消除重疊量，通過墻體伺服施加法向壓力固結(jié)；③賦予新的接觸模型，施加法向壓力至平衡。生成的數(shù)值界面試樣如圖1（b）所示?？扇急柡投葹榭扇急w積與砂土孔隙體積的比值

Smh=Vmh/Vs，Vs取值為26.57%［11］。采用該方法生成的含可燃冰土數(shù)值試樣可包含上述不同可燃冰賦存模式。

1.2 接觸模型及參數(shù)確定

考慮砂土顆粒形狀效應(yīng)，在砂土顆粒間賦予滾動(dòng)阻力線性模型（圖2（a））；考慮可燃冰顆粒膠結(jié)作用，對可燃冰顆粒間及可燃冰顆粒與砂土顆粒間賦予線性平行膠結(jié)模型（圖2（b））；顆粒與墻體及井壁間賦予線性接觸模型。兩種接觸模型分別在線性接觸模型的基礎(chǔ)上加入了滾動(dòng)阻力機(jī)制和膠結(jié)模塊［23］。

線性滾動(dòng)阻力模型顆粒接觸力與接觸力矩更新法則為

Fc=Fl+Fd，Mc=Mr.（1）

Mr=Mr-krΔθb=Mr-ksR2Δθb，?Mr≤M*;M*（Mr/Mr）=μrRFl，n（Mr/Mr），?Mr>M*.（2）

式中，F(xiàn)c為接觸力矩，N；Fl為線性接觸力，N；Fd為黏性力，N；Mc為接觸力矩，N·m；Mr為滾動(dòng)阻力矩，N·m；M*為滾動(dòng)極限彎矩，N·m；kr為滾動(dòng)阻力剛度，N·m；ks為線性接觸切向剛度，N/m；R為有效接觸半徑，m；μr為抗?jié)L動(dòng)系數(shù)；Fl，n為線性接觸法向接觸力，N。

線性平行膠結(jié)模型顆粒接觸力與接觸力矩更新法則為

Fc=F1+Fd++Fd

n+s，Mc==t+b=b， （二維情況，t為0）.（3）

b=b-nΔθb.（4）

式中，為線性膠結(jié)力，N；為線性膠結(jié)力矩，N·m；n為線性膠結(jié)法向接觸力，N；s為線性膠結(jié)切向接觸力，N；b為膠結(jié)力矩彎曲分量，N·m;t為膠結(jié)力矩扭轉(zhuǎn)分量，N·m；n為膠結(jié)法向剛度，N/m3；為膠結(jié)面慣性矩，m4。

當(dāng)顆粒間膠結(jié)應(yīng)力超出膠結(jié)強(qiáng)度，膠結(jié)失效。膠結(jié)接觸的最大拉伸應(yīng)力與最大剪切應(yīng)為

=n+b ，=s . （5）

式中，為膠結(jié)面面積，m2；為彎矩貢獻(xiàn)因子；為膠結(jié)半徑，m。

研究者通過改進(jìn)常規(guī)高壓低溫三軸試驗(yàn)儀夾持器制備了含可燃冰砂土-開采井界面試樣，開展了界面剪切試驗(yàn)［11］，該夾持器可傳遞圍壓至界面并傳遞軸向力進(jìn)行界面剪切?；谑覂?nèi)試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定接觸模型參數(shù)（圖3）：砂顆粒間滾動(dòng)阻力線性模型中線性模量為280 MPa（剛度比為2），摩擦系數(shù)與滾動(dòng)阻力系數(shù)分別為2.2和0.7（顆粒與井壁間的線性接觸模型除無滾動(dòng)阻力系數(shù)外，其余參數(shù)一致）；可燃冰顆粒間及可燃冰與砂顆粒間線性平行膠結(jié)模型中線性模量與膠結(jié)模量為150 MPa（剛度比均為1.3），膠結(jié)摩擦角為35°，膠結(jié)拉伸強(qiáng)度分別為40和45 MPa，黏聚力分別為20和24 MPa，摩擦系數(shù)分別為2.0和2.2；顆粒與墻體為無摩擦線性接觸，線性模量為185 MPa。

1.3 循環(huán)剪切試驗(yàn)方案

波浪荷載主要向海洋平臺(tái)作用水平力和縱向力（浮托力）［24-25］，本文中主要研究波浪循環(huán)荷載下含可燃冰砂土-開采井界面循環(huán)剪切力學(xué)特性，故僅考慮波浪荷載的縱向分量。通過設(shè)定開采井壁y方向的速度，模擬波浪循環(huán)荷載下開采井壁與含可燃冰砂土間的循環(huán)剪切：

vy=2πfAxcos（2πft），vx=0.（6）

式中，vx和vy分別為開采井壁沿x和y方向的振動(dòng)速度，m/s；Ax為開采井壁振幅，m；f為開采井壁振動(dòng)頻率，Hz；t為時(shí)間變量，s。

制備不同可燃冰飽和度的含可燃冰砂土-開采井界面數(shù)值試樣，開展不同法向應(yīng)力、剪切頻率及剪切振幅條件界面循環(huán)剪切模擬試驗(yàn)。

2 循環(huán)剪切作用下界面宏觀弱化規(guī)律

2.1 剪切強(qiáng)度弱化規(guī)律

循環(huán)初始界面試樣剪切強(qiáng)度（每次循環(huán)剪應(yīng)力最大值）隨飽和度增加而增加（圖4（a））?？扇急柡投容^低（0%和15%）時(shí)，剪切強(qiáng)度在循環(huán)剪切過程保持恒定；飽和度30%試樣剪切強(qiáng)度循環(huán)剪切中呈指數(shù)型衰退［26］，飽和度45%試樣前5次循環(huán)剪切強(qiáng)度急劇下降。飽和度30%和45%試樣循環(huán)20次后，強(qiáng)度衰減率分別達(dá)53%和69%，呈顯著弱化特征，且飽和度越高，弱化越顯著。此外，法向應(yīng)力增大強(qiáng)化了試樣的剪切強(qiáng)度（圖4（b））。

2.2 法向位移演化規(guī)律

循環(huán)剪切全程含可燃冰砂土與開采井壁接觸面積不變，以施加法向應(yīng)力墻體的法向位移描述試樣體積變化。規(guī)定剪脹體變法向位移為正，記錄每次循環(huán)結(jié)束時(shí)墻體的法向位移?？扇急柡投容^低（0%和15%）時(shí)，法向位移隨循環(huán)次數(shù)的增加保持恒定；飽和度為0%時(shí)，試樣產(chǎn)生剪縮體變，而飽和度為15%時(shí)，產(chǎn)生剪脹體變（圖5（a））。飽和度30%和45%條件下，試樣均產(chǎn)生剪脹體變，且剪脹程度呈增長趨勢，循環(huán)20次后，法向位移分別達(dá)0.24和0.29 mm，飽和度越高，法向位移越大，剪脹現(xiàn)象越顯著。此外，法向應(yīng)力越小，剪脹現(xiàn)象越明顯（圖5（b）），說明法向應(yīng)力增大可抑制試樣的剪脹效應(yīng)。

2.3 界面試樣孔隙率變化規(guī)律

通過在井壁處4 mm厚度均勻分散布置半徑2 mm測量圓監(jiān)測近井區(qū)域孔隙率變化。循環(huán)剪切初始階段，每次循環(huán)結(jié)束孔隙率隨飽和度增加而降低?？扇急柡投容^低（0%和15%）時(shí)，孔隙率隨循環(huán)次數(shù)的增加保持恒定；飽和度30%和45%試樣近井孔隙率隨循環(huán)次數(shù)的增加基本呈線性增長，循環(huán)20次后，孔隙增長率達(dá)39%和31%（圖6（a））。較高法向應(yīng)力作用下，試樣顆粒在剪切前更為致密，剪切全程孔隙率均較低（圖6（b）），說明法向應(yīng)力對試樣近井孔隙率的發(fā)展有抑制作用。剪切頻率對近井孔隙率變化無明顯影響（圖6（c）），4組試樣近井孔隙率基本一致，且隨循環(huán)剪切過程線性增加。0.6 mm較低振幅下，首次加載后近井孔隙率略微降低，隨后保持恒定；3組較高振幅試樣循環(huán)20次后，近井區(qū)域孔隙增長率分別達(dá)31%、50%和65%（圖6（d））。

3 循環(huán)剪切作用下界面細(xì)觀力學(xué)響應(yīng)

3.1 膠結(jié)失效擴(kuò)展規(guī)律

可燃冰的膠結(jié)作用是改變含可燃冰土力學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵［27-28］。外部荷載作用下，可燃冰顆粒破碎或脫黏［11］，對應(yīng)數(shù)值模型中膠結(jié)接觸失效。高飽和度（30%、45%）界面試樣近井區(qū)域可燃冰顆粒膠結(jié)作用快速失效擴(kuò)展，形成明顯的膠結(jié)失效區(qū)域（圖7）。以膠結(jié)失效率Bfb量化分析該區(qū)域：

Bfp=1-NbfNb .（7）

式中，Nbf為剩余膠結(jié)接觸總數(shù)；Nb為初始狀態(tài)下膠結(jié)接觸總數(shù)。

膠結(jié)失效率可較好對應(yīng)剪切強(qiáng)度的弱化規(guī)律（圖8）：飽和度15%試樣在循環(huán)過程中未產(chǎn)生大范圍膠結(jié)失效，剪切強(qiáng)度也基本保持恒定（圖8（a））；飽和度30%試樣膠結(jié)失效率呈指數(shù)型增加，剪切強(qiáng)度亦呈指數(shù)型衰減（圖8（b））；飽和度45%試樣膠結(jié)失效率在5次循環(huán)后迅速增加，隨后緩慢上升；剪切強(qiáng)度在5次循環(huán)后迅速降低，隨后緩慢下降（圖8（c））。上述結(jié)果印證了可燃冰膠結(jié)接觸失效發(fā)展是造成試樣強(qiáng)度弱化的關(guān)鍵因素。

3.2 不同加載條件對可燃冰膠結(jié)狀態(tài)影響

不同法向應(yīng)力下界面試樣膠結(jié)失效率均呈對數(shù)型增加（圖9（a）），法向應(yīng)力越高，膠結(jié)失效數(shù)量越多，加快界面強(qiáng)度弱化。剪切頻率對膠結(jié)失效無明顯影響（圖9（b）），4組試樣無較大差異。剪切振幅為0.6 mm試樣膠結(jié)失效率始終保持較低水平，原因在于較低振幅井壁位移較小，近井區(qū)域膠結(jié)未達(dá)到失效臨界值；其余3組不同剪切振幅試樣膠結(jié)失效率整體隨剪切振幅的增大大幅增加，其中1.2和1.5 mm試樣在循環(huán)結(jié)束時(shí)膠結(jié)失效率分別達(dá)到了10.7%和13.8%（圖9（c）），說明剪切振幅的增加極大加劇近井區(qū)域可燃冰膠結(jié)失效，更快出現(xiàn)界面強(qiáng)度弱化。

3.3 接觸力鏈及能量變化

接觸力鏈可直接觀察顆粒系統(tǒng)接觸力的分布和方向。循環(huán)初始試樣僅受法向荷載，力鏈網(wǎng)絡(luò)分布均勻；循環(huán)開始后，荷載由近井區(qū)域顆粒向外部傳遞，高飽和度試樣接觸力鏈更粗，近井區(qū)域處出現(xiàn)明顯強(qiáng)力鏈并向外部延伸（圖10（b）），宏觀表現(xiàn)為較高剪切強(qiáng)度。飽和度15%試樣接觸力鏈變化不明顯（圖10（a））；飽和度45%試樣膠結(jié)失效區(qū)域內(nèi)逐漸出現(xiàn)較為離散的垂直于井壁方向的極強(qiáng)力鏈，而區(qū)域外接觸力鏈明顯變?nèi)酰@說明膠結(jié)失效區(qū)域顆粒傳遞剪切作用能力變?nèi)?，?dǎo)致試樣抗剪能力降低，造成界面強(qiáng)度弱化。

引入膠結(jié)應(yīng)變功k、顆粒應(yīng)變功Ek和顆粒摩擦功Eμ進(jìn)一步探究膠結(jié)接觸狀態(tài)對界面試樣剪切強(qiáng)度的影響［23］。其中

k為膠結(jié)接觸所產(chǎn)生的彈性功，其值越大，膠結(jié)作用程度越強(qiáng)；Ek為線性接觸產(chǎn)生的能量變化，其值越大，顆粒間接觸力傳遞越充分；Eμ為顆粒間由于摩擦滑動(dòng)所耗散的能量；其迭代表示式為

k=122nn+s2s+b2n，（8）

Ek=12（Fl，n）2kn+Fl，s2ks，（9）

Eμ（Eμ）0-12（（Fl，s）0+Fl，s）·Δδμ，s.（10）

式中，F(xiàn)l，s為線性接觸切向力，N；（Fl，s）0為這一時(shí)步開始時(shí)的線性接觸切向力，N；（Eμ）0為這一時(shí)步開始時(shí)的顆粒摩擦功，J；Δδμ，s為顆粒間切向相對位移增量滑動(dòng)分量，m。

循環(huán)初始階段，4組不同飽和度界面試樣Ek幅值相同，飽和度越高，k更大（圖11），說明初始階段可燃冰顆粒均充分發(fā)揮膠結(jié)作用。飽和度0%與15%試樣Ek與Eμ演化規(guī)律基本一致，且每次循環(huán)Eμ增量較小，說明未發(fā)生強(qiáng)度弱化的試樣內(nèi)顆粒線彈性接觸與摩擦滑移處于同一水平（圖11（a）、（d）），可燃冰顆粒持續(xù)的膠結(jié)作用使飽和度15%試樣呈較高剪切強(qiáng)度。飽和度30%和45%試樣Ek和k呈相同降低趨勢，飽和度30%試樣Ek和k振動(dòng)減?。▓D11（b）），Eμ循環(huán)剪切全程增量較大，循環(huán)結(jié)束達(dá)1019 J（圖11（d））；飽和度45%試樣Ek和k在初始階段迅速降低至最小值（圖11（b）、（c）），且該階段Eμ增量極大，循環(huán)2次后達(dá)356 J，結(jié)束時(shí)達(dá)1677 J。綜上，高飽和度試樣在可燃冰膠結(jié)作用逐漸失效的過程中，開采井壁的循環(huán)剪切運(yùn)動(dòng)所傳遞的能量逐漸由Ek和k轉(zhuǎn)化為Eμ，膠結(jié)失效區(qū)域顆粒接觸狀態(tài)由彈性接觸逐漸轉(zhuǎn)化為摩擦滑移接觸而不能充分地傳遞剪切荷載，該區(qū)域力鏈逐漸離散（圖10（b））造成界面強(qiáng)度弱化。

3.4 膠結(jié)狀態(tài)對顆粒運(yùn)動(dòng)的影響

顆粒位移可直觀反映界面試樣的剪切區(qū)域分布，這里定義剪切區(qū)域顆粒位移大于等于2 mm。在相同法向應(yīng)力和剪切時(shí)間下，低飽和度（0%、15%）試樣與高飽和度（30%、45%）試樣剪切區(qū)域呈不同形態(tài)（圖12）：低飽和度試樣井壁上下兩端位移并不明顯，中部顆粒位移劇烈，同時(shí)剪切區(qū)域面積較大；而高飽和度試樣（30%、45%）剪切區(qū)域僅均勻分布于近井區(qū)域，且顆粒位移有較大離散性。原因在于高飽和度試樣膠結(jié)失效區(qū)域顆粒不能充分傳遞循環(huán)剪切荷載，顆粒位移出現(xiàn)明顯“斷層”，剪切區(qū)域僅存在于膠結(jié)失效區(qū)域內(nèi)。

低飽和度試樣顆粒運(yùn)動(dòng)方向整體與井壁保持一致，飽和度0%試樣顆粒整體有微小面向井壁運(yùn)動(dòng)的趨勢（圖13（a）），循環(huán)剪切導(dǎo)致試樣內(nèi)部顆粒排列更密集，宏觀呈剪縮體變；飽和度15%試樣顆粒整體有微小遠(yuǎn)離井壁運(yùn)動(dòng)的趨勢（圖13（b）），原因?yàn)榭扇急哪z結(jié)作用產(chǎn)生自鎖效應(yīng)［11］，試樣宏觀呈剪脹體變。兩組高飽和度（30%、45%）試樣剪切區(qū)域內(nèi)顆粒失去膠結(jié)約束而只承受壓力，同時(shí)殘留少部分可燃冰顆粒對臨近顆粒持續(xù)膠結(jié)形成較大顆粒團(tuán)簇（圖14），這些顆粒與團(tuán)簇在循環(huán)剪切作用下相互碰撞，翻滾錯(cuò)動(dòng)（圖13（c）～（d）），使剪切區(qū)域外顆粒整體向外運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了明顯的剪脹體變，循環(huán)剪切過程近井孔隙率逐漸增大（圖6（a））。

4 結(jié) 論

（1）通過砂土顆粒-可燃冰顆粒整體生成法，制得特定飽和度含可燃冰砂土-開采井界面數(shù)值試樣，開展不同條件下界面循環(huán)剪切模擬試驗(yàn)；可燃冰顆粒的賦存使界面試樣在循環(huán)剪切荷載下呈剪脹體變；高飽和度試樣呈強(qiáng)度弱化特征，且飽和度越高，弱化越明顯。

（2）循環(huán)剪切作用下，高飽和度界面試樣近井區(qū)域出現(xiàn)明顯膠結(jié)失效區(qū)域，該區(qū)域顆粒由彈性接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ粱平佑|，無法充分傳遞剪切荷載，造成界面強(qiáng)度弱化；法向應(yīng)力與剪切振幅的增大均會(huì)加劇界面試樣近井區(qū)域可燃冰膠結(jié)失效，影響結(jié)構(gòu)安全。

（3）膠結(jié)失效區(qū)域內(nèi)大部分顆粒失去膠結(jié)約束，同時(shí)少部分膠結(jié)未失效的可燃冰顆粒與鄰近顆粒形成較大粒徑團(tuán)簇，這些顆粒與大粒徑團(tuán)簇在循環(huán)剪切作用下翻滾錯(cuò)動(dòng)，使試樣宏觀呈剪脹體變；法向應(yīng)力對試樣界面近井區(qū)域孔隙率發(fā)展有抑制作用，剪切振幅的增大會(huì)加劇界面近井區(qū)域孔隙率發(fā)展。

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（編輯 李志芬）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51890914，52179119）

第一作者及通信作者：張玉（1985-），男，教授，博士，研究方向?yàn)槟茉磶r土力學(xué)與工程。E-mail： zhangyu3@mail.neu.edu.cn。

引用格式：張玉，侯勁宇，欒雅琳，等.循環(huán)剪切作用下含可燃冰砂土-開采井界面強(qiáng)度弱化細(xì)觀機(jī)制［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（3）：91-100.

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