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申请/专利权人：武汉大学

摘要：本发明公开了一种考虑真实造岩矿物物理参数的页岩微观力学特性尺度升级方法，包括以下步骤：进行纳米压痕测试；定位并检查残余压痕矩阵；得页岩真实矿物分布特征的彩色图像；区分不同矿物的纳米压痕微观力学参数；通过原子力显微镜力学测试获得矿物胶结界面力学参数；建立反应页岩真实物理参数的有限元计算模型；将纳米压痕测试和原子力显微镜测试结果赋予代表不同矿物的计算单元；开展宏观力学测试仿真试验；利用机器学习算法分析微观力学参数与宏观力学特性之间的关联；编制综合报告。本发明能够将纳米压痕、原子力显微镜等微观测试手段得到的力学参数有效升级到宏观尺度，从而指导页岩多尺度力学特性相关的工程实践。

主权项：1.一种考虑真实造岩矿物物理参数的页岩微观力学特性尺度升级方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，进行页岩样品表面精确抛光，进行纳米压痕测试，获得一组页岩表面微观力学参数大数据集合；步骤S2，在扫描电子显微镜下检查纳米压痕测试在页岩表面留下的残余压痕矩阵，确认纳米压痕测试数据的有效性；步骤S3，采用全自动矿物分析系统对页岩表面残余压痕矩阵区域进行矿物特征分析，通过分析每个测量点的元素信息，结合背散射电子图像，得到反应真实矿物嵌布特征的彩色图像；步骤S4，将残余压痕矩阵与彩色矿物图像的空间位置进行对比，得到不同矿物的纳米压痕数据，从而计算不同矿物的纳米压痕微观力学参数；步骤S5，对照页岩矿物分布图像，在矿物边界处进行原子力显微镜力学测试，获得矿物与矿物之间胶结界面的力学参数；步骤S6，将真实矿物分布图像进行灰度处理，通过检测图像像素的灰度值，可以区分不同的页岩矿物，并将代表不同矿物类型的灰度值像素整合到有限元模型中的矩形单元中，在页岩矿物颗粒模型的矿物与矿物之间插入胶结单元，得到基于真实矿物形态的页岩矿物颗粒物理模型；步骤S7，将先前获得的页岩矿物的纳米压痕力学参数赋予不同的矿物单元，将原子力显微镜获得的矿物胶结面参数赋予胶结单元，得到基于真实矿物形态的页岩矿物颗粒计算模型；步骤S8，将计算模型导入有限元求解软件，开展单轴压缩试验、巴西半圆盘三点弯曲仿真试验，得到应力-应变曲线，从曲线中求解出页岩的宏观抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和断裂韧性参数，从而实现微观尺度力学参数的尺度升级；步骤S9，利用机器学习算法分析微观力学参数与宏观力学特性之间的关联，以优化和校准模型预测准确性；步骤S10，结合实验数据和模型分析结果，编制综合报告，总结页岩的微观力学特性与宏观力学行为之间的关键关联，为页岩工程设计和评估提供理论依据。

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