针对页岩储层在复杂应力和渗流条件下损伤演化、突发失稳及渗透率变化难以准确表征的问题，提出了一种融合数字岩心重构、离散元数值模拟与尖点突变理论的岩石损伤分析方法。该方法首先基于微米CT图像构建页岩三维数字岩心模型，提取不同孔隙结构特征；随后利用离散元方法模拟页岩在单轴压缩、三轴压缩及渗流-力学耦合条件下的力学响应和裂缝演化过程；在此基础上，引入尖点突变理论，建立可用于识别岩石损伤突发失稳临界点的理论模型。
图1 CT数字岩心结合离散元模拟分析技术流程
研究结果表明，孔隙度、围压和孔隙压力对页岩力学性质及破坏模式具有显著影响。随着孔隙度升高，页岩内部有效承载骨架被削弱，峰值强度和弹性模量明显降低，裂缝更易萌生并扩展；随着围压增大，岩石裂缝张开受到抑制，峰值强度和弹性模量提高，破坏过程由脆性突发破坏逐渐向相对稳定的延性变形转变；而孔隙压力升高会降低有效应力，促进微裂缝提前发育和损伤累积，从而加速岩石失稳过程。
(a) Uniaxial compression at different porosities
(b) Triaxial compression at different confining pressures
(c) Triaxial compression at different pore pressures
图2 不同条件下尖点模型与损伤因子对比图
进一步研究发现，尖点突变模型预测的临界平衡点与裂缝损伤因子突增位置具有较好一致性，说明该模型能够有效识别页岩由稳定损伤演化向突发破坏转变的关键时刻。基于临界点前后的渗透率计算结果与现场渗透率数据对比表明，岩石发生突变失稳后，裂缝连通性显著增强，渗透率出现明显跃升。该研究为页岩储层损伤破裂机制认识、储层稳定性评价以及油气资源开发优化提供了新的理论依据和技术方法。
研究成果发表在岩石力学领域国际权威期刊Rock Mechanics and Rock Engineering上，论文第一作者与通讯作者为太阳成tyc7111cc博士生王子琪，其博士生导师为孙建孟教授，合作作者包括太阳成tyc7111cc的潘为良、高泓琳、孙晓娟，以及辽宁工程技术大学的文海欧，tyc7111cc太阳成集团为第一单位。研究受国家自然科学基金（No. 42474156、42174143）资助。
论文信息：Wang, Z., Sun, J.-M., Pan, W., Gao, H., Sun, X., Mechanical Damage and Failure of Digital Rock Based on Cusp Catastrophe Theory, Rock Mechanics and Rock Engineering, https://doi.org/10.1007/s00603-026-05572-2.
