Abstract The anisotropic characteristics is obviously performed for the marine shale in Northwestern Hunan, China, it's closely related to the developed bedding existing in shale formation layers. While the investigations of the shales' anisotropic behaviors under the different bedding angles are still lacking on comprehensive understanding in this region. In order to understand shales' anisotropic behaviors considering its bedding angle, in this paper, the mechanical properties and failure modes of the marine shales, as well as shales' fragments fractal behaviors were researched based on the elastic strain energy in the shales' failure process. The results show that, the elastic energy release and storage in the failure process of shale are depended on bedding angles, it decides the shales' failure modes, which including piercing blast failure, penetrating shear-slip failure, sliding failure, sliding-shear failure and tensile failure. The findings also indicate that under the different bedding angles, the correlations between the uniaxial compressive strength (UCS), elastic strain energy, and the elastic modulus can be established. Further, via fractal statistics, the relationship between fractal dimensions of the shales' fragments and elastic strain energy has also been obtained. Finally, a novel evaluation scheme was proposed to define the shale's anisotropy grade based on the elastic strain energy. This investigation is significant for the hydraulic fracturing performing design related with the anisotropy characteristics of the marine shale theory.

中文翻译：

---

湘西北海相页岩各向异性特征试验研究

摘要 湘西北海相页岩具有明显的各向异性特征，这与页岩地层发育的层理密切相关。而对该地区不同层理角度下页岩各向异性行为的研究尚缺乏全面的认识。为了解页岩层理角度的各向异性行为，本文基于页岩破坏过程中的弹性应变能，研究了海相页岩的力学特性和破坏模式，以及页岩碎片的分形行为。 . 结果表明，页岩破坏过程中弹性能量的释放和储存取决于层理角度，它决定了页岩的破坏模式，包括穿刺爆破破坏、贯穿剪切滑动破坏、滑动破坏、滑动剪切破坏和拉伸破坏。研究结果还表明，在不同的层理角度下，可以建立单轴抗压强度（UCS）、弹性应变能和弹性模量之间的相关性。此外，通过分形统计，还得到了页岩碎片的分形维数与弹性应变能之间的关系。最后，提出了一种基于弹性应变能定义页岩各向异性等级的新评价方案。该研究对于涉及海相页岩理论各向异性特征的水力压裂施工设计具有重要意义。滑动剪切破坏和拉伸破坏。研究结果还表明，在不同的层理角度下，可以建立单轴抗压强度（UCS）、弹性应变能和弹性模量之间的相关性。此外，通过分形统计，还得到了页岩碎片的分形维数与弹性应变能之间的关系。最后，提出了一种基于弹性应变能定义页岩各向异性等级的新评价方案。该研究对于涉及海相页岩理论各向异性特征的水力压裂施工设计具有重要意义。滑动剪切破坏和拉伸破坏。研究结果还表明，在不同的层理角度下，可以建立单轴抗压强度（UCS）、弹性应变能和弹性模量之间的相关性。此外，通过分形统计，还得到了页岩碎片的分形维数与弹性应变能之间的关系。最后，提出了一种基于弹性应变能定义页岩各向异性等级的新评价方案。该研究对于涉及海相页岩理论各向异性特征的水力压裂施工设计具有重要意义。并且可以建立弹性模量。此外，通过分形统计，还得到了页岩碎片的分形维数与弹性应变能之间的关系。最后，提出了一种基于弹性应变能定义页岩各向异性等级的新评价方案。该研究对于涉及海相页岩理论各向异性特征的水力压裂施工设计具有重要意义。并且可以建立弹性模量。此外，通过分形统计，还得到了页岩碎片的分形维数与弹性应变能之间的关系。最后，提出了一种基于弹性应变能定义页岩各向异性等级的新评价方案。该研究对于涉及海相页岩理论各向异性特征的水力压裂施工设计具有重要意义。