CT尺度砂岩渗流与应力关系试验研究

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1、第24卷第23期岩石力学与工程学报Vol.24No.232005年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2005CT尺度砂岩渗流与应力关系试验研究1，21，31，4仵彦卿，曹广祝，丁卫华(1.西安理工大学，陕西西安710048；2.上海交通大学，上海200240；3.辽宁省水文水资源勘测局，辽宁沈阳110003；4.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州730000)摘要：岩石渗流与应力关系研究是进行岩石渗流场与应力场

2、耦合分析的关键。运用岩石高压三轴加载装置和渗透压加载装置，对砂岩进行了渗流与应力关系试验，同时借助SOMATOMPLUS螺旋CT扫描机进行实时观测。通过试验结果分析，推出了基于CT数的岩石孔隙率公式，在此基础上，分析了岩石应力–应变过程中孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等的变化规律。结果发现：岩石渗透参数的变化与岩石受力损伤–破裂过程密切相关。在初期的压密阶段，岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等随应力的增大而减小；当岩石的内部出现微裂纹后，岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微

3、孔隙直径、渗透率等随应力的增大而增大，从宏观应力–应变关系看，从微裂纹出现到宏观破坏出现前，岩石还处于弹性变形阶段；当岩石宏观破坏时，岩石的孔隙率、渗透速度、渗流速度、微孔隙直径、渗透率等达到最大值。同时还发现：在渗透水压力作用下，受压砂岩的微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的45%，而同样干岩样中微裂纹起裂应力占岩石峰值强度的55%以上，也就是说，渗透水压力使砂岩样的强度损失10%。关键词：岩石力学；砂岩；细观尺度；渗流；应力；微孔隙直径；孔隙率；渗透率；CT扫描中图分类号：TU458文献标识码：A文章编号：10

4、00–6915(2005)23–4203–07EXPERIMENTALSTUDYONRELATIONBETWEENSEEPAGEANDSTRESSOFSANDSTONEINCTSCALE1，21，31，4WUYan-qing，CAOGuang-zhu，DINGWei-hua(1.Xi′anUniversityofTechnology，Xi′an710048，China；2.ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China；3.LiaoningBureauofHyd

5、rologyandWaterResourcesInvestigation，Shenyang110003，China；4.StateKeyLaboratoryofFrozenSoilEngineering，ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute，ChineseAcademyofSciences，Lanzhou730000，China)Abstract：Therelationbetweenseepageandstressisan

6、importantprobleminnumericalanalysisofcoupledseepageandstressfieldsofrockmass.Thetriaxialcompressiveandseepageexperimentofsandstonesampleisconductedinthelaboratoryusingtriaxialloadingapparatus，seepagepressureloadingapparatusandmedicalSOMTOMPLUSCTscanner.Byan

7、alyzingtheexperimentalresults，theporosityequationbasedonCTnumbersisproposedinCTscale.Usingtheequation，theporosities，realflowratesinporousrock，specificdischarge，permeabilityandthemicro-porediametersduringtheprocessesofstressandstrainofasandstonesamplearecalc

8、ulated.Resultsshowthatthechangesoftheseepageparametershavecloselyrelationstotheprocessesofdamagingandcrackinginthesandstonesample.Atthefirststageofcompressiontest，withtheincreaseofaxialcompression，thep