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《脆性岩石破裂过程渗透性演化试验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第24卷第10期东北大学学报(自然科学版)Vol124,No.102003年10月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Oct.2003文章编号:100523026(2003)1020974204脆性岩石破裂过程渗透性演化试验1121杨天鸿,徐涛,冯启言,唐春安(1.东北大学岩石破裂与失稳研究中心,辽宁沈阳110004;2.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221008)摘要:为探讨脆性岩石变形破裂过程中渗透性的演化规律,利用电液伺服控制岩石力学试验系统(MTS815102)对不同岩性的岩石进行了应力2应变
2、全过程渗透试验·试验结果表明岩石的渗透率与其应力状态密切相关,岩石峰后的渗透率普遍远大于峰前,常在应力2应变曲线峰后区出现“突跳”现象,而造成这一现象的根本原因在于岩石内部细观结构的变化·并根据试验结果建立了峰值前后反映岩石结构变化特征的分段应力2渗透率关系方程,为建立描述岩石破裂过程应力2渗透率耦合数值模型提供了可靠的试验依据·关键词:脆性岩石;破裂过程;应力2渗透率方程;渗透性演化;孔隙水压;试验研究中图分类号:P58812;TU452文献标识码:A目前在不均匀、各向异性的地下水渗流场分独立的封闭系统,分别控制围压、轴压、孔压,控制析计算研究中一般将渗流场参数
3、作为常数处理,精度极高·使得在现场工程岩体中某一点的渗透试验结果很试验岩样取自姚桥煤矿奥陶系灰岩(10块)难客观地反映开挖活动中工程岩体的渗透性变和东滩煤矿侏罗系砂岩(10块),其中砂岩致密、化,如果将其应用于整个工程区域应力场与渗流偶见裂隙,白云岩细晶、中晶结构,致密,含微裂场的耦合分析中就会存在很大的局限性,甚至可隙,被方解石充填,红层砂岩紫红色,分细粒、中粒能造成严重的工程灾害事故·和粗粒,含砾,层理发育,半固结,固结·试样直径[1]Brace首先研究了花岗岩在高围压和孔压50～55mm,高60～75mm·试验方法采用瞬态下的渗透率变化规律,开创了结合应力状
4、态研究法,实施步骤可参见文献[6,7]·[2～12]岩石渗透率的先例·此后,国内外许多学者2试验结果分析在这方面做了大量的工作,然而由于研究对象、实验手段的限制,一些学者得出差异较大的结论·目2.1岩石变形破裂过程中的渗透性演化前的先进实验设备,能够测出特定条件下岩石的由图1可以发现岩石全应力2应变过程的渗应力峰值(强度)和渐近破裂及其渗透率演化过透率变化具有如下规律:①对应于应力2应变曲程,为此,本文试图通过利用先进的实验设备,测线,峰后岩石的渗透率普遍大于峰前,渗透率的最出特定条件下岩石的应力峰值和渐近破裂过程中高值点位于峰后软化段,而最低值点位于弹性阶的渗透
5、率演化关系,研究脆性岩石介质材料加载段,渗透率的最高值与最低值要差1～2个数量破裂过程中渗透性的演化规律,建立并描述脆性级,甚至3～4个数量级;②岩石的渗透率常在应岩石破裂过程的应力(应变)2渗透率关系方程·力2应变曲线峰后区出现突然增大的“突跳”现象·在“突跳”前,岩石渗透率值一般较低,而在突跳位1试验设备和研究方法置上,岩石渗透率一般直接跳跃到最大值,或接近本次试验应用中国矿业大学引进的MTS最大值,突跳时渗透率曲线斜率很大;③岩石的渗815102型电液伺服岩石力学试验系统,该系统由透率与其应力状态密切相关·如果岩石不进入峰计算机控制,自动采集和处理数据,是国
6、内惟一可后阶段,渗透率将保持在较低水平上,而一旦进入以进行孔压和渗透试验的设备·该系统具有3套峰后阶段,岩石的渗透率将远远大于弹性阶段的收稿日期:2003204215基金项目:国家自然科学基金资助项目(50204003,50174013)·作者简介:杨天鸿(1968-),男,辽宁大连人,东北大学副教授;唐春安(1958-),男,湖南黔阳人,东北大学长江学者奖励计划特聘教授,博士生导师·第10期杨天鸿等:脆性岩石破裂过程渗透性演化试验975渗透率·剪胀;泥岩峰值后渗透率迅速减小,这与其遇水崩此外,对比不同岩性的应力应变2渗透率曲解和膨胀后渗透率降低有关;而部分粉砂岩
7、和灰线,可发现如下几点差别:①峰值前的渗透率由泥岩峰值后渗透率略有减小,是由于其破裂面平直岩2灰岩2粉细砂岩2中粗砂岩逐渐增大,表明颗粒单一(垂直劈裂,图2),在围压下有所闭合;③岩越粗,孔隙越大,渗透性越好,同时应力的增加对石渗透率突跳点的位置与岩石的脆性强弱有关,渗透性的减小程度影响越大,但突跳值较小,且位脆性越明显(越均匀),突跳越靠近曲线的峰值点·于峰值点后;②峰值后,灰岩和中砂岩渗透率较稳脆性较差的岩石(非均匀),其渗透率突跳点处在定后有所增高,由于破裂面倾斜、粗糙、起伏,发生峰值前(如具有较大原生孔隙)·图1岩石试件的全应力2应变及对应的应变2渗透率曲
8、线Fig.
