岩石渗透率与应变相关特性试验的研究.pdfVIP

岩石渗透率与应变相关特性的试验研究 樊秀娟 李玉寿 王波 中国矿业大学 徐州 221008 E-mail:xjfan@ 摘 要 本文利用 MTS 伺服机进行稳态法水渗试验 对试验结果以多项式形式拟合了岩石渗 透率 应变方程 通过分析认为 岩石变形过程中 渗透率与变形形式密切相关 所有k −ε 曲线都有最低点 岩石在弹性阶段其渗透率变化不大 岩石产生结构破坏后其渗透率远大于 弹性阶段的渗透率 最高渗透率大多发生在软化阶段 少数发生在流动段末尾 关键词 岩石 渗透 稳态法 应变相关 1 引言 目前 岩石渗流的理论尚不成熟 渗流参数主要靠实验手段取得[1, 2] 然而 由于采动 过程顶板渗透性变化的复杂性及井下地质条件和施工环境的限制 常规的现场实验方法获取 岩层变形过程的渗透性参数在技术上相当困难 这就要求我们用实验室研究模拟工程实际 另一方面 在水体上及水体下采煤研究中 以往的研究方法一般是将岩体应力变化 岩体破 坏与岩体的渗透性变化 渗透规律分开 分别进行研究 实际上这两者是相互影响的 只有 将二者有机的结合起来进行耦合研究才符合实际情况 本文以砂岩为例测试了全应力 应变过程中渗透率变化的大量数据 由此建立渗透性 应变耦合关系 并就岩石变形过程 应力应变状态以及渗透率之间的关联特性进行探讨 2 稳态测试方法 根据岩石材料的致密程度不同 渗透系数的实验室测量有两种方法 即瞬态法和稳态法 [3] 本实验中采用的是稳态法 稳态法指在岩石的两端提供稳定的压差 或流量 通过测 量流量 或压差 从而获得岩石的渗透率 该实验要求的时间较长但精度比较高 适用于测 量渗透率较大的岩石 根据稳定渗流的 Dacay 定律 k p ∆ Q A 1 µ ∆L 式中 Q 为流体流量 ∆p 为岩样两端的压差 ∆L 为岩样长度 A 为岩芯的横截面面积 µ 为流体的粘度 k 为岩石的渗透率 水渗透实验是先施加一定的轴压p 1 围压p 2 孔压p 3 注意始终保持p 3 p 2 ,然 后降低岩石试件一端的孔压至p 4 在试件两端形成渗透压差∆p p 3 - p 4 从而引起水体 通过试件渗流 渗流过程中 ∆p 不断减少 ∆p 减少的速率 与岩石种类 岩石组构 试 件长度 渗流路径 试件截面尺寸 流体密度与粘度 以及应力状态和应力水平等因素有 关 根据实验过程中计算机自动采集的数据 可按下式计算岩石渗透率 k 的值 1 A −6 [ ( ) ( )]