一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法技術

本發明專利技術公開了一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，取巖芯試樣進行三軸滲流-應力耦合流變試驗，得到滲流-應力耦合流變條件下的滲透率曲線和體積應變流變曲線，將體積應變流變曲線根據滲透規律進行階段劃分，并利用函數擬合方式分析各階段滲透率與體積應變關系，得到滲流-應力耦合流變試驗中低滲透巖石滲透率與體積應變的關系表達式。本發明專利技術將低滲透巖石在滲流-應力耦合流變試驗中的體積應變根據滲透率演化規律進行分階段劃分，能夠根據滲流-應力耦合三軸流變試驗中的滲透演化規律，分析不同階段的滲透率與體積應變關系，可以得到整個流變試驗中的滲透率與體積應變關系式，對準確評價巖石在滲透-應力耦合條件下的長期穩定性問題具有參考價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及巖石力學與工程領域，具體涉及一種低滲透巖石滲透率與體積應變關系的確定方法。
技術介紹
低滲透巖石滲透特性的研究是目前巖石力學一個重要的研究課題，具有非常重要的工程背景和意義。低滲透巖石在許多地下巖石工程中普遍存在，如地下存儲洞庫、大壩壩基、地下引水隧洞等。對于深埋的低滲透巖石，由于存在一定地下水，通常會涉及水與巖石的相互耦合作用，主要是滲透水壓影響圍巖的應力分布情況，改變巖石所處應力場，而應力的重分布又導致巖石滲透特性發生變化，進而引起滲流場的改變。對于低滲透巖石而言，有必要開展應力-應變全過程中的滲透性演化規律研究，分析低滲透率巖石滲流-應力耦合條件下的滲透特性。巖石的流變力學特性試驗是確定巖石長期穩定性的主要手段之一，而滲流-應力耦合條件下的流變力學試驗對于研究低滲透巖石在水環境中的長期穩定性具有十分重要的意義。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提供一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，通過低滲透巖石在滲流-應力耦合流變試驗中滲透率演化規律對相應的體積應變曲線進行分階段劃分，分析各階段體積應變變化與滲透率變化特征，確定各階段滲透率與體積應變的關系。技術方案：本專利技術提供了一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，其特征在于：取巖芯試樣放入三軸滲流-流變試驗儀上，施加圍壓和滲壓進行三軸滲流-應力耦合流變試驗，得到滲流-應力耦合流變條件下的滲透率曲線和體積應變流變曲線，將體積應變流變曲線根據滲透規律進行階段劃分，并利用函數擬合方式分析各階段滲透率與體積應變關系，得到滲流-應力耦合流變試驗中低滲透巖石滲透率與體積應變的關系表達式。進一步，所述三軸滲流-應力耦合流變試驗采取分級加載的方式，先對同批次的巖芯試樣進行滲流-應力耦合三軸瞬時試驗，取流變試驗的初始加載水平為瞬時試驗中峰值強度的55％～65％，隨后依次按峰值強度的5％左右加載，每級流變時間不少于50小時，直至巖樣發生流變破壞。進一步，所述滲透率曲線的變化規律為：初始加載時滲透率迅速下降，并逐漸平穩，在流變變形階段基本保持定值，當最后一級加載后滲透率顯著增加，并最終達到峰值。進一步，體積應變流變曲線可根據滲透率變化規律劃分為三個階段，分別為初始加載階段、流變變形階段和流變破壞階段；所述初始加載階段為從巖樣初始加載到第一級加載水平的流變變形，所述流變變形階段為中間各級應力水平下的流變變形，所述流變破壞階段為最后一級的流變破壞。進一步，將三個階段的滲透率-體積應變關系進行函數擬合，其中流變破壞階段的體積應變取體積應變相對值，即實際體積應變與流變破壞階段初始點體積應變之差的絕對值；擬合各階段滲透率與體積應變的關系曲線，并得到滲流-應力耦合流變試驗中滲透率與體積應變的關系表達式。有益效果：本專利技術將低滲透巖石在滲流-應力耦合流變試驗中的體積應變根據滲透率演化規律進行分階段劃分，能夠根據滲流-應力耦合三軸流變試驗中的滲透演化規律，分析不同階段的滲透率與體積應變關系，可以得到整個流變試驗中的滲透率與體積應變關系式，對準確評價巖石在滲透-應力耦合條件下的長期穩定性問題具有參考價值。附圖說明圖1為本實施例巖樣的體積應變流變曲線與滲透率流變曲線圖；圖2為本專利技術方法確定初始加載階段體積應變與滲透率關系曲線；圖3為本專利技術方法確定流變變形階段體積應變與滲透率關系曲線；圖4為本專利技術方法確定流變破壞階段體積應變與滲透率關系曲線。具體實施方式下面對本專利技術技術方案進行詳細說明，但是本專利技術的保護范圍不局限于所述實施例。實施例：本實施例通過低滲透巖石試樣在滲流-應力耦合條件下的流變力學特性試驗得到體積應變流變曲線與滲透率流變曲線，通過滲透率在流變試驗中的變化規律對體積應變曲線進行階段劃分，利用函數擬合分階段研究滲流-應力耦合流變試驗中的滲透率與體積應變關系，得到滲透率與體積應變的關系表達式。本實施例的具體實施步驟如下：①利用取芯鉆具獲取地下花崗片麻巖巖芯試樣，選取完好、無損且原始的內部結構完整的巖芯試樣加工成高度為100mm、直徑為50mm的標準圓柱形試樣。②取圍壓(σ3/MPa)為巖石所受實際地應力值4MPa，滲壓(Pi/MPa)為巖石所受實際滲透壓力值2MPa，滲壓加載采取巖樣底端與頂端壓力差的形式加載，其中底端滲壓大于頂端滲壓，兩者壓力差即為巖樣所施加的滲壓。采取分級加載的方法進行滲流-應力耦合流變力學特性試驗：首先對與巖樣同批次的試樣進行滲流-應力耦合三軸瞬時試驗，故本實施例流變試驗的初始加載水平取瞬時試驗中峰值強度的55％，即125.00MPa，每級加載10.00MPa，每級流變時間為72小時，直至巖樣發生流變破壞。得到體積應變流變曲線與滲透率流變曲線，如圖1所示，圖中K為巖石的滲透率，εv為巖石的體積應變、t為巖石的流變時間。體積應變流變曲線的滲透率變化規律為：初始加載時滲透率迅速下降，并逐漸平穩，在流變變形階段基本保持定值，當最后一級加載后滲透率逐漸增加，隨后急劇增加并最終達到峰值。③將體積應變流變曲線根據滲透率變化規律劃分為三個階段，分別為初始加載階段、流變變形階段、流變破壞階段；初始加載階段為從巖樣初始加載到第一級加載水平的流變變形，流變變形階段為中間各級應力水平下的流變變形，流變破壞階段為最后一級的流變破壞，取A點為初始加載階段與流變變形階段分界點，B點為流變變形階段與流變破壞階段分界點，這兩點的體積應變分別為εvA和εvB。④以體積應變εv為橫坐標，滲透率K為縱坐標，畫出各階段滲透率-體積應變散點圖；其中，初始加載階段采用指數函數擬合，如圖2所示；流變變形階段的滲透率剔除突變點的數據后，均圍繞一圓心點分布，故認為該階段的滲透率為常數C，如圖3所示；將流變破壞階段體積應變取體積應變相對值εvi，即實際體積應變與流變破壞階段初始點體積應變之差的絕對值：εvi＝|εv-εvB|然后采用指數函數擬合得到相應的擬合曲線(如圖4所示)。⑤通過分階段擬合可以得到滲流-應力耦合條件下流變力學特性試驗中的滲透率與體積應變關系表達式：K=y=a1exp(-b1ϵv)+c1(t<tA)C(tA≤t<tB)y=a2exp[b2(ϵvB-ϵv)]+c1(t≥tB)]]>式中，tA、tB分別為A點和B點的時間值，a1、b1、c1、a2、b2和c2均為參數，可通過滲流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，其特征在于：取巖芯試樣放入三軸滲流?流變試驗儀上，施加圍壓和滲壓進行三軸滲流?應力耦合流變試驗，得到滲流?應力耦合流變條件下的滲透率曲線和體積應變流變曲線，將體積應變流變曲線根據滲透規律進行階段劃分，并利用函數擬合方式分析各階段滲透率與體積應變關系，得到滲流?應力耦合流變試驗中低滲透巖石滲透率與體積應變的關系表達式。

【技術特征摘要】
1.一種低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，其特征在于：取巖芯試樣放入三軸滲流-流變試驗儀上，施加圍壓和滲壓進行三軸滲流-應力耦合流變試驗，得到滲流-應力耦合流變條件下的滲透率曲線和體積應變流變曲線，將體積應變流變曲線根據滲透規律進行階段劃分，并利用函數擬合方式分析各階段滲透率與體積應變關系，得到滲流-應力耦合流變試驗中低滲透巖石滲透率與體積應變的關系表達式。
2.根據權利要求1所述的低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，其特征在于：所述三軸滲流-應力耦合流變試驗采取分級加載的方式，先對同批次的巖芯試樣進行滲流-應力耦合三軸瞬時試驗，取流變試驗的初始加載水平為瞬時試驗中峰值強度的55%~65%，隨后依次按峰值強度的5%左右加載，每級流變時間不少于50小時，直至巖樣發生流變破壞。
3.根據權利要求2所述的低滲透巖石流變滲透率與體積應變關系的確定方法，其特征在于：所述滲透率曲線...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉琳，徐衛亞，王環玲，王偉，王如賓，
申請(專利權)人：河海大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32