柱状节理岩体渗透性模型试验研究

针对柱状节理岩体渗透性质的研究较少,开展了柱状节理岩体相似材料的模型试验,研究了柱状节理岩体相似材料在多次围压循环加卸载作用下的渗透性质,分析得出柱状节理岩体存在表征单元体积,可以采用等效连续介质模型分析柱状节理岩体的渗流性质,提出了计算柱状节理岩体渗透率张量的方法,基于张量不变性理论,推导出了柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数的计算公式。研究表明:在围压初次加载阶段,柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数随围压加载显著降低,在随后的围压循环加卸载阶段主渗透系数保持较低值,围压的加卸载对柱状节理岩体的主渗透系数影响较少,且在每个围压加卸载阶段,柱状节理岩体渗透张量的主渗透系数与围压均呈幂函数关系;柱状节理岩体渗透张量的主方向随着围压加卸载逐渐增大,在初次围压加卸载阶段增长显著,在此后的围压加卸载阶段缓慢增长;柱状节理岩体在低围压下渗透各向异性较为显著,且随着柱体倾角增大渗透各向异性逐渐减弱,在第一次围压加载阶段,随围压增大柱状节理岩体的渗透各向异性迅速减弱,当加载到高围压时,柱体倾角对柱状节理岩体的渗透各向异性几乎没有影响,在此后的围压循环加卸载阶段,柱状节理岩体的渗透各向异性稳定在较低水平,柱体倾角对渗透各向异性的影响很微弱;柱状节理岩体的渗透性质均是在第一次围压加载阶段发生显著变化,且围压卸载后渗透性质不能恢复,此后的围压循环加卸载对其渗透性质影响很小。     

地下水封洞库围岩气体渗透特性及滑脱效应研究

地下水封洞库的围岩是一种低渗透岩石,其气体渗透特性,以及气体渗透率随压力的变化是地下水封洞库工程非常关注的问题。该文对某石油储备地下水封洞库的风化花岗片麻岩进行了室内的气体渗透特性试验,滑脱效应试验以及扫描电镜试验。试验结果表明:该风化花岗片麻岩气体渗透在不同围压阶段,渗透率和孔隙度变化规律不同;存在一个围压拐点,小于拐点值时,渗透率随围压满足指数函数,大于拐点值时,满足二次函数关系;SEM试验表明,岩石内部不整合接触形成的微裂隙和微孔洞导致了围压加载过程中渗透率和孔隙度不同变化规律;气体在低渗透岩样渗流过程中存在滑脱效应,应对测试所得到的渗透率进行滑脱效应的修正;对于地下水封洞库,设计和运行时要考虑气体渗透的滑脱效应的影响;气体滑脱效应的影响与围压有关,当围压为8 MPa~9 MPa时,气体滑脱效应对气测渗透率影响最大。     

低渗透岩石渗透率与孔隙率演化规律的气渗试验研究

低渗透岩石是地下石油和天然气储存、CO2储存、核废料处置的主要介质和地质环境,也是水利水电等工程建设中常见的一种复杂介质。利用河海大学与法国国家科研中心里尔力学研究所共同研发的低渗透岩石惰性气体渗透试验系统,以氩气为渗透介质,测试了3种低渗透岩石在不同围压作用下的有效孔隙率和气体渗透率的变化规律,分析和讨论了孔隙率和渗透率随围压的变化关系以及孔隙率与渗透率之间的函数关系。试验结果表明,对低渗透岩石,随着围压的增大,孔隙率和渗透率呈指数函数关系递减,试样BSE微观结构图像结果也表明了围压与孔隙结构的相关关系;在不考虑孔隙坍塌效应时,渗透率与孔隙率之间符合幂函数关系。     

复杂水库调度及降雨条件下堆积体滑坡离心试验研究

复杂水库调度是指库水位经历多次上升或下降且速率前后不一致的工况,是工程中常见情况。为研究水库调度和降雨条件下库岸堆积体边坡滑动触发因素、演化规律及失稳机制,以HD库区典型堆积体边坡为原型,自制库水位变动与降雨耦合作用离心试验系统,设计水位上升→水位下降(慢速)→降雨→水位下降(快速)工况,开展离心机模型试验。分析试验全过程中边坡宏观变形、孔隙水压力及土压力变化特征,以探究复杂水库调度及降雨条件下堆积体边坡变形破坏机制。结果表明：水库蓄水阶段边坡变形不易察觉,主要发生边坡底滑面前缘局部坍塌;库水位骤降会诱发边坡产生中下部的分级滑动并带动后缘产生拉裂缝;降雨引起坡表侵蚀及边坡整体下沉,表现出推移式破坏特征;尽管第2次水位骤降速率是第1次的2倍,但边坡变形表现为以前缘局部牵引式下沉为主。     

不同含水饱和度低渗透岩石气体滑脱效应研究

低渗透岩石气体滑脱效应的研究是油气开采与存储领域十分重要的内容,但目前关于低渗透岩石气体滑脱效应的研究大多是在气体单相流下进行的,对于气–液两相流时,液体对气体滑脱效应的影响,所做的研究不足。因此,利用研发的低渗透岩石惰性气体渗透性测试系统,对含水饱和度为0~70%的低渗透砂岩,进行了不同含水饱和度的低渗透岩石气体滑脱效应及有效渗透率变化规律的研究,试验结果表明:(1)二次公式k_g=k_∞(1+b/q-a/p~2)可以较为准确的解释低渗透岩石的气体滑脱效应,准确性明显高于Klinkenberg公式。(2)含水饱和度对低渗透岩石的气体滑脱效应有明显影响,气体滑脱效应随着含水饱和度增大而减少,在含水饱和度超过50%时,气体滑脱效应几乎完全被限制。(3)由于水的作用,含水的低渗透岩石随着围压增大,气体滑脱效应减少,这与克氏理论的结论相反。(4)含水饱和度对低渗透岩石的有效渗透率影响显著,随含水饱和度的增大有效渗透率减少,且围压越大,低渗透岩石的有效渗透率对含水饱和度变化越敏感。(5)低渗透岩石的有效渗透率与含水饱和度符合幂函数关系,即k_∞=k_0(1-S_w)~c。