不同渗透压力下盐岩的渗透率测试研究

地下盐腔被广泛应用于核废料地下处置、石油天然气地下储存和二氧化碳封存,由于盐岩的低渗透性,目前很难通过试验获得其渗透率。通过稳态法对3种不同成分盐岩进行渗透特性试验研究,获得盐岩的渗透参数,并对拟压力法和考虑克氏效应的2种渗透率计算方法的结果进行对比研究。结果表明：(1) 盐岩的渗透率与孔隙度极低,孔隙度为0.3%～3.0%,纯盐岩渗透为10－20 m2左右,而含杂质盐岩渗透率更低,为10－20～10－21 m2;(2) 对盐岩的气测渗透率进行测试,进气压力为1～5 MPa时,Klinkenberg 效应影响明显,当渗透力超过5 MPa后,岩体在渗透力作用下会产生损伤,渗透率升高;(3) 通过对比,考虑Klinkenberg效应的方法较拟压力法在盐岩渗透率计算中更为理想。     

层状盐岩细观孔隙特性试验研究

孔隙特性是决定盐岩储库密闭性的关键因素。对层状盐岩中不同岩性的试样开展压汞法测试和电镜扫描试验,分析层状盐岩孔隙率与渗透率的关系,并对层状盐岩的孔隙结构、分布特性及其密封性能进行研究。压汞测试表明：盐岩、泥岩和泥质钙芒硝的孔隙率平均值分别为2.7%,6.0%和2.5%,与常规岩石对比发现层状盐岩的孔隙率处在非常低的水平。孔隙率与渗透率之间存在明显的关系：低孔隙率是低渗透率的充分非必要条件,而高渗透率是高孔隙率的充分非必要条件,高孔隙率的试样有时也会出现低渗透率的情况。对岩体渗透率影响最大的是相互连通的部分孔隙,一旦存在连通的孔隙,渗透率就会显著增加。电镜扫描结果显示,盐岩是典型的晶体构造,内部结构密实,无明显的孔隙存在。泥岩中黏土和有机质颗粒的差异会显著影响其孔隙性质,颗粒粒径大小不一且呈块状或卵石状的区域孔隙大量发育,颗粒均质、呈块状的区域结构密实,孔隙较不发育。泥岩和盐岩的交界面处并不是孔隙发育的区域,泥岩和盐岩相互咬合、嵌入及泥岩细小颗粒的填充使孔隙率降低。含泥盐岩(含盐泥岩)中局部孔隙较为发育,并且连通度较高,是渗流可能发生的区域,建议储气库设计建造时避免将关键部位设置在孔隙发育区域,以保障密闭性。本文的研究成果可为储气库的建造及密闭性分析提供指导。     

高温对混凝土孔隙率及渗透性影响的试验研究

简要评述了混凝土耐久性与孔隙率及渗透性的关系.通过采用纯酒精测试混凝土孔隙率;透氩气性能测试混凝土渗透性,并用Klinkenberg效应进行校正,试验研究了混凝土加热前后孔隙率及渗透性的变化.结果表明,混凝土受高温后,:孔隙率及渗透性明显增大,从而可证明其耐久性降低.     

硫酸钙晶须对混凝土渗透性影响的试验研究

为研究硫酸钙晶须对混凝土渗透性的影响,通过压差稳定法和电通量法分别测试了硫酸钙晶须混凝土的气体渗透系数及氯离子扩散系数,同时采用压汞法测定其微观孔结构参数。试验结果与分析表明:硫酸钙晶须能降低混凝土的渗透性,且相对氯离子扩散性,对降低其气体渗透性的影响更加明显;当硫酸钙晶须掺量为0.5%的水泥质量时,混凝土的气体渗透系数及氯离子扩散系数最小。掺加硫酸钙晶须可降低混凝土的孔隙率,掺量为0.5%水泥质量时,混凝土的孔隙率最低;硫酸钙晶须的掺入降低了混凝土毛细孔的孔径占比,减少了毛细孔压力和毛细孔渗透力,从而降低了混凝土的渗透性。     

低渗透介质渗透性试验研究

在核废料地下处置、能源地下储存和深埋地下工程中,低渗透率岩石的渗透性测试是难点问题.通过研制的低渗透率岩石渗透仪,在氮气形成稳态渗流的条件下,对锦屏大理岩进行渗透特性研究.比较气体渗流偏微分方程中考虑气体Klinkenberg效应的渗透率精确解和通过拟压力法得到的渗透率解,表明渗流偏微分方程中考虑气体Klinkenberg效应的计算方法在理论上和试验数据处理结果上更为优越.研究结果表明:(1) 低渗透率岩石渗透仪稳定、误差小,可以进行致密岩石的低渗透率测定;(2) Klinkenberg效应对低渗透率岩石的气体渗透影响显著,考虑Klinkenberg效应的数值模拟方法可以很好地模拟气体渗透;(3) 锦屏大理岩的渗透率为10-20 m2左右.     

深部低透气性首采层煤与瓦斯气固耦合模型

立足于消除煤层渗透及扩散特性对于煤与瓦斯气固耦合模型的干扰,在分析首采煤层所处应力状态特点的基础上,建立更符合煤体的孔隙裂隙二重介质特性的修正的P-M渗透率模型,提出考虑解吸–扩散效应及Klinkenberg效应的煤与瓦斯气固耦合模型,详细阐述多物理场之间的耦合作用关系。应用该模型模拟分析深部首采层顺层钻孔预抽消突过程中煤层瓦斯压力及渗透率的演化规律。模拟结果表明,Klinkenberg效应对低渗透煤层瓦斯运移的促进作用显著,并随着瓦斯压力减小促进效果增大;煤体绝对渗透率的动态变化是骨架压缩效应及基质收缩效应的竞争结果,瓦斯压力开始减小时,骨架压缩效应首先起主导作用,渗透率减小,瓦斯压力持续降低时,基质收缩效应逐渐取代其成为主导作用,渗透率增大。     

盐岩溶腔二氧化碳地质储存研究

二氧化碳是主要的温室气体,地质储存是减缓温室效应的有效途径.盐岩溶腔由于其孔隙率低、粘塑性强等物理力学特性,完全可以用来进行二氧化碳储存.对二氧化碳性质、盐岩物理力学特性、盐岩溶腔中二氧化碳地质储存状态等进行了研究,分析了盐岩溶腔储存二氧化碳的可行性,以及二氧化碳储存的极限压力与储存状态.为我国盐岩溶腔二氧化碳储存提供一定的基本思路.     

混凝土渗透性概念的细化及其测试方法

探讨了混凝土渗透性概念的三种含义及其测试方法,并重点探讨了它们之间的相互关系.根据混凝土渗透性驱动力的种类,将其概念划分为毛细孔压力渗透性、水压力渗透性和浓度差渗透性(或称离子渗透性)三种.重点指出毛细孔压力渗透性与其他两种渗透性之间的相互关系,会随着混凝土孔结构的变化而发生变化.并进一步指出水压力渗透性和氯离子渗透性测试方法的不足,以及两者与毛细孔压力渗透性测试方法之间不确定的相关性.故评价混凝土的渗透性时,应当综合考虑毛细孔压力渗透性与其他两种渗透性.     

基于渗透非线性的黏土岩热–水–力耦合效应研究

在多孔介质的热–水–力耦合分析中,孔隙率和孔隙水的黏滞性是影响渗透性的主要因素。通过研究孔隙率和孔隙水黏滞性的改变规律,在数值分析时,引入了孔隙率随应力改变和孔隙水黏滞性随温度改变的渗透非线性分析方法。同时研究了数值分析中温度荷载作用下应力边界条件和位移边界条件对温度应力的影响。研究结果表明:温度荷载作用下,数值分析时采用应力约束边界比位移约束边界更合理;考虑渗透非线性情况下得到的孔隙压力计算值与实测值更接近。     

孔隙率的应力-剪胀依存性对CO_2地层注入热-气-应力耦合影响的数值分析

在所建立的热–气–应力耦合弹塑性模型中,引入已有的经验关系式,将岩体的孔隙率和渗透性作为平均有效应力和剪胀体积应变的函数,并编制相应的二维有限元计算程序。以一个假定的由注入层和冠石层组成的地质结构为考察对象,就岩体不同孔隙率和渗透系数的3种工况,在CO2注入过程中,对岩体中的热–气–应力耦合现象进行数值模拟。计算结果表明:在相同的注入速率和时间内,3种工况所对应地层的孔隙率、孔隙气体压力、岩体位移、应力状态和受拉、剪切破坏范围均有明显不同。因此,将岩体的孔隙率和渗透性作为应力的函数、特别是计入剪胀体积应变的影响,应该更为接近实际情况。     

岩体质量评价在清江水布垭面板坝趾板建基岩体验收中的应用

清江水布垭面板坝坝高233m，为目前世界最高面板坝，其趾板建基岩体软硬相间，岩性复杂，如何从经济和工程安全两方面，确定建基岩体利用和验收标准值得研究。以往经常采用岩体风化程度或者岩体波速作为水工建筑物建基岩体利用和开挖后的验收标准，但不能全面反映岩体强度、变形特性及抗渗性等岩体质量特征。提出以工程岩体分级作为趾板建基岩体质量评价方法，建立了相应的岩体利用和验收标准，并应用于趾板建基岩体验收。通过岩体声波测试和岩石抗压强度试验，对趾板建基岩体质量进行评价，并进行岩体质量分区，指出了质量较差岩体分布部位，在施工过程中得到及时处理。     

岩石风化程度特征指标的分析研究

岩石风化程度的划分及工程特性研究，对于工程基础面高程的选择以及工程环境或工程材料的利用具有重要意义。关于岩石风化程度划分目前多是采用工程地质定性评价方法，依赖定性的不确定判据进行岩石风化程度划分带有很大随意性。因此，研究和发展定量分析评价方法是必要的。岩石经过风化作用，形成的风化裂隙具有无方向性、不规则发育等特点，与构造作用形成的微裂隙有着本质区别；风化作用改变了岩石的矿物成分，岩石在风化过程中表现出来的阶段性，反映了岩石的不同风化程度。基于对风化岩石显微裂隙的发育状况及其次生充填特点、长石蚀变性质、粘土矿物成分变化等定性资料的分析研究，给出了定量化的统计，建立了岩石风化程度划分的判据。给出的定量指标很好地反映了风化岩石质量，且与反映岩石风化程度的一些物理力学指标存在良好相关性。     

孔径变形法测试地应力弹性模量参数选取分析

 随着大型水电工程和地下空间工程建设的发展,势必会加大研究岩体的应力测量技术及应力对工程岩体、工程建设的影响。以黄登水电站坝区岩体地应力测量为背景,通过岩芯围压试验、室内岩块压缩变形试验等方法测试弹性模量,其测试成果在各种试验中有很大的不同,因此采用岩石损伤力学、高围压下岩体特性等理论对该现象进行分析;同时,根据卸荷岩体特性对地应力测试中应力解除过程进行分析,确定扩容对地应力测试的影响。研究结果表明,随着围压的增加,岩体弹性模量可能出现正增长关系,主要原因是岩体裂隙的压紧导致结构的致密;岩体在卸荷的情况下会出现一定程度的扩容;同时,机械振动势必也加大扩容对于变形的影响。考虑上述因素,提出黄登水电站地应力测试中弹性模量的选取原则,该方法可为类似工程提供一定的参考价值。     

水电站地下厂房层状围岩现场监测及稳定性研究

对复杂变化地质环境下的主厂房围岩进行各种因素作用下的综合稳定分析,并依据多种测试手段,对开挖后洞群交叉部位的围岩位移、松动范围等进行动态跟踪监测.研究开挖过程中主厂房顶拱围岩的变形规律、围岩松动范围,并利用有限差分法对地下洞群各开挖步序的围岩位移进行计算分析.实时监测数据和理论计算成果对比分析表明:计算结果与监测数据较好吻合.因此研究成果对同类型大型地下洞群层状围岩变形破坏特征、变形规律、力学行为、松动范围的研究具有重要的参考价值,并对一些控制性指标的界定具有理论指导意义,同时对大型地下洞群的设计和施工具有一定的指导作用.     

一类含裂隙岩质边坡的滑动弱化逐步破坏机理

含裂隙的岩土材料在剪切作用下，随着剪应变的增加，裂纹端部一定区域内的强度会表现出滑动弱化的现象。岩土材料这种性质的变化不同于粘性土结构性破坏，也不同于剪胀。在一定的载荷作用下，坡体内裂隙端部的滑动弱化使坡体内的应力重新分配，从而使得应力集中加剧，裂隙尖端进一步扩展，造成岩体结构性的破坏，乃至整个滑面的贯通直至发生滑坡。因此，滑动弱化是一类含裂隙岩质边坡滑坡的机理。     

高应力硬岩地区岩体结构对地下洞室围岩稳定的控制效应研究

官地水电站地下厂房属典型的硬岩地区深埋大型地下洞室群,其重要特点是同时面临高地应力和结构面发育这2个不利条件,实测最大主应力为25～35 MPa,厂区无大的断层和软弱结构面,但错动带和裂隙十分发育。通过对地下洞室群施工过程中出现的围岩局部失稳破坏现象进行全面的分析整理,对三大洞室的岩体结构特征和围岩变形破坏模式进行系统的分析、比较和总结,从而对影响围岩稳定的两大控制因素——地应力和岩体结构对官地地下厂房洞室群围岩稳定的影响程度和方式进行分析和对比。研究表明,由于三大洞室围岩类别以II类为主,岩体结构以块状～次块状结构为主,围岩具有较高的力学强度和强度应力比,从而具有较强的抵抗应力破坏的能力;岩体结构对地下厂房围岩变形与稳定的控制作用较地应力则更为明显,地下洞室群开挖过程中出现的局部失稳或较大变形多与不利方位的结构面直接相关。三大洞室围岩岩体结构特征总体上的相似性非常明确,反映在三大洞室围岩的变形特征和破坏模式上具有很好的统一性。然而,三大洞室的岩体结构特征也存在一定的差异,导致岩体结构影响围岩稳定的方式和程度有所不同。结构面发育造成的另一个不利影响是为坚硬岩体在高地应力条件下产生卸荷时效变形提供了内部条件。因此,在强度应力比较高的硬岩地区,应充分重视岩体结构及其演化对围岩变形和稳定的控制效应。     

岩石撞击过程中的升温机理分析

分析了岩石在撞击过程中的能量转化及其升温机理,推导出了理论升温公式。同时,采用TVS–2000MKII高精密度红外热成像系统,测量了大理岩和砂岩在撞击过程中的升温值,并给出了其升温值与岩石质量和撞击角度的关系曲线。最后,得出了岩石撞击过程中的升温的主要因素为:岩石破坏时释放热量、撞击时摩擦生热和岩石受压缩而升温等三个方面,同时通过实验进行了验证。     

碳酸盐岩地层岩石声学特性的试验研究与应用

选取并收集我国川东北地区和济阳坳陷古潜山构造的地层岩样及相对应的井下声波测井资料，测试了岩石的牙轮钻头可钻性、PDC钻头可钻性和声学特性，应用数理统计方法研究分析了岩石地面纵波速度VP、横波速度VS分别与牙轮钻头可钻性KdRC，PDC钻头可钻性KdPDC的相关关系及同块地层岩样地面纵波速度VP与井下测井纵波速度VPD的相关关系，建立了利用声波测井资料预测碳酸盐岩地层剖面可钻性的数学模型，选定符合率F值大于0．75为检验标准，经用现场声波测井资料代入预测模型进行计算，预测精度达91．7％，达到并超过了研究预期的技术指标。     

饱和岩石的应变率效应和各向异性的机理探讨

在MTS上对南京砂岩和大理大理岩进行了应变率为l0^-5～l0^-2/s的单轴压缩试验，试验结果得出砂岩、大理岩具有各向异性，相对来说大理岩的各向异性要弱一些。同时，大理岩和砂岩随应变率的增加强度增大，具有明显的应变率效应．对饱和岩石的应变率效应和各向异性作了分析得出饱和液体起到了促进各向异性和应变率效应的作用。     

节理岩体强度的分形统计分析

岩体中存在大量节理、裂隙，导致岩体力学性能弱化。基于岩体节理断裂扩展和剪切滑移2种失稳破坏机制，运用分形和统计断裂力学方法探讨了2种破坏方式下节理岩体的统计强度。结果表明，岩体强度与岩体中节理分布的分形维数密切相关，分形维数增大导致岩体强度非线性降低。