砂质黏性紫色土渗透特性试验研究

土的渗透特性反映土体透水能力,是土壤水蚀模型的重要参数和评估水土流失效应的重要指标。利用多功能三轴仪对重庆地区典型砂质黏性紫色土进行模拟自然界下不同降雨强度和不同覆土深度处的渗透试验,分别研究了渗透压、围压及覆土压力等因素对土体渗透特性的影响规律。结果表明:试验范围内的不同渗透压下砂质黏性紫色土的渗透系数处于相同数量级;围压对土体的渗透系数有显著的影响,但随着围压逐渐增大,土体渗水能力的降低梯度逐渐减小;覆土压力增加,土体的渗透系数减少,相同状态下围压越小,覆土压力对土体渗透系数的影响效果越明显;随着覆土深度的增加,砂质黏性紫色土的渗透系数迅速降低。研究可为地基处理、滑坡机理分析及水土流失防治设计等提供参考。     

水力耦合作用下含裂隙灰岩三轴试验研究

利用水力耦合试验系统,对取自郭家岩坝址区灰岩进行了变形破坏过程中的渗透特性以及声发射规律研究。结果表明:砂岩在渗透作用下的强度存在明显的围压效应,其基本呈线性关系;砂岩形变与声发射之间各阶段的变化呈对应关系,压密及弹性阶段声发射振铃计数较低,屈服阶段声发射振铃计数较高且在峰值前后达到最大值,峰后残余变形阶段声发射振铃计数略有回落;渗透率呈两阶段变化特征,在压密及弹性阶段前期逐渐略有减小,屈服阶段后逐渐增加,并在峰值前后达到最大值;基于试验成果建立起渗透率与损伤变量之间的函数关系,并通过两者关系揭示了砂岩渗透系数变化的根本原因在于试件内部损伤的累积。     

岩石剪切裂隙渗流特性试验与理论研究

 通过在三轴应力条件下对丹江口库区辉绿岩进行剪切破坏得到剪切裂隙,然后对剪切裂隙进行不同围压和裂隙水压力(渗透压差)作用下渗透性能的试验研究。研究结果表明：绝大部分岩样在剪切破坏后会形成单条贯穿剪切裂隙,这种剪切裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,且受环向应变影响很大,但受轴向应变影响较小;裂隙水压力对裂隙渗透系数影响明显,在相同净围压下,裂隙水压力越大,渗透系数越大,其主要原因是较大的裂隙水压力使裂隙两侧基岩产生附加变形,导致隙宽增加。基于试验数据和理论分析,根据三维应力下的裂隙–岩块位移模型推导考虑裂隙水压力的渗透系数计算公式,该公式可以较好地描述不同围压和裂隙水压力下实测渗透系数的变化趋势,并且公式中的参数均可根据简单的三轴压缩试验得到,计算结果与实测数据符合较好。     

水泥土渗透系数影响因素的试验研究

为探究水泥土渗透系数的影响因素,将不同含量的水泥掺入到土中进行试验,测试了水泥土的渗透系数。详细分析研究了渗透压强、酸碱环境、孔隙比、水泥含量和龄期对水泥土渗透系数的影响,探讨了多种因素下水泥土抗渗性能的变化情况。试验结果表明:当渗透压强大于150 kPa时其对渗透系数的影响较小,渗透系数随渗透压强的变化量基本保持不变;而pH和孔隙比对渗透系数的影响较大,渗透系数随pH的增大而减小,随孔隙比的增大而增大;渗透系数随水泥含量的增大而减小,二者呈较好的指数关系;此外,渗透系数随龄期的增大而呈下降趋势。     

重金属Cu~(2+)污染土渗透特性试验及微观结构分析

研究重金属Cu2+离子的侵入对土体渗透特性的影响。以人工配置的CuCl2溶液作为渗透液,采用三联式柔性壁渗透仪在室内开展两种工况下污染土渗透试验,分别考虑围压和渗透污染液浓度对土体渗透性的影响。试验结果表明,配制的CuCl2溶液浓度保持恒定时,渗透液无论采用纯净水还是CuCl2溶液,土体渗透系数均随着施加围压的增大而减小,但是相同围压作用下CuCl2溶液作为渗透液,测得土体的渗透系数小于纯净水作用的渗透系数,并且随着围压的增大,渗透系数的减小量呈现出逐渐缩小的趋势,直至围压超过500kPa后流体特性对土体渗透性的影响不大。施加围压相同而渗透液浓度不同的情况下,土体渗透系数随着CuCl2溶液浓度的增加先急剧减小随后则逐渐增大。微观结构分析结果表明,CuCl2溶液作为渗透液时土体渗透系数与纯净水渗透存在差异的主要原因是缘于重金属Cu2+改变了黏土的内部结构,影响了黏土的孔隙大小,从而造成了宏观渗透性的差异。     

重金属Pb~(2+)污染土的渗透性能研究

通过对不同渗透压差下的Pb~(2+)污染土进行室内柔性壁渗透试验,研究不同Pb~(2+)污染浓度、养护龄期及渗透时间对重塑黄土渗透性能的影响。结果表明:当Pb~(2+)与土体反应时间较短时,污染浓度对渗透系数的影响较小,试样龄期为3d时,随着Pb~(2+)污染浓度的增加,渗透系数在低、中、高渗透压下变化规律不同,渗透压差对渗透系数的测定影响较大;在相同铅污染含量下,随着养护龄期加长,铅污染土的渗透系数先减小、后增大。     

高围压条件下含充填裂隙类岩石水渗流试验研究

 进行高围压、高水压条件下的含充填裂隙类岩石的渗透性试验研究,根据配比试验,制作模拟砂岩的试样,并应用自主研发的三轴试验仪器进行试验研究。研究发现：(1) 不同充填裂隙试样的渗透系数不同,但不同围压下渗透系数均处于同一数量级;(2) 围压升高时,充填裂隙介质的渗透系数呈下降趋势;(3) 渗透结构面几何特征是影响试样渗透性的主要因素之一;(4) 试样渗透性规律应建立在试验的基础上。     

灰岩单裂隙非饱和渗流–应力耦合特性试验研究

为研究不同应力条件下岩体裂隙非饱和渗流特性及其影响因素,基于自主研发的岩体裂隙非饱和渗流试验系统,对4组灰岩裂隙试样开展变饱和度和不同围压条件下的渗透试验。试验结果表明：(1)随着围压的增加,裂隙进气值增大,非饱和渗透系数–毛细压力关系曲线下降斜率及幅度均减小,在相同毛细压力下,高围压对应的裂隙非饱和渗透系数要高于低围压的情况;(2)通过对比毛细压力、围压这2个因素对非饱和渗透系数的影响发现,随着毛细压力的增加,围压对非饱和渗透系数的影响降低;同样,随着围压的增加,毛细压力对非饱和渗透系数的影响降低;(3)随着粗糙度的增大,裂隙饱和渗透系数降低,残余饱和度有小幅增长;(4)基于不同围压和毛细压力下的裂隙非饱和渗流试验数据,对裂隙非饱和渗透系数与毛细压力和围压的关系式进行拟合,从拟合曲面与试验实测数据的对比来看,拟合关系式可以较为准确地描述试验测得的裂隙非饱和渗透系数随毛细压力和围压的变化。本文对变应力条件下裂隙非饱和渗流过程及规律的研究成果可为降雨入渗条件下的工程岩体稳定分析提供依据。     

砂岩力学特性及其改进Duncan-Chang模型

 为了研究砂岩的力学特性,对砂岩试件开展了不同围压下的常规三轴压缩试验。试验结果显示,随围压增加,砂岩峰值应力、峰值点应变及残余强度均逐渐增大;当围压低于15 MPa时,砂岩弹性模量随围压增加也逐渐增大,但增大幅度逐渐降低;当围压在15 MPa以上时,其弹性模量则与围压无关。为了描述砂岩破坏过程的应力–应变响应,提出一种改进的Duncan-Chang模型,并根据岩石应力–应变曲线峰值点处斜率为0的特点给出模型参数的确定方法。利用砂岩三轴压缩试验结果对模型合理性进行验证。预测曲线和试验结果对比显示,该模型能够准确描述砂岩应变软化特性和不同围压下砂岩破坏过程中除初始压密阶段以外的其余4个阶段,特别是能够反映砂岩破坏后的残余强度。对模型特性的进一步分析表明,除应变软化特性外,该模型还可模拟岩石在高围压下的应变硬化行为,具有较强的适应性。     

凝灰岩渗透性演化规律分析研究

以往的试验试样主要为花岗岩、砂岩、煤岩,对凝灰岩的渗透性演化规律研究较少,本文针对某矿区开采区底部基岩凝灰岩进行不同围压和渗压条件下的岩石瞬时三轴力学性质试验,对凝灰岩的渗透演化规律进行了初步探讨,分析了凝灰岩试验样本渗透性在应力应变全过程的演化规律与渗透系数随围压变化规律,为岩石工程的长期稳定性分析提供参考。     

Effect of damage on gas seepage behavior of sandstone specimens

In underground engineering,such as geological CO_2 sequestration,unconventional oil and gas exploration,and radioactive waste storage,permeability of rock is important to evaluate the potential CO_2 storage capacity,improve oil and gas production,and prevent leakage of radioactive waste.In this study,hydrostatic stress tests and triaxial compression tests with gas permeability measurements were carried out on intact and damaged sandstone specimens.Three series of experiment were designed to evaluate the permeability evolution laws of sandstone under different testing conditions.They included triaxial seepage tests on intact specimens under different confining pressures,triaxial seepage tests on damaged specimens with different extents of damage,and hydrostatic seepage tests on damaged specimens under increasing and decreasing gas pressures.Based on the experimental results,the effects of effective confining pressure,extent of damage and increasing and decreasing gas pressure on permeability of sandstone were investigated.It shows that the permeability of the intact sandstone specimens first decreased and then increased,followed by a constant value with increase in axial strain.The permeability of the sandstone specimens was observed to decrease with increase in effective confining pressure.The extent of damage affects the permeability evolution,but does not influence the failure patterns of damaged sandstone.As the gas pressure increased,the permeability of the damaged sandstone specimen increased.Under the same gas pressure condition,the permeability during the decreasing process is generally higher than that during the increasing process.These experiments are expected to enhance our understanding of seepage behavior in underground rock masses.     

高温与不同水压下深部砂岩渗透特性试验研究

岩石的力学性质与渗透特性与应力,温度及渗透压力具有密切关系。运用Rock Top多场耦合试验仪对红砂岩进行100℃高温下不同静水压力与渗透压差条件下的温度–应力–渗流耦合试验研究。研究结果表明:(1)100℃高温下红砂岩全应力–应变经历裂隙压密→线弹性变形→微裂纹稳定发展→非稳定破裂发展→峰后变形与破坏5个阶段;(2)对应岩石应力–应变曲线,流量随应力差的增大呈现反向急速溢出段,反向稳定溢出段,急剧上升段,稳定增长段,此时渗透率随应力差的增大呈现先由初始值下降,保持水平常值,急速增长至伪峰值后衰落,稳定增长至真峰值等变化特征;(3)红砂岩在高温、高围压作用下的渗透率随围压的等梯度增长近似呈线性降低趋势,在高围压下渗透压差对渗透率影响并不明显,渗透率值趋于稳定,2种方法均显示红砂岩属于典型低渗类岩石;(4)相同围压与渗透压差下,瞬态法与稳态法2种渗透率测试方法所测结果相近,在30～60 MPa围压范围内,压力条件是影响渗透率的主要原因。     

基于核磁共振实时成像技术的裂隙砂岩渗流特性研究

地下工程岩体内部存在着大量不规则、多尺度的孔(裂)隙,使得其渗流问题十分复杂,研究裂隙岩体的渗流特性及流场分布对岩体工程安全和深部资源开发利用具有重要的工程实际意义.利用核磁共振岩石渗流过程实时在线分析与成像系统对含不同裂隙性状的砂岩试样开展裂隙岩石渗流试验,对渗流过程中试样的体积含水率、T2谱曲线和渗透系数等参数的演...     

渗透压–应力耦合作用下砂岩渗透率与变形关联性三轴试验研究

 为了探讨渗透压–应力耦合作用下岩石渗透率与变形的关联性,采用岩石伺服三轴试验系统,在不同围压和渗透压条件下,利用稳态法对砂岩全应力–应变过程进行渗透率试验研究。根据试样渗透率变化与其破坏过程的对应关系,分析全应力–应变过程中试样渗透率随其脆性、延性变化的特点及渗透率–轴向应变和渗透率–体积应变之间的关联性。试验结果表明：(1) 在渗透压–应力耦合作用下,试样初始渗透率、峰值强度随着围压与渗透压的改变而改变。(2) 在渗流场–应力场耦合作用下连续加载的全应力–应变过程中,渗透率先随着轴向应变的增大而逐渐减小,进入弹塑性阶段后,渗透率变化曲线随围压变化呈现增大、持平及减小3个不同趋势。其中,渗透率曲线持平的现象为三轴渗透试验研究中的新现象。(3) 围压较高时,若形成局部压缩带,则试样进入弹塑性阶段后,渗透率的变化趋势是由岩石微裂隙的萌生、扩展与岩石骨架颗粒压碎这2个主要因素共同决定的。(4) 岩石微裂隙的萌生、扩展对渗透率增大起积极作用,岩石骨架颗粒压碎形成的压缩带对渗透率增大起抑制作用。(5) 岩石进入塑性阶段后,随围压增大,渗透率由上升趋势转变为下降趋势的现象先于脆–延转换的临界状态发生。(6) 岩石的体积应变对渗透率有一定影响,在脆–延转换阶段存在体积应变增大而渗透率减小的现象,这需要其他能够更精确地测量体积应变变化的试验进一步验证。     

不同成岩作用程度砂岩物理力学性质三轴试验研究

采用三轴岩石力学测试系统分析了不同侧压条件下砂岩岩石的孔渗性和力学特性及变形破坏机制 ,建立了砂岩岩石物理力学性质与侧压之间的相关关系。研究表明 ,砂岩的孔隙度和渗透率均随侧压的增大而减小 ,且服从对数函数变化规律。砂岩的刚度和强度均随侧压的增大而增大 ,具有明显的压硬性。岩石破坏后的残余强度随着侧压的增加下降梯度减小 ,而残余强度值相对提高。不同侧压下岩石的破坏机制表现出随着侧压的增大 ,成岩作用程度较弱的岩石应力 -应变曲线由应变软化性态向近似应变硬化性态过渡 ;而成岩作用程度相对较强的岩石在单轴压缩条件下表现为脆性张破坏 ,随着侧压的增加 ,便进入剪切破坏 ,岩石应力 -应变曲线表现出明显的脆性和应变软化特性     

不同饱和度砂岩渗透率、孔隙度随应力变化规律研究

 制备含水饱和度为0%～70%的砂岩岩样,利用低渗透岩石气体渗透测试装置,对不同含水饱和度的砂岩岩样进行气渗试验,测量其在不同围压和渗压下的渗透率以及对应围压下的孔隙度,分析和讨论不同含水饱和度低渗透砂岩渗透率、孔隙度与应力三者之间的关系。得到以下结论：含水饱和度低于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率随孔隙压力的增大而减小,含水饱和度高于50%的低渗透砂岩,其气测渗透率的变化规律相反;气测渗透率与孔隙压力符合指数函数关系;随着含水饱和度的增大,气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性减少,且气测渗透率对孔隙压力变化的敏感性随着孔隙压力的增大而增大;绝对渗透率、孔隙度与围压均呈指数函数关系;随着含水饱和度的增大,绝对渗透率对围压变化的敏感性增大,对孔隙度变化的敏感性减小,且绝对渗透率和孔隙度对围压变化的敏感性均是随着围压增大而减小;低渗透砂岩的孔隙度与其绝对渗透率的变化成正相关,孔隙度的少量降低即能引起其绝对渗透率的大幅度下降;绝对渗透率与孔隙度成指数函数关系;随着含水饱和度增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性增强,且随着孔隙度的增大,绝对渗透率对孔隙度变化的敏感性也逐渐增强。     

周期性渗透压作用下红砂岩渗透特性试验研究

水库运行期水位的周期性变化使软岩岸坡防洪限制水位以下的岩体长期处在周期性变化渗透压作用的环境中,这种周期性变化的渗透作用对软岩的渗透特性将产生很大的影响。以三峡库区红砂岩为研究对象,利用自主研发的"具有模拟库水位周期性变化环境下水压变化条件的渗透仪"对红砂岩进行周期性渗透试验,探讨防洪限制水位以下的红砂岩在周期性渗透压作用下的渗透特性变化规律。试验结果表明,随着周期性渗透压的变化,红砂岩的渗水量在第一个渗透周期增长最快,而后逐渐减小;随着周期性渗透压的变化,红砂岩的渗透速度和渗透系数也呈周期性变化;不同岩样的累计渗水量、渗透速度和渗透系数的变化存在一定的差异,但经过4个渗透周期之后,红砂岩的累积渗水量、渗透速度和渗透系数随压力的变化范围稳定,且变化趋势一致。研究结果说明,三峡水库岸坡防洪限制水位以下的红砂岩在水库运行期经历4次周期性水位变化之后,渗透特性逐渐趋于稳定。     

饱水对煤系地层岩石力学性质影响的试验研究

 为研究饱水对煤系地层岩石力学性质的影响,在自然和饱水状态下,利用RMT–150B岩石力学系统对砂岩、砂质泥岩和泥岩进行巴西劈裂、单轴压缩和常规三轴压缩试验。试验结果表明：3种岩石的平均吸水率为0.241%～0.482%,吸水率与时间的关系可以用对数函数进行拟合;饱水后对3种岩石的强度和变形特征均有不同程度的影响,泥岩表现最为明显,其次是砂质泥岩和砂岩,抗拉强度的软化系数为0.40～0.92;单轴抗压强度的软化系数为0.58～0.94,弹性模量的降低系数为0.58～0.95,变形模量的降低系数为0.68～0.94,泊松比的降低系数为1.08～1.11;三轴压缩峰值强度的软化系数K与围压?3大致成正相关,表明饱水状态下试样峰值强度对围压的敏感度大于自然状态下试样峰值强度对围压的敏感度;饱水对3种岩石试样的黏聚力均有不同程度降低,降低幅度为20.6%～67.0%,而摩擦因数大致保持不变,表明黏聚力是一个结构参数,摩擦因数是一个材料参数。     

低渗砂岩储层渗透率有效应力定律试验研究

 试验设计多个回路,各个回路的孔隙流体压力不同,每一回路在孔隙流体压力不变,增加和降低围压方式下进行。试验过程中采用稳态法测定不同围压和孔隙流体压力下的岩芯渗透率,并用响应面法对试验结果进行处理分析。结果表明,有效应力系数a 随围压和孔隙流体压力的变化而变化。当围压很大时,试验研究得到的有效应力系数很小,这与过去试验研究的结果差别很大。最后用有效应力系数a = 1.0和本次试验获取的有效应力系数对低渗砂岩岩样进行应力敏感性评价。用有效应力系数a = 1.0评价的结果是储层存在强应力敏感,而用本次试验获取的有效应力系数的评价结果是储层表现为弱应力敏感性。