[发明专利]一种低渗透岩石流变渗透率与体积应变关系的确定方法

说明书

本发明公开了一种低渗透岩石流变渗透率与体积应变关系的确定方法，取岩芯试样进行三轴渗流‑应力耦合流变试验，得到渗流‑应力耦合流变条件下的渗透率曲线和体积应变流变曲线，将体积应变流变曲线根据渗透规律进行阶段划分，并利用函数拟合方式分析各阶段渗透率与体积应变关系，得到渗流‑应力耦合流变试验中低渗透岩石渗透率与体积应变的关系表达式。本发明将低渗透岩石在渗流‑应力耦合流变试验中的体积应变根据渗透率演化规律进行分阶段划分，能够根据渗流‑应力耦合三轴流变试验中的渗透演化规律，分析不同阶段的渗透率与体积应变关系，可以得到整个流变试验中的渗透率与体积应变关系式，对准确评价岩石在渗透‑应力耦合条件下的长期稳定性问题具有参考价值。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程领域，具体涉及一种低渗透岩石渗透率与体积应变关系的确定方法。

背景技术

低渗透岩石渗透特性的研究是目前岩石力学一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义。低渗透岩石在许多地下岩石工程中普遍存在，如地下存储洞库、大坝坝基、地下引水隧洞等。对于深埋的低渗透岩石，由于存在一定地下水，通常会涉及水与岩石的相互耦合作用，主要是渗透水压影响围岩的应力分布情况，改变岩石所处应力场，而应力的重分布又导致岩石渗透特性发生变化，进而引起渗流场的改变。对于低渗透岩石而言，有必要开展应力-应变全过程中的渗透性演化规律研究，分析低渗透率岩石渗流-应力耦合条件下的渗透特性。

岩石的流变力学特性试验是确定岩石长期稳定性的主要手段之一，而渗流-应力耦合条件下的流变力学试验对于研究低渗透岩石在水环境中的长期稳定性具有十分重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低渗透岩石流变渗透率与体积应变关系的确定方法，通过低渗透岩石在渗流-应力耦合流变试验中渗透率演化规律对相应的体积应变曲线进行分阶段划分，分析各阶段体积应变变化与渗透率变化特征，确定各阶段渗透率与体积应变的关系。

技术方案：本发明提供了一种低渗透岩石流变渗透率与体积应变关系的确定方法，其特征在于：取岩芯试样放入三轴渗流-流变试验仪上，施加围压和渗压进行三轴渗流-应力耦合流变试验，得到渗流-应力耦合流变条件下的渗透率曲线和体积应变流变曲线，将体积应变流变曲线根据渗透规律进行阶段划分，并利用函数拟合方式分析各阶段渗透率与体积应变关系，得到渗流-应力耦合流变试验中低渗透岩石渗透率与体积应变的关系表达式。

进一步，所述三轴渗流-应力耦合流变试验采取分级加载的方式，先对同批次的岩芯试样进行渗流-应力耦合三轴瞬时试验，取流变试验的初始加载水平为瞬时试验中峰值强度的55％～65％，随后依次按峰值强度的5％左右加载，每级流变时间不少于50小时，直至岩样发生流变破坏。

进一步，所述渗透率曲线的变化规律为：初始加载时渗透率迅速下降，并逐渐平稳，在流变变形阶段基本保持定值，当最后一级加载后渗透率显著增加，并最终达到峰值。

进一步，体积应变流变曲线可根据渗透率变化规律划分为三个阶段，分别为初始加载阶段、流变变形阶段和流变破坏阶段；所述初始加载阶段为从岩样初始加载到第一级加载水平的流变变形，所述流变变形阶段为中间各级应力水平下的流变变形，所述流变破坏阶段为最后一级的流变破坏。

进一步，将三个阶段的渗透率-体积应变关系进行函数拟合，其中流变破坏阶段的体积应变取体积应变相对值，即实际体积应变与流变破坏阶段初始点体积应变之差的绝对值；拟合各阶段渗透率与体积应变的关系曲线，并得到渗流-应力耦合流变试验中渗透率与体积应变的关系表达式。

有益效果：本发明将低渗透岩石在渗流-应力耦合流变试验中的体积应变根据渗透率演化规律进行分阶段划分，能够根据渗流-应力耦合三轴流变试验中的渗透演化规律，分析不同阶段的渗透率与体积应变关系，可以得到整个流变试验中的渗透率与体积应变关系式，对准确评价岩石在渗透-应力耦合条件下的长期稳定性问题具有参考价值。

附图说明