[发明专利]岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法

权利要求书

1.一种岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选取需研究区域的岩样，测试其初始孔隙率；

(2)将岩样置于岩石三轴流变试验装置中，施加围压和渗压，测试其初始渗透率；

(3)对岩样施加轴向载荷，开展岩石三轴渗流应力耦合实验，直至岩样破坏，试验过程中记录岩样的应力、轴向应变、环向应变及每时刻通过岩样的水流量；

(4)根据记录值计算岩样渗流应力耦合过程中每时刻的渗透率及体积应变，获得该过程中渗透率与体积应变的关系曲线；

(5)根据岩样渗流应力耦合过程中的体积应变值计算该过程中岩样的孔隙率；

岩样的孔隙率与体积应变的关系满足下式：

式中，n_i+1和n_i分别为岩样在t_i+1和t_i时刻对应的孔隙率，Δε_v为对应这个时间间隔内岩样的体积应变变化值；

(6)建立渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率的关系：以体积扩容点为分界点，将渗透率和孔隙率的变化分为2个阶段，分阶段进行拟合，得到渗透率和孔隙率的关系表达式，拟合公式为：

其中，k和n为渗透率和孔隙率，k₀和n₀为初始渗透率和初始孔隙率，a、b、m为拟合参数。

2.根据权利要求1所述的岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法，其特征在于，步骤(1)中，所述岩样的初始孔隙率通过饱水试验测得，测试方法为：先称量岩样的初始重量，然后将岩样烘干、获得其干燥重量，接着放入真空抽气罐中干抽，再慢慢注入蒸馏水，使岩样充分饱水后称量岩样的饱水重量；根据下式计算岩样的初始孔隙率n₀：

其中，m_s和m_d分别为岩样的饱和重量和干燥重量，ρ_w为水的密度，V_p和V分别为岩样的孔隙体积和总体积。

3.根据权利要求1所述的岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法，其特征在于，步骤(2)中，持续施加围压和渗压，待岩样两端形成了稳定的渗流场后，记录单位时间内通过岩样的水流量，基于达西定律计算得到岩样的初始渗透率。

4.根据权利要求1所述的岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法，其特征在于，步骤(4)中，根据达西定律计算得到岩样渗流应力耦合过程中每时刻的渗透率，根据轴向应变与环向应变得到岩样的体积应变。

5.根据权利要求1所述的岩石渗流应力耦合过程中渗透率与孔隙率关系的确定方法，其特征在于，所述体积扩容点为岩样的塑性变形点，该体积扩容点对应步骤(4)中渗透率与体积应变关系曲线中的拐点。