动态循环加载下花岗岩孔渗参数演化规律

摘要

动态扰动促进地下岩体的内部裂纹发育，改变岩体的有效应力、渗透率及孔隙率。为此，开展了动态循环加载下致密花岗岩孔隙率、渗透率及有效应力系数（Biot’s系数）演化规律及影响机理研究。首先，针对致密花岗岩开展了考虑不同扰动因素（轴向静压、力振幅、频率及循环次数）的动态循环加载试验；之后，测试了不同扰动因素动态加载后的花岗岩孔隙率和渗透率，利用Cross-plotting法分析了不同动态扰动因素对花岗岩Biot’s系数的影响。结果表明：1）动态循环加载促进了花岗岩内部裂纹扩展，增加了孔隙占比及渗流通道，弱化了作用于花岗岩骨架颗粒上的有效应力，导致花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率增加。2）随着应力水平（轴向静压和力振幅之和）的增加，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率的变化存在明显的应力门槛值，即65%UCS～70%UCS(UCS表示单轴抗压强度)，超过门槛值后三者的增加速度迅速增加；随频率的增加，由于蠕变累积损伤逐渐减小，花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率逐渐减小；随循环次数的增加，三者呈现线性增加的趋势。3）基于相关性分析和理论推导分别建立了动态循环加载后花岗岩Biot’s系数和渗透率的经验预测模型，且模型的预测结果与试验结果具有较好的一致性。研究结果有助于理解动态扰动对岩体孔隙率、渗透率及Biot’s系数等参数的影响，为确定动态扰动后花岗岩地层有效应力系数和渗透率提供一个参考。

关键词

动态循环加载 / 有效应力系数 / 渗透率 / 孔隙率 / 预测模型

基金资助

国家自然科学基金项目（52178185）