·1636 工程科学学报，第39卷，第11期 固定在弹道位置，选择不同冲击气压对岩样进行冲 共振测试，得到孔隙度、弛豫时间的T,谱分布以及 击，经反复测试，选择冲击气压0.5MPa,并进行循环 MRI图像，试验完毕 冲击试验. 不同轴压下受循环动力扰动后的岩样见图3 (4)重复步骤(1)，对冲击完毕后的岩样进行核磁 所示 b 图3不同轴压下受循环动力扰动试验后的岩样.(a)0MPa:(b)10MPa:(c)20MPa:(d)30MPa Fig.3 Rock samples subjected to the cyclic dynamic disturbance with different axial compression:(a)0 MPa:(b)10 MPa:(c)20 MPa:(d)30 MPa 1.6m 2试验结果分析 一循环动力扰动前孔隙度 ·一循环动力扰动后孔隙度 1.51.47 为了定量研究循环冲击完毕后，花岗岩内部细观 1.43 1.46 1.40 结构前后变化，本次研究对岩样进行了孔隙度测试、T2 1.4 中 谱测试以及核磁共振成像(M)测试 -21.8 1.3 -19.6%1 -20.5% -20.7% 2.1孔隙度结果测试分析 由图4中孔隙度测试结果可知，循环动载荷冲击 1.2 1.151 1.151 1.16 1.117 之后，四种预设轴压下的岩石孔隙度均降低，且降幅比 1.1 较接近，分别为21.8%、19.6%、20.7%、20.5%，表明 1.0 在轴压未超过弹性极限（轴压小于试样静压强度 0 10 20 30 轴压/MPa 70%0),岩样受到反复扰动时，其自身结构总体会被 图4循环动力扰动前后孔隙度变化曲线 压紧密实，造成孔隙度降低.另外，即使在弹性极限范 Fig.4 Variation curves of porosity before and after the cyclic dynam- 围内，当岩样受到外载荷时其内部细观结构变化也是 ic disturbance test 不可恢复的，继续施加循环扰动载荷，岩样将发生疲劳 破坏.孔隙度检测只是简单的了解动力扰动前后岩样 整体细观孔隙结构变化情况，为了更加定性且定量认 孔隙结枸表面积与体积，学指横向表面弛豫速率：D 识岩样内部在扰动之后的变化规律，下文进行了T,谱 为流体扩散系数，y为H原子旋磁比，G为磁场梯度， 测试以及MRI成像. T为回波时间， D(yGTE)2 2.2T,谱测试结果分析 12为扩散弛豫速率 核磁共振横向弛豫时间(T,)主要取决于岩石的 当孔隙结构中只包含一种流体时，体积弛豫时间 孔隙的表面积与体积之比，故其能直观反映岩石在承 比面积弛豫时间要长的多，因此体积弛豫速率行可以 载前后孔隙结构的变化特征如.按照核磁共振原理， NMR总的横向弛豫速率为横向体积弛豫速率、横向表 忽略.当磁场均匀(G很小)，同时采用短的T时，扩散 面弛豫速率、扩散弛豫速率的叠加，核磁共振弛豫速率 弛豫速率D(G7) 也可以忽略不计网.则公式如下 12 方有如下表达式四： 所示 六克% (1) 12 六答 (2) 其中：)指流体横向体积弛豫时间，为横向体积弛 由此可见，核磁共振横向弛豫时间(T)取决于岩石 的孔隙的表面积与体积之比，也就是说孔隙大小与T,值 豫速率，P2为流体横向弛豫表面强度；s与'分别指为 呈正相关.图5为循环扰动前后岩样的T,谱分布.工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 固定在弹道位置，选择不同冲击气压对岩样进行冲 击，经反复测试，选择冲击气压 0. 5 MPa，并进行循环 冲击试验． ( 4) 重复步骤( 1) ，对冲击完毕后的岩样进行核磁 共振测试，得 到 孔 隙 度、弛 豫 时 间 的 T2 谱分 布 以 及 MＲI 图像，试验完毕． 不同轴压下受循环动力扰动后的岩样见图 3 所示． 图 3 不同轴压下受循环动力扰动试验后的岩样． ( a) 0 MPa; ( b) 10 MPa; ( c) 20 MPa; ( d) 30 MPa Fig． 3 Ｒock samples subjected to the cyclic dynamic disturbance with different axial compression: ( a) 0 MPa; ( b) 10 MPa; ( c) 20 MPa; ( d) 30 MPa 2 试验结果分析 为了定量研究循环冲击完毕后，花岗岩内部细观 结构前后变化，本次研究对岩样进行了孔隙度测试、T2 谱测试以及核磁共振成像( MＲI) 测试． 2. 1 孔隙度结果测试分析 由图 4 中孔隙度测试结果可知，循环动载荷冲击 之后，四种预设轴压下的岩石孔隙度均降低，且降幅比 较接近，分别为 21. 8% 、19. 6% 、20. 7% 、20. 5% ，表明 在轴压 未 超 过 弹 性 极 限 ( 轴 压 小 于 试 样 静 压 强 度 70%［20］) ，岩样受到反复扰动时，其自身结构总体会被 压紧密实，造成孔隙度降低． 另外，即使在弹性极限范 围内，当岩样受到外载荷时其内部细观结构变化也是 不可恢复的，继续施加循环扰动载荷，岩样将发生疲劳 破坏． 孔隙度检测只是简单的了解动力扰动前后岩样 整体细观孔隙结构变化情况，为了更加定性且定量认 识岩样内部在扰动之后的变化规律，下文进行了 T2谱 测试以及 MＲI 成像． 2. 2 T2谱测试结果分析 核磁共振横向弛豫时间( T2 ) 主要取决于岩石的 孔隙的表面积与体积之比，故其能直观反映岩石在承 载前后孔隙结构的变化特征［21］． 按照核磁共振原理， NMＲ 总的横向弛豫速率为横向体积弛豫速率、横向表 面弛豫速率、扩散弛豫速率的叠加，核磁共振弛豫速率 1 T2 有如下表达式［22］: 1 T2 = 1 T1 2 + ρ2 s V + D( γGTE ) 2 12 ． ( 1) 其中: T1 2 指流体横向体积弛豫时间，1 T1 2 为横向体积弛 豫速率，ρ2 为流体横向弛豫表面强度; s 与 V 分别指为 图 4 循环动力扰动前后孔隙度变化曲线 Fig． 4 Variation curves of porosity before and after the cyclic dynam￾ic disturbance test 孔隙结构表面积与体积， ρ2 s V 指横向表面弛豫速率; D 为流体扩散系数，γ 为 H 原子旋磁比，G 为磁场梯度， TE为回波时间， D( γGTE ) 2 12 为扩散弛豫速率． 当孔隙结构中只包含一种流体时，体积弛豫时间 比面积弛豫时间要长的多，因此体积弛豫速率 1 T1 2 可以 忽略． 当磁场均匀( G 很小) ，同时采用短的 TE时，扩散 弛豫速率D( γGTE ) 2 12 也可以忽略不计［23］． 则公式如下 所示． 1 T2 = ρ2 s V ． ( 2) 由此可见，核磁共振横向弛豫时间( T2 ) 取决于岩石 的孔隙的表面积与体积之比，也就是说孔隙大小与 T2值 呈正相关． 图 5 为循环扰动前后岩样的 T2谱分布． · 6361 ·