.160 北京科技大学学报 第32卷 力应变过程的瞬态渗透实验，根据计算机采集到 应力状态下的渗透率，并根据实验结果得出两种岩石 的孔隙压差随时间变化的系列，可以算出试样在该 应力应变、应变渗透率曲线，如图2与图3所示. 我 -3 180r 5 (a) (b) 150 60 120 90 2 60 必 +应力-应变 +应力-应变 ·应变-渗透率 30 ·应变-渗透率 1地 0.0020.0040.0060.0080.0100.012 0.0030.0060.0090.0120.015 应变 应变 图2石灰岩全应力应变过程的渗透率曲线.(a)A1岩样；(b)A2岩样 Fig 2 Pemeability curves of lmestone during the full stress stmain process (a)Sapl Al:(b)Sample A2 200r +一应力-应变 1180 间 250 +应力一应变 730 160 ·一应变-渗透率 150 一。应变-渗透率 200 25 120 120 90 dW/ 150 80 1 5 40 0 50 0 0.0020.0040.0060.008 00i80 0 应变 n0030.06009001200i3 应变 图3闪长岩全应力应变过程的渗透率曲线.(a)B1岩样；(b)B2岩样 Fig 3 Pemeability curves of diorite during the fiull stress strain pmocess (a)Samnple Bl:(b)Sampl B2 由图2和图3可知全应力应变过程的渗透率 样A1的渗透率缓慢增加，说明岩石在轴压主导作 变化具有如下规律 用下，内部结构出现原始裂隙扩展和微裂隙萌生；岩 (1)石灰岩在两种围压作用下表现一定的塑 样A2的渗透率逐渐减小，这是因为A2中微裂隙在 性，渗透率在岩石强度峰前后随岩石变形逐渐增大 围压主导作用下逐渐被压密，渗透率不断减小，之后 渗透率先缓慢增大，随后逐渐增大，岩石强度峰后， 随着轴向应力增大，渗透率不断增大，对于闪长岩， 渗透率继续增大直到最大值；当渗透率达到最大值 岩样B2的渗透率整体小于岩样B1的渗透率，说明 后，随着轴向应力减小，围压作用相对增强，使得纵 围压对岩石内部的裂隙起到了压密闭合作用，限制 向裂隙压密，因此渗透率减小 了岩石内部裂隙的扩展和张开程度，具体地说：岩 (2)两种围压作用下的闪长岩应力应变曲 石强度峰前，由于闪长岩致密、坚硬，受围压影响不 线及应变渗透率曲线形状趋势基本一致，在岩石 大；岩石强度峰后，由于岩石内部出现裂隙，围压对 强度峰前，渗透率很低且变化不大，这是因为闪长 其影响较大，B1和B2渗透率相差5~10倍左右， 岩结构致密、坚硬，无裂隙和连通性或原生微裂隙 并且B2渗透率由2.81×10-5Day下降到1.24× 较少；峰值时渗透率产生突跳现象，瞬间达到最 10-5Dacy差别比较明显 大，因为闪长岩峰值强度较高，脆性特征显著；峰 2.2岩石应变渗透率关系方程 值之后，轴向应力减小，破坏试件又出现一定程度 根据实验条件下岩石全应力应变过程的应 的纵向裂隙压密闭合，试件渗透率有所下降，随着 变渗透率曲线，拟合出相应的应变渗透率(k一e) 应变进一步发展，纵向裂隙通道逐渐变大，渗透率 曲线方程.以石灰岩A2和闪长岩B1的渗透实验结 逐渐增大，岩石强度峰后与峰前的渗透率要差2~ 果为例，将应变渗透率实验曲线简划为两段线分 3个数量级. 别进行拟合，得到分段拟合曲线如图4所示，分段 (3)同种岩石不同围压作用下渗透率变化差 拟合方程如下， 异，对于石灰岩，在加载初期渗透率的变化不同：岩 石灰岩A2的应变与渗透率方程为：北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 力--应变过程的瞬态渗透实验‚根据计算机采集到 的孔隙压差随时间变化的系列‚可以算出试样在该 应力状态下的渗透率‚并根据实验结果得出两种岩石 应力--应变、应变--渗透率曲线‚如图2与图3所示． 图 2 石灰岩全应力--应变过程的渗透率曲线．（ａ） Ａ1岩样；（ｂ） Ａ2岩样 Ｆｉｇ．2 Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｕｒｖｅｓｏｆｌｉｍｅｓｔｏｎｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｕｌｌｓｔｒｅｓｓ-ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ：（ａ） ＳａｍｐｌｅＡ1；（ｂ） ＳａｍｐｌｅＡ2 图 3 闪长岩全应力--应变过程的渗透率曲线．（ａ） Ｂ1岩样；（ｂ） Ｂ2岩样 Ｆｉｇ．3 Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｕｒｖｅｓｏｆｄｉｏｒｉｔｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｕｌｌｓｔｒｅｓｓ-ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ：（ａ） ＳａｍｐｌｅＢ1；（ｂ） ＳａｍｐｌｅＢ2 由图 2和图 3可知全应力--应变过程的渗透率 变化具有如下规律． （1） 石灰岩在两种围压作用下表现一定的塑 性‚渗透率在岩石强度峰前后随岩石变形逐渐增大． 渗透率先缓慢增大‚随后逐渐增大‚岩石强度峰后‚ 渗透率继续增大直到最大值；当渗透率达到最大值 后‚随着轴向应力减小‚围压作用相对增强‚使得纵 向裂隙压密‚因此渗透率减小． （2） 两种围压作用下的闪长岩应力--应变曲 线及应变--渗透率曲线形状趋势基本一致‚在岩石 强度峰前‚渗透率很低且变化不大‚这是因为闪长 岩结构致密、坚硬‚无裂隙和连通性或原生微裂隙 较少；峰值时渗透率产生 “突跳 ”现象‚瞬间达到最 大‚因为闪长岩峰值强度较高‚脆性特征显著；峰 值之后‚轴向应力减小‚破坏试件又出现一定程度 的纵向裂隙压密闭合‚试件渗透率有所下降‚随着 应变进一步发展‚纵向裂隙通道逐渐变大‚渗透率 逐渐增大‚岩石强度峰后与峰前的渗透率要差 2～ 3个数量级． （3） 同种岩石不同围压作用下渗透率变化差 异．对于石灰岩‚在加载初期渗透率的变化不同：岩 样 Ａ1的渗透率缓慢增加‚说明岩石在轴压主导作 用下‚内部结构出现原始裂隙扩展和微裂隙萌生；岩 样 Ａ2的渗透率逐渐减小‚这是因为 Ａ2中微裂隙在 围压主导作用下逐渐被压密‚渗透率不断减小‚之后 随着轴向应力增大‚渗透率不断增大．对于闪长岩‚ 岩样 Ｂ2的渗透率整体小于岩样 Ｂ1的渗透率‚说明 围压对岩石内部的裂隙起到了压密闭合作用‚限制 了岩石内部裂隙的扩展和张开程度．具体地说：岩 石强度峰前‚由于闪长岩致密、坚硬‚受围压影响不 大；岩石强度峰后‚由于岩石内部出现裂隙‚围压对 其影响较大．Ｂ1和 Ｂ2渗透率相差 5～10倍左右‚ 并且 Ｂ2渗透率由 2∙81×10 —5 Ｄａｒｃｙ下降到 1∙24× 10 —5Ｄａｒｃｙ‚差别比较明显． 2∙2 岩石应变--渗透率关系方程 根据实验条件下岩石全应力--应变过程的应 变--渗透率曲线‚拟合出相应的应变--渗透率 （ｋ--ε） 曲线方程．以石灰岩 Ａ2和闪长岩 Ｂ1的渗透实验结 果为例‚将应变--渗透率实验曲线简划为两段线分 别进行拟合‚得到分段拟合曲线如图 4所示．分段 拟合方程如下． 石灰岩 Ａ2的应变与渗透率方程为： ·160·