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162 北京科技大学学报 第32卷 闪长岩B2(g=172.79MPa)在某一应力状态下的孔 对于闪长岩，岩石强度峰前渗透率很低且变化 隙压差随时间的变化规律，根据实测曲线分别进行 不大，主要因为在常规的渗透压力作用下，水透过岩 了一元四次多项式和负指数两种类型拟合，一元四 石孔隙进行渗流的能力极其微弱，并且闪长岩结构 次多项式拟合曲线如图5(a)及6(a)、负指数拟合 致密、坚硬，无裂隙和连通性或原生微裂隙较少；峰 曲线如图5(b)及6(b) 值时渗透率产生突跳现象，因为闪长岩峰值强度 从拟合曲线可以看出，两种岩石的一元四次多 很高，脆性特征显著，破裂的瞬间，样品整体破碎，属 项式拟合曲线相关指数相当高，几乎接近1，而负指 于张拉破坏，如图7(a),破坏时沿着样品轴向形成 数的拟合曲线相关指数没有一元四次多项式高，尤 条状和片状开裂，裂纹方向与样品轴向平行或小角 其是闪长岩，负指数拟合曲线与实测曲线相差很大， 度斜交.当轴压下降到一定值之后，围压作用相对 综合实验其他各点孔隙压差随时间变化关系的一元 增强，破坏试件又出现一定程度的压密闭合，试件渗 四次多项式拟合方程，可以看出拟合指数相当高，由 透率有所下降 此得出两种岩石孔隙压差随时间的变化关系基本呈 石灰岩脆性一般，尤其是围压作用下表现出一 一元四次多项式的关系， 定的塑性（如A2),破裂灰块沿破裂面发生错动，破 2.4岩石渗透机理分析 坏属于剪切破坏，如图7(b),裂隙的张开度和连通 岩石渗透性与岩石的应力状态有关，应力变化 程度随变形扩展而提高，渗透率在岩石强度峰前后 使岩石内部裂隙发生萌生、扩展和贯通破坏，在围压 随岩石变形逐渐增大，不会产生突跳现象.石灰岩 作用下又发生一定程度的裂隙压密闭合，渗透率随 在两种围压作用下强度相差1倍，说明岩石强度不 岩石变形而变化，同时，渗透性还与岩石本身物理 仅与所加的围压有关，还与岩石本身物理力学特性 力学特性有关，这涉及微观尺度上的渗流性状[和 有关，这也说明岩石渗透率变化因本身物理力学特 岩石的力学性质，如弹性、塑性、弹塑性、流变性、脆 性和外界受力不同而不同. 性和韧性 图7两种不同类型的岩石破坏.()闪长岩；(b)石灰岩 Fig 7 Two different types of mock failme (a)diorite (b)linestone 3结论 灰岩脆性一般，尤其是在围压作用下表现出一定的 塑性，破坏属于剪切破坏，渗透率在岩石强度峰前后 (1)根据实验结果，获得了岩石两种不同类型 随岩石变形逐渐增大，不会产生突跳现象 的渗透特性：一种是在应力达到峰值时，渗透性产生 (3)将石灰岩和闪长岩的应变渗透率关系可 “突跳的类型，如闪长岩；另一种是在应力峰值前 简化为两段曲线，通过对分段曲线拟合，得出了两种 后其渗透性逐渐增大的类型，如石灰岩 岩石全应力应变过程中的应变渗透率曲线方程， (2)产生上述两种不同类型的渗透性机理：对 拟合相关系数较高，能够深刻描述岩石破裂过程的 闪长岩，岩石强度峰前渗透率很低且变化不大，主要 渗透规律，为解决实际的渗流问题提供参考， 因为闪长岩结构致密、坚硬，峰值时渗透率产生突 (4)分别对石灰岩和闪长岩实测的孔隙压差与 跳”现象，因为闪长岩峰值强度很高，脆性特征显 时间关系曲线进行一元多项式和负指数的拟合，通 著，破裂的瞬间，样品整体破碎，属于张拉破坏：而石 过对比发现，石灰岩和闪长岩孔隙压差随时间变化北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 闪长岩 Ｂ2（σ＝172∙79ＭＰａ）在某一应力状态下的孔 隙压差随时间的变化规律根据实测曲线分别进行 了一元四次多项式和负指数两种类型拟合一元四 次多项式拟合曲线如图 5（ａ）及 6（ａ）、负指数拟合 曲线如图 5（ｂ）及 6（ｂ）． 从拟合曲线可以看出两种岩石的一元四次多 项式拟合曲线相关指数相当高几乎接近 1而负指 数的拟合曲线相关指数没有一元四次多项式高尤 其是闪长岩负指数拟合曲线与实测曲线相差很大． 综合实验其他各点孔隙压差随时间变化关系的一元 四次多项式拟合方程可以看出拟合指数相当高由 此得出两种岩石孔隙压差随时间的变化关系基本呈 一元四次多项式的关系． 2∙4 岩石渗透机理分析 岩石渗透性与岩石的应力状态有关应力变化 使岩石内部裂隙发生萌生、扩展和贯通破坏在围压 作用下又发生一定程度的裂隙压密闭合渗透率随 岩石变形而变化．同时渗透性还与岩石本身物理 力学特性有关这涉及微观尺度上的渗流性状 ［13］和 岩石的力学性质如弹性、塑性、弹塑性、流变性、脆 性和韧性． 对于闪长岩岩石强度峰前渗透率很低且变化 不大主要因为在常规的渗透压力作用下水透过岩 石孔隙进行渗流的能力极其微弱并且闪长岩结构 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 ”现象因为闪长岩峰值强度 很高脆性特征显著破裂的瞬间样品整体破碎属 于张拉破坏如图 7（ａ）破坏时沿着样品轴向形成 条状和片状开裂裂纹方向与样品轴向平行或小角 度斜交．当轴压下降到一定值之后围压作用相对 增强破坏试件又出现一定程度的压密闭合试件渗 透率有所下降． 石灰岩脆性一般尤其是围压作用下表现出一 定的塑性 （如 Ａ2）破裂灰块沿破裂面发生错动破 坏属于剪切破坏如图 7（ｂ）裂隙的张开度和连通 程度随变形扩展而提高渗透率在岩石强度峰前后 随岩石变形逐渐增大不会产生突跳现象．石灰岩 在两种围压作用下强度相差 1倍说明岩石强度不 仅与所加的围压有关还与岩石本身物理力学特性 有关这也说明岩石渗透率变化因本身物理力学特 性和外界受力不同而不同． 图 7 两种不同类型的岩石破坏．（ａ） 闪长岩；（ｂ） 石灰岩 Ｆｉｇ．7 Ｔｗｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｒｏｃｋｆａｉｌｕｒｅ：（ａ） ｄｉｏｒｉｔｅ；（ｂ） ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ 3 结论 （1） 根据实验结果获得了岩石两种不同类型 的渗透特性：一种是在应力达到峰值时渗透性产生 “突跳 ”的类型如闪长岩；另一种是在应力峰值前 后其渗透性逐渐增大的类型如石灰岩． （2） 产生上述两种不同类型的渗透性机理：对 闪长岩岩石强度峰前渗透率很低且变化不大主要 因为闪长岩结构致密、坚硬峰值时渗透率产生 “突 跳 ”现象因为闪长岩峰值强度很高脆性特征显 著破裂的瞬间样品整体破碎属于张拉破坏；而石 灰岩脆性一般尤其是在围压作用下表现出一定的 塑性破坏属于剪切破坏渗透率在岩石强度峰前后 随岩石变形逐渐增大不会产生突跳现象． （3） 将石灰岩和闪长岩的应变--渗透率关系可 简化为两段曲线通过对分段曲线拟合得出了两种 岩石全应力--应变过程中的应变--渗透率曲线方程 拟合相关系数较高能够深刻描述岩石破裂过程的 渗透规律为解决实际的渗流问题提供参考． （4） 分别对石灰岩和闪长岩实测的孔隙压差与 时间关系曲线进行一元多项式和负指数的拟合通 过对比发现石灰岩和闪长岩孔隙压差随时间变化 ·162·