张玉等：复杂应力路径下裂隙泥岩渗透演化规律试验研究 907· 1.1 0 6.0 RI sample Confining pressure:6.3 MPa △R2 sample 5.5 1.0 -----Fitting curve 5.5 G j=1.4196ea094a 5.0 0f0.9584 5.0 4.5 4.5 4.0 J=2.0299ea19m 4.0 2=0.9434 3.5 0.6 3.5 0.5 3.0 4 5 6 2 3 Confining pressure/MPa Loading level 图6围压递增条件下渗透率比变化 图7渗透压力递增渗透性测试方案 Fig.6 Change in permeability ratio with increasing confining pressure Fig.7 Schematic of permeability test with increasing liquid pressure 4.4 2.8 (a) (b) 4.2 O Test data 0 △Test data ------Fitting curve ------Fitting curve 4 3.8 a-c-xzuu 3.6 3.4 0 J=2.0223ea12z 3=0.533e027w 0 R=0.9701 R2=0.9824 1.6 3.2 30 5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Liquid pressure/MPa Liquid pressure/MPa 图8渗透压力递增条件下渗透率演化.(a)R1岩样：(b)R2岩样 Fig.8 Permeability evolution with increasing liquid pressure:(a)RI sample;(b)R2 sample 的差值.围压递增，有效应力加载，渗透率减小：渗透 2.3偏应力循环加卸载条件下渗透性测试 压力递增，有效应力卸载，渗透率增大（图10）：其中有 偏应力循环加卸载应力路径如图11所示.加 效应力由0.8MPa增加至2.8MPa.围压递增和渗压 卸载过程中，渗透率随加载呈降低趋势：随卸载呈 降低引起R1岩样渗透率分别降低了0.72×10-9m2 增加趋势，但卸载增加路径明显小于加载降低路 和0.96×109m2,引起R2岩样渗透率分别降低了 径，渗透率产生明显的损失量，整体表现出下降趋 0.61×1017m2和1.08×107m2;由此认为，渗透压力变 势，具有不可逆性（图12）.原因在于加载导致岩样 化导致的裂隙泥岩渗透率的演化程度高于围压变化 持续压密，渗透率降低；卸载引起裂隙部分张开， 导致的，渗透压力对裂隙泥岩渗透性演化影响较大 渗透率增加 2.0 R1和R2岩样3次加载导致渗透率降低幅度 0 RI sample 分别为1.32×1019、1.42×10-19、0.81×10-19m2和0.80× 1.8 △ R2 sample 16h ----Fitting curve 1017、0.48×1017、0.25×1017m2:3次卸载引起渗透 率增长幅度分别为0.97×1019、0.94×1019、0.63× =0.3661e0.27u 1.4 R2=0.9824 1019m2和0.22×10-17、0.16×10-17、0.25×10-7m2.加 载导致渗透率降低幅度的总体变化趋势为随循环 次数增加而减小：加载初期裂隙闭合显著，渗透率 1.0 J=0.6251ea12 R2=0.9701 降低幅度较大；循环次数增加，裂隙闭合减弱，渗 0.8 透率降低幅度减小.卸载引起渗透率增长幅度的 4 5 Liquid pressure/MPa 总体变化趋势为随循环次数增加而减小；循环加 因9渗透压力递增条件下渗透率比演化 载导致裂隙不可恢复变形增加，卸载后可恢复变 Fig.9 Change in permeability ratio with increasing liquid pressure 形降低，渗透率增长幅度亦减小的差值. 围压递增，有效应力加载，渗透率减小；渗透 压力递增，有效应力卸载，渗透率增大（图 10）；其中有 效应力由 0.8 MPa 增加至 2.8 MPa，围压递增和渗压 降低引起 R1 岩样渗透率分别降低了 0.72×10−19 m 2 和 0.96×10−19 m 2 ，引起 R2 岩样渗透率分别降低了 0.61×10−17 m 2 和 1.08×10−17 m 2 ；由此认为，渗透压力变 化导致的裂隙泥岩渗透率的演化程度高于围压变化 导致的，渗透压力对裂隙泥岩渗透性演化影响较大. y=0.6251e0.129x R 2= 0.9701 y=0.3661e0.2781x R 2=0.9824 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3 4 5 6 Liquid pressure/MPa R1 sample R2 sample Fitting curve Permeability ratio 图 9    渗透压力递增条件下渗透率比演化 Fig.9    Change in permeability ratio with increasing liquid pressure 2.3    偏应力循环加卸载条件下渗透性测试 偏应力循环加卸载应力路径如图 11 所示. 加 卸载过程中，渗透率随加载呈降低趋势；随卸载呈 增加趋势，但卸载增加路径明显小于加载降低路 径，渗透率产生明显的损失量，整体表现出下降趋 势，具有不可逆性（图 12）. 原因在于加载导致岩样 持续压密，渗透率降低；卸载引起裂隙部分张开， 渗透率增加. R1 和 R2 岩样 3 次加载导致渗透率降低幅度 分别为 1.32×10−19、1.42×10−19、0.81×10−19 m 2 和 0.80× 10−17、0.48×10−17、0.25×10−17 m 2 ；3 次卸载引起渗透 率增长幅度分别 为 0.97×10−19、 0.94×10−19、 0.63× 10−19 m 2 和 0.22×10−17、0.16×10−17、0.25×10−17 m 2 . 加 载导致渗透率降低幅度的总体变化趋势为随循环 次数增加而减小；加载初期裂隙闭合显著，渗透率 降低幅度较大；循环次数增加，裂隙闭合减弱，渗 透率降低幅度减小. 卸载引起渗透率增长幅度的 总体变化趋势为随循环次数增加而减小；循环加 载导致裂隙不可恢复变形增加，卸载后可恢复变 形降低，渗透率增长幅度亦减小. y= 1.4196e−0.094x R 2=0.9584 y=2.0299e−0.197x R 2= 0.9434 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 3 4 5 6 7 Permeability ratio Confining pressure/MPa R1 sample R2 sample Fitting curve 图 6    围压递增条件下渗透率比变化 Fig.6    Change in permeability ratio with increasing confining pressure 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 0 1 2 3 4 5 Loading level 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 Confining pressure: 6.3 MPa Liquid pressure/MPa 图 7    渗透压力递增渗透性测试方案 Fig.7    Schematic of permeability test with increasing liquid pressure y=0.533e0.2781x R 2= 0.9824 1.3 1.6 1.9 2.2 2.5 2.8 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Permeability/(10−17 m2 ) Liquid pressure/MPa Test data Fitting curve (b) y=2.0223e0.129x R 2= 0.9701 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Permeability/(10−19 m2 ) Liquid pressure/MPa Test data Fitting curve (a) 图 8    渗透压力递增条件下渗透率演化. （a）R1 岩样；（b）R2 岩样 Fig.8    Permeability evolution with increasing liquid pressure: (a) R1 sample; (b) R2 sample 张    玉等： 复杂应力路径下裂隙泥岩渗透演化规律试验研究 · 907 ·