岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (2): 405-415.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1408

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的 砂岩渗透特性研究

田佳丽,王惠民,刘星星,向雷,盛金昌,罗玉龙,詹美礼   

  1. 河海大学 水利水电学院,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2021-08-09 修回日期:2021-12-31 出版日期:2022-02-11 发布日期:2022-02-22
  • 通讯作者: 王惠民,男,1993年生,博士,讲师,主要从事裂隙岩体渗流方面的研究工作。E-mail: huimin.wang@hhu.edu.cn E-mail:1923830261@qq.com
  • 作者简介:田佳丽,女,1994年生,博士研究生,主要从事岩土渗流力学方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51579078);浙江省山体地质灾害防治协同创新中心开放基金(No. PCMGH-2017-Z-02)。

Study on permeability characteristics of sandstone considering pore compression sensitivity at different scales

TIAN Jia-li, WANG Hui-min, LIU Xing-xing, XIANG Lei, SHENG Jin-chang, LUO Yu-long, ZHAN Mei-li   

  1. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2021-08-09 Revised:2021-12-31 Online:2022-02-11 Published:2022-02-22
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51579078) and the Collaborative Innovation Center for Prevention and Control of Mountain Geological Hazards of Zhejiang Province(PCMGH-2017-Z-02).

摘要: 以往的研究多是从宏观层面建立孔隙压缩敏感性与渗透率之间的关系,缺乏砂岩不同尺度孔隙结构改变对渗透率演化规律的认识。从细观孔隙层面来看,不同尺度孔隙在应力作用下闭合程度差异明显,考虑不同尺度下孔隙压缩敏感性对准确预测渗透率演化至关重要。因此,利用多场耦合核磁共振试验平台开展了砂岩渗流-应力耦合试验,获得了不同应力作用下砂岩渗透率以及孔径分布曲线的变化规律,将孔径分成大孔(>1 ?m)、中孔(0.1~l ?m)、小孔(<0.1 ?m)3类,计算了砂岩不同尺度孔隙压缩系数及其转化因子,提出了考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的砂岩渗透率计算公式。结果发现:砂岩不同尺度孔隙的压缩性差异明显,大尺度孔隙的压缩敏感性更强;考虑不同尺度孔隙压缩敏感性的渗透率公式与试验值具有较好的一致性。

关键词: 渗透-应力耦合, 孔径分布, 压缩敏感性, 砂岩, 渗透率演化

Abstract: Most previous studies focused on establishing the relationship between pore compression sensitivity and permeability at the macroscopic level. However, the effect of different pore-structures at multi-scales on the evolution of permeability characteristics is still not clear. Also, many mesoscopic studies have showed that the closure degree of pores at multi-scales are significantly different under the action of stress. Thus, the pore compression sensitivity at different scales is crucial to predict the evolution of permeability accurately. In this study, the hydro-mechanical experiments of sandstone were performed using a multi-field coupling NMR experimental system to obtain the variations of permeability and pore-size distribution under different stress conditions. The pore diameter is divided into three categories: large pore (>1 ?m), middle pore (0.1–1 ?m), and small pore (<0.1 ?m). The pore compressibility coefficients at different scales and transforming factors were calculated. A calculation formula for sandstone permeability considering pore compression sensitivity at different scales was also proposed. The results show that the compressibility of pores at different scales of sandstone is significantly different. The larger the pores are, the higher the compression sensitivity is. The proposed permeability formula considering the pore compression sensitivity at different scales are in good agreement with the experimental results.

Key words: hydro-mechanical coupling, pore size distribution, compression sensitivity, sandstone, permeability evolution

中图分类号: 

  • TU 45
[1] 彭守建, 张倩文, 许江, 陈奕安, 陈灿灿, 曹琦, 饶豪魁, . 基于三维数字图像相关技术的砂岩渗流-应力 耦合变形局部化特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1197-1206.
[2] 王燕星, 李驰, 葛晓东, 高利平, . 黄河流域内蒙古段砒砂岩风化土微生物 矿化改良的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 708-718.
[3] 王海曼, 倪万魁. 不同干密度压实黄土的饱和/非饱和渗透 系数预测模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 729-736.
[4] 苗胜军, 王辉, 杨鹏锦, 王亚欣, . 近疲劳强度循环荷载对泥质石英粉砂岩 力学特性影响研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2109-2119.
[5] 孙文进, 金爱兵, 王树亮, 赵怡晴, 韦立昌, 贾玉春, . 基于DIC的高温砂岩劈裂力学特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 511-518.
[6] 周哲, 陈善雄, 戴张俊, 黄康, 余飞, . 基于点荷载试验的新生代红砂岩 强度软化规律研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2997-3007.
[7] 徐浩淳, 金爱兵, 赵怡晴, 王本鑫, 韦立昌, . 高温层理砂岩劈裂力学特性及裂隙演化研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3069-3078.
[8] 王伟, 梁渲钰, 张明涛, 贾泽钰, 张思怡, 王奇智, . 动静组合加载下砂岩破坏机制 及裂纹密度试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2647-2658.
[9] 龚囱, 赵坤, 包涵, 赵奎, 曾鹏, 王文杰, . 红砂岩蠕变破坏声发射震源演化及其分形特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2683-2695.
[10] 张科, 李娜, 陈宇龙, 刘文连, . 裂隙砂岩变形破裂过程中应变场及红外辐射 温度场演化特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 95-105.
[11] 魏尧, 杨更社, 申艳军, 明锋, 梁博, . 白垩系饱和冻结砂岩蠕变试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2636-2646.
[12] 高玮, 胡承杰, 贺天阳, 陈新, 周聪, 崔爽, . 基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2179-2188.
[13] 赵怡晴, 吴常贵, 金爱兵, 孙浩, . 热处理砂岩微观结构及力学性质试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2233-2240.
[14] 韩超, 庞德朋, 李德建. 砂岩分级加卸载蠕变试验过程能量演化分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1179-1188.
[15] 刘功勋, 李威, 洪国军, 张坤勇, CHEN Xiu-han, 施绍刚, RUTTEN Tom. 大比尺切削模型试验条件下砂岩破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1211-1218.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .