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] 殷山, 宋大钊, 王恩元, 何学秋, 李忠辉, 刘晓斐, 刘玉冰, . 受载砂岩变形破坏过程磁场响应规律研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1803-1812.
[2] 张培森, 许大强, 李腾辉, 胡昕, 赵成业, 侯季群, 牛辉, . 裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 12-26.
[3] 李满, 刘先珊, 潘玉华, 乔士豪, 郝梓宇, 钱磊, 罗晓雷, . 循环热冲击后裂隙砂岩力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1260-1270.
[4] 罗宇杰, 张杨, 刘容妃, 胡大伟, 周辉, 肖海斌, . 基于毫米压痕测试获取致密砂岩弹性模量的研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1089-1099.
[5] 孙晓明, 姜铭, 王新波, 臧金诚, 高祥, 缪澄宇, . 万福煤矿不同含水率砂岩蠕变力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 624-636.
[6] 张平, 任松, 张闯, 吴斐, 隆能增, 李凯鑫, . 循环扰动和高温作用下砂岩的岩爆倾向性及破坏特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 771-783.
[7] 陈星, 李建林, 邓华锋, 党莉, 刘奇, 王兴霞, 王伟, . 卸荷蠕变条件下软硬相接岩层非协调变形规律研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 303-316.
[8] Muhammad Usman Azhar, 周 辉, 杨凡杰, 高阳, 朱勇, 路新景, 房后国, 耿轶君, . 软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 626-639.
[9] 潘振辉, 肖涛, 李萍, . 压实度与制样含水率对压实黄土微结 构及水力特性的影响[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 357-366.
[10] 周辉, 宋明, 张传庆, 杨凡杰, 路新景, 房后国, 邓伟杰, . 三轴应力下水对泥质砂岩力学特性 影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2391-2398.
[11] 屈永龙, 杨更社, 奚家米, 何晖, 丁潇, 张猛, . 低温−加载作用下白垩系砂岩的变形 破坏特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2431-2442.
[12] 贺桂成, 谢元辉, 李咏梅, 李春光, 唐孟媛, 张志军, 伍玲玲. 微生物胶结砂岩型铀矿砂的抗渗性能试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2504-2514.
[13] 张慧梅, 王云飞. 冻融红砂岩损伤演化多尺度分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2103-2114.
[14] 杨科, 张寨男, 池小楼, 吕鑫, 魏祯, 刘文杰, . 循环载荷下含水砂岩裂纹演化与损伤特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1791-1802.
[15] 王海曼, 倪万魁, 刘魁, . 延安压实黄土土−水特征曲线的快速预测方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1845-1853.
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] 陈 阵,陶龙光,李 涛,李海斌,王综勇. 支护结构作用的箱基沉降计算新方法[J]. , 2009, 30(10): 2978 -2984 .
[3] 方恩权,蔡永昌,朱合华. 自由边界形状与近边界裂纹相互作用模型研究[J]. , 2009, 30(11): 3318 -3323 .
[4] 王光进,杨春和,张 超,冒海军,王 伟. 粗粒含量对散体岩土颗粒破碎及强度特性试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3649 -3654 .
[5] 卢全中,葛修润,彭建兵,冯利斌. 三轴压缩条件下裂隙性黄土的破坏特征[J]. , 2009, 30(12): 3689 -3694 .
[6] 徐东升,汪 稔,孟庆山,胡明鉴. 海相淤泥软土地基强夯置换砂桩试验分析[J]. , 2009, 30(12): 3831 -3836 .
[7] 杨 磊,李术才,郭彦双,朱维申,林春金. 三维裂隙间距对砂浆材料力学特性的影响[J]. , 2010, 31(1): 32 -38 .
[8] 王光勇,顾金才,陈安敏,徐景茂,张向阳. 全长粘结式锚杆加固洞室抗爆性能试验研究[J]. , 2010, 31(1): 107 -112 .
[9] 刘俊新,刘育田,邱恩喜. 非饱和红层路堤沉降理论与应用研究[J]. , 2010, 31(1): 217 -222 .
[10] 苏 栋,李相崧. 地震作用下自由场中饱和砂土的应力-应变推导[J]. , 2010, 31(1): 277 -281 .