[发明专利]一种同时测定破碎岩石蠕变参数及渗透参数的操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种破碎岩石力学性质的测试方法，尤其是一种同时测定破碎岩石蠕变参数及渗透参数的操作方法。

背景技术

工程中的破碎岩石大致可分为两类：一类是受构造及采动作用破碎后仍处于原来位置的原位破碎岩石，一类是因工程开挖而破碎冒落并在高压作用下可再次压实的堆积破碎岩石。破碎岩石具有孔隙度大、渗透性高等特点，其时间相关性变形（尤其是蠕变）及渗流行为对岩石内部液体和气体的运移、地面建筑的长期稳定性等会带来严重影响。目前，承压破碎岩石的变形与渗流耦合研究是水利及采矿工程的热门课题，特别是近年来作为绿色开采关键技术之一的“煤矸石置换开采技术”的推广、应用以来，关于破碎矸石充填的密实程度、长期变形和渗流行为对控制地面沉降的作用及其对煤柱稳定性的影响研究已提出了迫切的要求。

目前，人们对破碎岩石的渗流和蠕变作为两个独立的过程或渗流与蠕变的阶段性耦合过程已进行了较多的研究，但两者相互影响的试验成果以及蠕变全过程中渗透特性试验的研究资料却很少，这主要是因为缺少针对破碎岩石蠕变-渗透全程耦合的操作系统及操作方法。虽然，李顺才等设计了破碎岩石蠕变与渗透全程耦合的专利装置（ZL 201120034981.3），但这只是一种操作装置，未曾涉及到破碎岩石蠕变—渗透全程耦合时同时测定其蠕变参数和渗透参数的操作方法。

发明内容

为了克服破碎岩石蠕变-渗透全程耦合试验中存在的问题，本发明提供一种同时测定破碎岩石蠕变参数及渗透参数的操作方法，该操作方法不仅可以获取破碎岩石蠕变与渗透全程耦合时的蠕变模型，进而对比分析不同渗流压力对蠕变特性的影响以及蠕变不同阶段的渗透特性，而且还能反映出蠕变及渗流的相互影响，为破碎岩石蠕变-渗流耦合的理论分析及数值模拟提供依据；另外，该操作方法成本低，操作方便，通过设计不同的操作方案，可以获取蠕变及渗流的各种性能参数，具有较强的实用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该同时测定破碎岩石蠕变参数及渗透参数的操作方法采用破碎岩石蠕变—渗透全程耦合试验装置实现轴向压力及渗透压差的加载，具体操作方法包括六个步骤：

（1）确定破碎岩石加载前在缸筒中的初始高度；

（2）开启轴向加载装置，加油压0.5MPa，使连接密实；

（3）启动电动试压泵饱和岩石；

（4）施加轴向载荷，并保持恒定，操作前预设4级递增的载荷值，即可得到4级递增的应力水平；

（5）按设定水压给岩石注水渗流，渗透加载要求设置4级递增的水压，在每级轴向应力保持恒定的蠕变阶段，渗透装置按设定的4级水压分别向岩石注水渗流6小时；

（6）改变轴向载荷进行下一级应力阶段的蠕变—渗透测试，改变油压，得到不同的轴向压力及应力，再按前面（4）～（5）的测试原理及方法进行操作，可得到不同载荷下岩石其位移的蠕变曲线及其渗透参数随位移S的变化规律。

根据该操作方法，轴向载荷F可由油压表读数p及液压缸内截面面积A计算得到；每级水压下的平均渗流速度由流量传感器采集的体积流量Q及缸筒内截面面积A₁计算得到；岩石的压缩位移S由位移计读数得到，岩石两端的渗透压差由水压表的读数计算得到，然后用以计算岩石两端的孔压梯度；当4级水压的渗流加载完毕后，才能开始下一级轴向压应力的加载及蠕变、渗流。在每级轴向应力的蠕变阶段，渗透特性参数由孔压梯度与平均渗流速度的散点图，通过Forchheimer非线性渗流关系式拟合得到；每级轴向应力下的蠕变三参数，由轴向宏观应变的时间曲线，通过Kelvin-Volgt蠕变模型拟合得到。

本发明的有益效果是，该同时测定破碎岩石蠕变参数及渗透参数的操作方法不仅可以获取破碎岩石蠕变与渗透全程耦合时的蠕变模型，进而对比分析不同渗流压力对蠕变特性的影响以及蠕变不同阶段的渗透特性，而且还能反映出蠕变及渗流的相互影响，为破碎岩石蠕变—渗流耦合的理论分析及数值模拟提供依据；另外，该操作方法成本低，操作方便，通过设计不同的操作方案，可以获取蠕变及渗流的各种性能参数，具有较强的实用性。

附图说明