粗砂岩(CS),细砂岩(FS),泥岩(MS)最初被加工成标准圆柱形岩石样本( Φ 50 × One hundred. 毫米 )。这些样本来自府城内蒙古煤矿。和样品相似的纹理,没有杂质,没有伤害,没有裂缝,及其完整性使用放大镜检查,这些样本的重量。根据岩性、样本分为CS, FS,女士,每组由6个样品。修改后的巴西分裂夹具用于将样品在鞣制- 2000米的岩石三轴伺服仪表,和圆柱形样本通过单一骨折。样品的分裂步骤描述如下。

首先,一定的预加载应用于样品根据加载的方式,和预压值是1 kN

第二,固定夹板两岸预压后,放松和示例由上、下固定刀片

第三,轴向压力应用于位移的方法。叶片分裂的速度是0.05毫米/分钟,和目标是5毫米。把样本后,拉伸裂纹形成,如图 1

分裂后,第二考虑和筛选进行,样品与大质量损失和破损被移除。每组样品小于6时,必须补充。

由于不同的岩性,节理粗糙度分裂后的样本相对不同。CS样本有一个大的颗粒大小,表面粗糙,整体表面波动最小。FS小粒径,斯穆特表面,大大整体表面起伏。女士有一个细粒度和一把锋利的表面,与许多曲折陡峭。这些特征在图所示 2。

节理粗糙度对裂隙岩体的渗流具有重要影响,及其测量方法一直为裂缝渗流研究的一个重要方面。关节表面的高度和斜率是客观指标来描述节理粗糙度。斜率是通常所描述的上下角。在这项研究中,基准面成立,采用纵向和横向等距样条线,突出高度的方差和波动的角度测量样条线的交点。突出高度的方差可以描述偏离基准平面的高度,和等距波动角固定在底座上表面可以描述斜率的大小和高度的重视。两个索引的组合可以描述节理粗糙度,具体步骤如下。 (1)

一个3 d REVscan使用激光扫描仪扫描骨折关节面,如图 3(一个)。扫描仪的扫描精度达0.05毫米;扫描速度是每秒18000,大约是每秒40000点;扫描线条宽度是300毫米/梁(横梁)和分辨率为0.1毫米。扫描仪的精度可以满足计算要求的粗糙度。扫描后获得的点云文件,如图 3 (b)和 3 (c)

均值方差 年代 突出高度的节理面计算如下: (3) 年代 = 年代 ¯ 。

根据渗流方向,波动的角度 θ 我 样条线的相交点的计算如下(图 4 (c)): (4) θ 我 = 弧 棕褐色 Z 我 量 Z 我 量 1 X 我 量 X 我 量 1 。

等距均值波动的角度 θ ¯ 样条线被指定为 (5) θ ¯ = ∑ 我 = 1 n θ 我 n 。

等距均值波动的角度 Λ 关节表面获得了如下: (6) Λ = θ ¯ ¯ 。

三个破碎岩石的样本编号根据波动角度从大到小的顺序。表 1显示了测试结果。

通过使用鞣制- 2000 m岩石三轴伺服仪器如图 5、封闭和水压力应用到单处骨折岩石样本。水的流量实时测量。的基础上获得的实验数据,样本在不同工作条件下的渗透系数进行了计算。

水压力应用使用低端的进气孔之间的压力差和上出口洞。上的水压力出口大气压力,设置为0。中设置的水压测试样品的两端压差,如下所示: (7) Δ p = p 我 − p u , 在哪里 Δ p 水压测试集, p 我 的水压力降低吸入孔,然后呢 p u 是上层的水压力出口孔; σ W 是一组围压。测试仪器和测试原理图所示 6。

本研究主要调查了渗透系数的变化规律单处骨折岩体受到水压力的影响,围压和节理粗糙度。因此,测试条件简化,样本只受到水和封闭压力没有轴向载荷。现有研究成果的基础上,当法向应力大于20 MPa,法向应力下的渗流显然偏离了立方定理( 23]。因此,围压在测试期间被设置为2,4,6,10,15 MPa,和水压力设置为0.5,1.0,1.5,3.0,5.0,7.0,和9.0 MPa(表 2)。

单处骨折的装配和密封岩石样本如图 7。测试程序设计如下。 (1)

半圆柱形样本劈开从标准气缸干,用吸尘器清扫3.5 h,与蒸馏水48 h和饱和,确保单相流在测试样本

加载路径是恒定围压,水压力逐渐被加载。CS的渗透测试,FS, MS进行,不同工况下的渗透系数。一些数据的CS-1样本如表所示 3。

在恒定围压条件下,水压力对渗透系数的影响如图 14- - - - - - 16,三为每个岩性样品采集标本。

数据的分析 14- - - - - - 16表明,在恒定围压下,渗透系数和水压力有一个线性增长关系,也可以表示为 (9) k = 一个 Δ p , 在哪里 一个 是线性斜率和节理粗糙度有关。

达西定律的分析表明,如果渗流层流和骨折孔径是常数,然后渗透系数与水压力不会改变;在相同的测试条件下,本研究的测试结果是符合达西定律。与测试条件的变化,本研究的试验结果是不符合达西定律。即渗透系数的变化不仅影响水压还围压的变化。的原因如下。 (1)

当裂缝内的水压力增加和液压分裂效应产生,双方的岩体产生正常的变形小,骨折的接触面积减小,断裂光圈和渗透系数增加

的渗透系数与围压之间的关系三个岩性样品CS, FS,女士是如图 17- - - - - - 19,分别。

如数据所示 17- - - - - - 19裂隙岩体的渗透系数随围压的增加而减小。然而,随着围压的增加,渗透系数的衰减率是不同的。当围压小于10 MPa,渗透系数随围压的增加急剧下降。当围压大于10 MPa时,随着围压的增加,渗透系数的减少变得缓慢,最后趋于一个常数的值。

恒定的水压力的条件下,渗透系数与围压之间的关系是安装,和渗透系数与围压的负相关。以CS-1为例,当水压力为0.5,1.0,和1.5 MPa,围压与渗透系数之间的关系如图 20.。

渗透系数与围压之间的关系可以表示一个负指数函数,也就是说, (10) k = 一个 1 经验值 − 一个 2 σ n , 在哪里 一个 1 和 一个 2 拟合得到的参数测试结果和相关关节表面的粗糙度。

这里,CS-1 FS-1 MS-1,用2 MPa的围压和水压力0.5 MPa,作为例子,如图 21。考虑到不同的岩性,分裂后获得的节理粗糙度不同,渗透系数相对不同的相同的工作条件下。计算机科学的渗透系数大于FS和FS大于女士。

测试结果表明,渗透系数之间的函数关系和液压或封闭压力可以通过方程式。( 9)和( 10),如下所示: (11) k = 一个 一个 1 经验值 − 一个 2 σ n Δ p 。

系数 一个 , 一个 1 , 一个 2 节理粗糙度参数相关。在同等条件下,以CS,围压的6 MPa和水压力为1.5 MPa,作为一个例子,系数之间的关系 一个 , 一个 1 , 一个 2 和突出高度的平均方差 年代 等距或均值波动的角度 Λ 是安装,如图 22。之间的关系 一个 , 一个 1 , 一个 2 和 年代 和 Λ 一个近似的线性相关性。

因此, 一个 , 一个 1 , 一个 2 可以表示为 (12) 一个 = d 1 年代 + d 2 d 3 Λ + d 4 , 一个 1 = d 1 ′ 年代 + d 2 ′ d 3 ′ Λ + d 4 ′ , 一个 2 = d 1 ′ ′ 年代 + d 2 ′ ′ d 3 ′ ′ Λ + d 4 ′ ′ , 在哪里 d 1 , d 2 , d 3 , d 4 , d 1 ′ , d 2 ′ , d 3 ′ , d 4 ′ , d 1 ” , d 2 ” , d 3 ” , d 4 ” , d 4 ” 是拟合常数。用情商。 12)为情商。 11), k 可以表示为 (13) k = d 1 年代 + d 2 d 3 Λ + d 4 d 1 ′ 年代 + d 2 ′ d 3 ′ Λ + d 4 ′ 经验值 − d 1 ” 年代 + d 2 ” d 3 ” Λ + d 4 ” σ n Δ p 。

k 进一步表示为 (14) k = c 1 年代 2 + c 2 年代 + c 3 c 1 ′ Λ 2 + c 2 ′ Λ + c 3 ′ 经验值 − d 1 ” 年代 + d 2 ” d 3 ” Λ + d 4 ” σ n Δ p , 在哪里 c 1 , c 2 , c 3 , c 1 ′ , c 2 ′ , c 3 ′ , c 3 ′ 是拟合常数。的 k 函数在情商。 14)包含围压 σ w ,水的压力 Δ p ,突出高度的平均方差 年代 ,意思是等距波动角度 Λ ,有效地描述断裂表面的几何形状参数的影响渗透系数。

根据测试结果(CS样本,围压6 MPa,水压1.5 MPa),之间的关系 k 和 年代 或 Λ 是安装,如图 23。

的函数关系 k 和 年代 或 Λ 可以表示为指数关系: (15) k = c 1 年代 2 + c 2 年代 + c 3 经验值 − c 4 年代 + c 5 , k = c 1 ′ Λ 2 + c 2 ′ Λ + c 3 ′ 经验值 − c 4 ′ Λ + c 5 ′ , 在哪里 c 4 , c 5 , c 4 ′ , 和 c 5 ′ 是拟合常数。可以看出,在情商。 15),当任何值 年代 和 Λ 是恒定的,之间的关系 k 和 年代 或 Λ 可以表示为一个指数函数,验证情商的准确性。 14)。突出高度的方差 年代 用于描述关节表面突出的偏差和等距波动角度吗 Λ 用于描述关节表面突出的高度。更大的价值 年代 和 Λ 是,小的价值 k ,这表明更多的分散和高突出在关节表面,阻碍越大的节理面水流。