承压饱和破碎岩石颗粒破碎及渗透率演化特征研究

采矿与安全工程学报

承压饱和破碎岩石颗粒破碎及渗透率演化特征研究

郁邦永，潘书才，魏建军，岳翎，郭静那

1．常州工程职业技术学院建筑工程学院，江苏常州 213164；2．中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州 221116

出版日期:2020-05-15 发布日期:2020-06-15
作者简介:郁邦永(1987— )，男，江苏省徐州市人，博士，主要从事采动岩体力学与破碎岩体渗流力学方面的研究。
基金资助:
常州市科技项目(CJ20190020)；江苏省高等学校自然科学研究项目(18KJB440002)；江苏省住建系统科技项目(2017ZD169，2018ZD199)；江苏省青蓝工程项目

Particle crushing and permeability evolution of saturated broken rock under compaction

Online:2020-05-15 Published:2020-06-15

摘要/Abstract

摘要： 为探求破碎岩体颗粒破碎及渗透率演化规律，对饱和破碎岩石进行侧向受限下的压缩和渗透试验，利用显微CT观察试样内部的孔隙结构形态，引入相对破碎率定量研究岩石颗粒的破碎规律，并分析其与孔隙度和渗透率之间的关系。试验结果表明，颗粒破碎在压实过程中普遍存在并持续改变试样的粒度分布，在轴向应力达到2 MPa时，细小颗粒(0~2.5 mm)大量出现，占最终增加量的44.6%，同时大颗粒(12~15 mm)明显减少，占最终减小量的45.1%；而应力升至12 MPa后，小颗粒(0~2.5 mm和2.5~5 mm)小幅变化，其余各粒径区间内岩石颗粒的质量变化微弱。相对破碎率和渗透率的变化范围分别为0~0.369 3和3.48×10-14~67.16×10-14 m2，且两者的变化过程均可分为2个阶段，即当轴向应力小于4 MPa时，相对破碎率快速增大，占总增幅的65.6%~74.1%，渗透率快速减小，占总降幅的84.4%~91.1%；而当轴向应力大于4 MPa时，相对破碎率缓慢增大并趋于稳定，渗透率缓慢减小并趋于稳定。渗透率与相对破碎率之间关系可用二次多项式函数拟合，相对破碎率可作为评估渗透率的有效参量。初始粒径配比对渗透率有明显影响，在相同轴向应力下，Talbot指数越大，渗透率越小；而初始粒径配比对相对破碎率几乎无影响。

关键词: 饱和破碎岩石, 粒度分布, 相对破碎率, 渗透率, 初始粒径配比

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