倾角相似材料分别逐级施加310^、810^、151^?、2510^、3010^及3510^的 围压，利用岩石气体渗透率测试装置测量不同围压下不同倾角相似材料的渗透率，以围压 为横坐标，渗透率为纵坐标，做出不同倾角方向相似材料的渗透率与围压的散点图，如图1， 然后用迭代法分别计算出与各倾角方向相似材料的渗透率与围压的散点图拟合度最高的 函数关系式，作为裂隙岩体不同方向渗透率与围压的函数关系式，如表1。
[0068] 表1裂隙岩体不同方向渗透率与围压的函数关系式
[0070] 同理，利用岩石气体渗透率测试装置测量不同围压下相似材料的孔隙度，以围压 为横坐标，孔隙度为纵坐标，做出相似材料的孔隙度与围压的散点图；由于不同倾角方向相 似材料孔隙度的大小以及随围压的变化规律接近一致，因此以〇°倾角相似材料在不同围压 下的孔隙度代表相似材料的孔隙度，并做出〇°倾角方向相似材料的孔隙度与围压的散点 图，如图2,并计算出与该散点图拟合度最高的函数关系式，作为裂隙岩体孔隙度与围压的 函数关系式y = 3 · 799x-Q·026。
[0071] (3)对不同倾角方向相似材料的渗透率与围压的函数关系式进行求导，得到裂隙 岩体不同方向渗透率对围压的变化率的表达式，如表2。
[0072]表2裂隙岩体不同方向渗透率对围压的变化率的表达式
[0074] 同理，对孔隙度与围压的函数关系式进行求导，得到裂隙岩体孔隙度对围压的变 化率的表达式，7 = 0.0981+1'―。
[0075] (4)对裂隙岩体不同方向渗透率对围压的变化率的表达式进行标准化处理，初始 围压3MPa时0°、15°、30°、45°、60°、75°及90°倾角方向处的初始渗透率分别为5.11ΧΠΓ 17、 5 ·07 X 10-16、7 · 38 X 10-16、5 · 23 X 10-16、2 ·05 X 10-15、1 · 33 X 10-16、5 ·87 X 10-16,以对应方向 裂隙岩体的渗透率对围压的变化率的表达式除以该方向的初始渗透率，并取绝对值，得到 裂隙渗透各向异性岩体渗透率对有效应力敏感程度的定量表达式，如表3，与倾角对应的表 达式分别表示该方向上单位应力变化引起的单位渗透率的变化量，该变化量表征了对应方 向渗透率对有效应力变化的敏感程度。
[0076] 表3裂隙岩体不同方向渗透率对有效应力敏感程度的定量表达式
[0077]
[0078]
[0079] 同理，对裂隙岩体不同方向孔隙度对围压的变化率的表达式进行标准化处理，初 始围压3MPa对应的初始孔隙度为5.531，以裂隙岩体的孔隙度对围压的变化率的表达式除 以该方向的初始孔隙度，并取绝对值，得到裂隙岩体孔隙度对有效应力敏感程度的定量表 达式，7 = 0.01791+^,此表达式表示单位应力变化引起的单位孔隙度的变化量，该变化量 表征了孔隙度对有效应力变化的敏感程度。
【主权项】
1. 一种确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，模拟实际裂隙岩体，制备与水平方向呈不同倾角的相似材料； 步骤2,选任一倾角相似材料逐级施加围压，每级围压稳定后测量其渗透率，确定该倾 角方向相似材料的渗透率与围压的函数关系式； 步骤3,对该函数关系式求导，所得导函数表示该倾角方向相似材料的渗透率对有效应 力的变化率； 步骤4,对该导函数进行标准化处理，得到该倾角方向单位应力变化引起的单位渗透率 的变化量，该变化量即为待测实际裂隙岩体该倾角方向的渗透率对有效应力变化的敏感程 度； 步骤5,重复步骤2~4,得到待测实际裂隙岩体不同倾角方向的渗透率对有效应力变化 的敏感程度。2. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤1中，所述制备与水平方向呈不同倾角的相似材料的方法包括： (1) 根据实际裂隙岩体的几何形态以及该岩体中裂隙的形态和分布，制作该裂隙岩体 的三维数字模型； (2) 将该三维数字模型输入3D打印机，旋转该三维数字模型，以实际裂隙岩体的粉末为 原料打印出与水平方向呈不同倾角的相似材料。3. 根据权利要求1或2所述的确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征 在于，所述倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°或90°。4. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤2中，根据测得的每级围压下的渗透率，以围压为横坐标、渗透率为纵坐标，作出该 倾角方向围压与渗透率的散点图，通过迭代法得出与散点图拟合度最高的函数关系式，即 为该倾角方向相似材料的渗透率与围压的函数关系式。5. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤2中，逐级施加3MPa、8MPa、15Mpa、25MPa、30MPa及35MPa的围压。6. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体渗透率对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤4中，所述对导函数进行标准化处理的方法为:将步骤3所得的导函数除以该倾角方 向相似材料的初始渗透率，该初始渗透率为初始围压下测得的相似材料的渗透率。7. -种确定裂隙岩体孔隙度对有效应力敏感程度的方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1，模拟实际裂隙岩体，制备裂隙岩体的相似材料； 步骤2,对该相似材料逐级施加围压，每级围压稳定后测量其孔隙度，确定孔隙度与围 压的函数关系式； 步骤3:对该函数关系式求导，所得导函数表示孔隙度对有效应力的变化率； 步骤4,对该导函数进行标准化处理，得到单位应力变化引起的单位孔隙度的变化量， 该变化量即为待测实际裂隙岩体孔隙度对有效应力变化的敏感程度。8. 根据权利要求7所述的确定裂隙岩体孔隙度对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤2中，根据测得的每级围压下的孔隙度，以围压为横坐标、孔隙度为纵坐标，作出围 压与孔隙度的散点图，通过迭代法得出与散点图拟合度最高的函数关系式，即为孔隙度与 围压的函数关系式。9. 根据权利要求7所述的确定裂隙岩体孔隙度对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤2中，逐级施加3MPa、8MPa、15Mpa、25MPa、30MPa及35MPa的围压。10. 根据权利要求7所述的确定裂隙岩体孔隙度对有效应力敏感程度的方法，其特征在 于，步骤4中，所述对导函数进行标准化处理的方法为:将步骤3所得的导函数除以初始孔隙 度，该初始孔隙度为初始围压下测得的相似材料的孔隙度。
【专利摘要】本发明公开一种确定裂隙岩体渗透率及孔隙度对有效应力敏感程度的方法，其中，确定渗透率对有效应力敏感程度的方法包括：模拟实际裂隙岩体，制备不同倾角相似材料；选任一倾角相似材料逐级施加围压，每级围压稳定后测量其渗透率，确定该倾角方向的渗透率与围压的函数关系式；对函数关系式求导，所得导函数表示该倾角方向相似材料的渗透率对有效应力的变化率；对导函数进行标准化处理，得到该倾角方向单位应力变化引起的单位渗透率的变化量，即为该倾角方向的渗透率对有效应力变化的敏感程度；重复上述，得到不同倾角方向的渗透率对有效应力变化的敏感程度。本发明可准确表征渗透率差异较大的岩体不同方向渗透率对有效应力的敏感程度。
【IPC分类】G01N15/08, G01N1/28
【公开号】CN105606513
【申请号】CN201610064446
【发明人】巢志明, 王环玲, 徐卫亚, 吉华, 贾朝军, 闫龙, 林志南, 杨兰兰, 赵恺, 夏季
【申请人】河海大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月29日