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原文传递确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法

专利名称：	确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法
摘要：	本发明公开了一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，包括以下步骤：1)将N个岩石标准试样平均分为四组；2)将各组岩石标准试样进行烘干；3)将各岩石标准试样的顶部与注水装置之间进行连接，然后在各岩石标准试样的表面涂覆止水剂；4)通过注水装置以4MPa/min的升压速率对各组岩石标准试样内部进行注水，当各组岩石标准试样的注水压力达到设计值后保持预设时间；5)绘制岩石的应力‑应变曲线；6)建立符合岩石变形特性的函数表达式；7)确定模型参数，根据模型参数确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响，该方法能够较为准确的确定渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安建筑科技大学
发明人：	肖珂辉;宗大超;宋战平;周冠南;张玉伟;张世平;王军保;杨腾添;田小旭;肖华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910294911.2
公开号：	CN110006759A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	710055 陕西省西安市碑林区雁塔路13号
主权项：	1.一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)取完整岩块，采用钻心法进行取样，得N个岩石标准试样，然后将N个岩石标准试样平均分为四组； 2)将各组岩石标准试样进行烘干； 3)将各岩石标准试样的顶部与注水装置之间通过环氧树脂与固化剂的混合物进行连接，然后在各岩石标准试样的表面涂覆止水剂； 4)通过注水装置以4MPa/min的升压速率对各组岩石标准试样内部进行注水，当各组岩石标准试样的注水压力达到设计值后保持预设时间；其中，四组岩石标准试样注水压力的设计值分别为0MPa、2MPa、4MPa和6MPa； 5)在各岩石标准试样的底部涂覆润滑剂，然后再利用伺服试验机以2kN/s的速率对岩石标准试样进行加载，直至破坏为止，在加载过程中，实时采集岩石标准试样应力、应变数据以及AE特性，并绘制岩石的应力-应变曲线； 6)根据岩石压密阶段特性，建立符合岩石变形特性的函数表达式； 7)根据岩石的应力-应变曲线以及压密阶段的本构模型函数表达式，确定模型参数，根据模型参数确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响。 2.根据权利要求1所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，岩石标准试样的高度及直径分别为100mm及50mm。 3.根据权利要求1所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，环氧树脂与固化剂的质量比为5:1。 4.根据权利要求1所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，止水剂的涂覆层数为3层，且每层涂覆的时间间隔为8min，涂覆完成后风干48h。 5.根据权利要求1所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，步骤6)具体操作为：由于岩石压密过程中，孔隙逐渐减小，弹性模量En逐渐增大，当岩石完全压密时，岩石弹性模量En为弹性阶段弹性模量E，因此引进压密因子Dn来反映岩石的压密情况，则有：其中，ξ为水压力影响因子，Dn为压密因子，Dn的取值范围为0～1，当Dn＝0时，则表示岩石内的初始孔隙尚未被压缩，岩石的弹性模量为E/(1+ξ)；当Dn＝1时，则表示岩石已经达到极限孔隙比，岩石内的闭合孔隙完全闭合，岩石的弹性模量即为弹性阶段岩石弹性模量；压密因子Dn的表达式为：其中，n0为初始孔隙率，n为轴向变形为ε时的孔隙率，nr为残余孔隙率，即为岩石应变为εa的孔隙率，εa为岩石压密变形量，则有：其中，vp0、vp及vpr分别为初始孔隙体积、轴向应变为ε时的孔隙体积和残余孔隙体积；v0、v及vr分别为岩石初始总体积、轴向应变为ε时的总体积和残余总体积；设岩石的横截面积为常数s，则岩石各状态下的体积为：将式(3)、式(4)带入式(2)中，得：令则有：由于岩石高度远大于岩石压密变形量，因此式(6)可近似为：将式(7)带入式(1)，得任意时刻岩石的弹性模量En为：则有，ε≤εa时，岩石压密阶段的本构方程为：。 6.根据权利要求1所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，其特征在于，步骤7)中确定模型参数的具体过程为：压密变形量εa的确定：比较岩石加载前和损伤应力点间的连线与应力-应变曲线之间的最大轴向应变差，确定岩石的闭合应力及其对应的应变；求取4组试验中各组灰岩的平均压密变形量εa，再将各组灰岩的平均压密变形量εa与渗透水压力P进行拟合，得压密变形量εa与渗透水压力P的关系式为： εa＝a1P+b1 (10) 弹性模量E的确定：弹性模量E为岩石应力应变曲线的斜率，取岩石应力-应变曲线线性端两点之间斜线的斜率，再求取各组灰岩对应斜率的平均值，然后将四组灰岩对应的斜率平均值进行拟合，得弹性模量E与渗透水压力P的关系式为： E＝a2P+b2 (11) 水压力影响因子ξ的确定：求取灰岩在预设渗透压力下的弹性模量E，再取灰岩在该预设渗透压力下压密阶段采集到的任意相邻三点(x、y、z)的数据，再求取x及z两点的应力差与应变差之比，该比值即为y点的弹性模量Eny，将y点的弹性模量Eny、应变εy以及弹性阶段的弹性模量E带入公式(11)中，得该预设渗透压力下的水压力影响因子ξ：将不同预设渗透压力下的水压力影响因子ξ进行拟合，得水压力影响因子ξ与渗透水压力P关系为：其中，a1、a2、b1、b2及c均为拟合参数。
所属类别：	发明专利