《深部裂隙岩體HM耦合作用下的聲學特性與參數研究》是依託華僑大學，由俞縉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深部裂隙岩體HM耦合作用下的聲學特性與參數研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：俞縉
- 依託單位：華僑大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於對深地質和工程環境，特別是水-力(HM)耦合作用下裂隙岩體的聲學特性尚不清楚，嚴重影響了深部岩石工程聲學測試的分析效果。本項目擬採用特製的帶滲透聲波承壓探頭，對含巨觀貫通裂隙和遍有微裂隙試樣分別進行不同高圍壓、高水壓和機械應力載入下的三軸伺服試驗，同時實施岩樣超聲P、S波和滲透率實時監測。結合裂隙表面粗糙度觀測和岩樣整體CT掃描，重點研究HM耦合作用下裂隙岩石的聲波傳播機制和參數回響特徵，以及聲參數與岩石損傷和滲透性演化的表象關係。在試驗基礎上，依據接觸面的波傳播理論、裂隙滲流理論及統計理論，建立單裂隙位移不連續動力本構模型，並嵌入UDEC程式。對三軸試驗、核廢料處置北山預選區深孔聲測井進行HM耦合過程和聲傳播的二維離散元模擬，與試驗數據作比對分析驗證，進一步揭示深部裂隙岩體HM耦合作用下的聲學特性。項目研究成果將直接為深部圍岩聲學測試與評價提供理論基礎和分析手段，具有重要的科學價值。
結題摘要
通過不同圍壓和滲透壓組合條件下砂岩三軸壓縮試驗及滲透率、聲發射實時監測，獲得HM耦合作用下岩石滲透率、損傷與變形的表象關聯，進而研究全應力–應變過程中滲透率、損傷與砂岩變形發展間的巨觀關係，及高圍壓條件下滲透率、損傷與砂岩脆-延性轉換之間的關聯性。結合試驗數值，利用PFC2D，從細觀上模擬不同圍壓砂岩壓縮變形過程中的聲發射時空分布、孔隙尺寸分布，結合全過程曲線討論砂岩聲發射特性、孔隙結構變化與壓縮變形過程的內在聯繫，並進行HM耦合離散元模擬。 試驗結果表明：(1) 岩樣初始滲透率、峰值強度隨著HM耦合作用下圍壓與滲透壓的改變而改變。(2) 岩樣全應力–應變過程中，滲透率先隨著軸向應變的增大而逐漸減小，進入彈塑性階段後，滲透率變化曲線隨圍壓變化呈現增大、持平及減小三種不同的變化趨勢。(3) 圍壓較高時，若形成局部壓縮帶，則岩樣進入彈塑性階段後，滲透率的變化趨勢由岩石微裂隙的萌生、擴展與岩石骨架顆粒壓碎這兩個主要因素共同決定。(4) 岩石微裂隙萌生、擴展對滲透率增大起積極作用，岩石骨架顆粒壓碎形成的壓縮帶對滲透率增大起抑制作用。(5) 岩石進入塑性階段後，隨圍壓增大滲透率由上升趨勢變為下降的現象先於脆–延轉換的臨界狀態發生。(6) 岩石的體積應變對滲透率有一定影響，在脆–延轉換階段存在體積應變增大而滲透率減小的新現象。 模擬結果表明：(1) 圍壓效應對砂岩壓縮變形過程和聲發射時空分布有重要影響，是砂岩發生脆延轉化的重要條件。低圍壓下砂岩壓縮變形過程中體現脆性特徵，以剪下帶破壞為主，聲發射經歷“平靜期”、“發展期”、“爆發期”和“回落期”。高圍壓下砂岩體現延性特徵，以壓縮帶破壞為主，聲發射在“爆發期”後沒有明顯的“回落期”，而呈現彌散分布的特徵。(2) 低圍壓下砂岩出現貫通的剪下帶，裂隙易張開，對滲流具有顯著的促進作用。圍壓越高，砂岩試樣的接觸斷裂數量和範圍越大，裂隙數量增多，但裂隙和孔洞也容易被壓密，從而對滲流起抑制作用。(3) 貫通的張開裂隙會大幅增加滲透性，而曲折間斷的張開裂隙只會小幅增加滲透性，周圍被閉合裂隙和壓密的孔洞包裹的完全孤立的張開裂隙則對滲透性貢獻很小。（4）HM耦合模擬結果顯示，孔隙水壓力在力學上對岩樣起到軟化作用，使峰值強度下降。滲透壓的增大對砂岩內部微裂隙發育有明顯促進作用，主要由張拉裂紋貢獻。
