武漢巖土所研發(fā)低滲巖土介質(zhì)滲透實驗儀

　　致密巖石具有低滲透性、力學行為復雜等特點，是地下放射性廢物處置庫、頁巖氣和石油工程、水利水電項目等重大工程經(jīng)常遇到的巖石。在實際工程建設中，巖石所經(jīng)歷的應力過程復雜多變，因此有必要研究巖石在各種應力路徑下的力學特性和滲透率演化規(guī)律。國內(nèi)外研究人員對致密巖石的力學行為已有大量研究，但對其在力學行為過程中的滲透率演化研究較少，這是由于用水作滲透介質(zhì)進行致密巖石的滲透率測量時間太長，并要考慮巖石復雜的水力耦合行為。例如，對泥巖這類適合做放射性廢物屏障處置的材料，用水作為滲透介質(zhì)會直接破壞泥巖的組成成分，影響其力學特性和滲透特性。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所巖土工程多場耦合效應組利用稀有氣體化學性質(zhì)極其穩(wěn)定、動力粘滯系數(shù)比液體小2~3個數(shù)量級等優(yōu)點，將稀有氣體（如氦氣）作為滲透介質(zhì)，研發(fā)出低滲巖土介質(zhì)滲透實驗儀，并將其與武漢巖土所自主研制的巖石三軸多場耦合實驗系統(tǒng)組合，可同步進行低滲巖石的力學變形測量和滲透率測量。該實驗儀的應用領域包括致密油氣開發(fā)、高放廢物地質(zhì)處置、二氧化碳地下封存、核電站屏障材料耐久性，具有低滲透率高精度測試（精度可達10-22m2）、高效率（幾小時）、適合試驗操作等優(yōu)點。該實驗系統(tǒng)豐富了對低滲透巖石進行力學試驗和滲透率測量的試驗手段，對推動低滲透巖石力學理論發(fā)展和試驗研究等方面有重要的現(xiàn)實意義。

　　利用此實驗系統(tǒng)對花崗巖進行恒下限分級循環(huán)加卸載條件下的氣體滲透率試驗，試驗結(jié)果表明，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，氣體滲透率變化分三個階段，即穩(wěn)定下降階段、緩慢增加階段、急劇上升階段，試樣脆性破壞后氣體滲透率均上升2~3個數(shù)量級。研究發(fā)現(xiàn)，與氣體滲透率變化三個階段相對應的分別是巖石內(nèi)部裂紋發(fā)展階段、孔隙和裂隙壓密階段、微裂紋穩(wěn)定發(fā)展階段、微裂紋不穩(wěn)定發(fā)展階段（宏觀裂隙生成與貫通）。

　　研究工作得到中科院“百人計劃”、國家自然科學基金項目等的資助。上述技術(shù)獲得國家發(fā)明和實用新型專利授權(quán)，相關研究成果發(fā)表在《巖土力學》上。

花崗巖破壞過程中氣體滲透率演化

低滲巖土介質(zhì)三軸壓縮滲透實驗系統(tǒng)