岩石全应力应变过程对应的渗透率_应变方程

煤系沉积岩应力-应变与应变-渗透率特征

煤系沉积岩应力-应变与应变-渗透率特征季小凯;郭建斌;邢同菊;谭希鹏【摘要】The characteristics of permeability of the sandstone of coal seam3 roof and red bed threatening the mining activities were analyzed by spot sampling and laboratory experiments on rock samples of No.3 Jining coal mine. The test results indicated that permeability of medium-coarse sandstone is the biggest, but that of mudstone is the smallest; Stress has great influence on the permeability in different ways which include closure in the normal direction and dilatancy effect of joints, stress dilatancy changes the permeability of rock significantly; strain-permeability curve of rocks displays lag of permeability peak value. The rock permeability changes acutely and unpredictably at phase of elastic-plasticity, however, there is a good agreement between permeability and volumetric strain. By summarizing and analyzing the experimentation results, permeability variation can be divided into 5 stages: stage of consolidation and closureof microfissures, stage of random expansion of microfissures, stage of propagation and cutthrough of fissures, stage of diastrophsm and sufficient development of fissures, and stage of secondary closure of fissures.%通过对济宁三号煤矿岩样进行现场采取和室内试验分析，探究对开采有威胁的3煤层顶板砂岩和红层的渗透率特征。

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析

煤矿采空区岩体渗透性计算模型及其数值模拟分析孟召平;张娟;师修昌;田永东;李超【摘要】煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数.从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律.研究结果表明:不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC3D计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征.无论是垂直渗透系数比(Kz/Kz0),还是水平渗透系数比(Ky／Ky0),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2016(041)008【总页数】9页(P1997-2005)【关键词】煤矿采空区;应力-应变;破坏特征;渗透性【作者】孟召平;张娟;师修昌;田永东;李超【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北宜昌443002;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城048006;中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083;山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西晋城048006【正文语种】中文【中图分类】P618.11随着煤层气勘探工作的不断深入，为保证煤层气勘探开发的持续性发展，抽采煤矿采空区煤层气，已成为煤矿区煤层气的重要资源之一。

沉积岩应变过程

畅 , 渗透压差有时不是单调减少 (有局部升高现象) . 岩石试件形状为圆柱形 , 试验时密封良好 , 确保油
不能从防护套和试件间隙渗漏 , 然后置于加载架上进行试验.
根据试验目的和内容 , 并参考实际情况确定的各种试验参数和试验结果见表 1.
岩样编号岩性
239 - 1 215 255 HB9 HB10 229 234 - 1 234 - 2
在煤炭的回采过程中 , 原有煤层顶板岩体的应力状态发生变化 , 使顶板发生弯曲变形、破坏、移动下沉 , 从而改变了原有岩层的渗透状态 , 形成新的不均匀、各向异性的渗透系数场. 有关学者认为[1 ,2 ] , 这种与应变有关的渗透系数场对评价煤炭回采过程中顶板水文地质条件具有十分重要的意义. 但是 , 由于顶板岩层岩性组合特征的不同 , 不同岩性的顶板岩层在应变过程中 , 其渗透系数变化很大. 这种变化在矿井上、下实际观测或实验室内进行模拟分析难度大 , 从而使有关岩体在应变破坏过程中渗透系数场的研究显得较为薄弱. 笔者试图通过对煤系地层中几种主要碎屑岩岩石在全应力应变过程中的渗透性试验 , 进一步探讨岩石应变与渗透率的关系 , 为研究岩体渗流特征提供必要的基础.
中砂岩细砂岩细砂岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩
表 1 试验条件及试验参数 Table 1 Test conditions and parameters
试件尺寸
d/ mm
h/ mm
p2/ MPa
p3/ MPa Δp/ kPa
峰值应力 σ/ MPa
4918 5010 4917 5411 5316 5413 5210 5210
1 试验设备、研究方法、内容及参数
本次渗透试验岩样采用安徽省新集矿区 13 - 1 煤层顶底板岩体中常见的 3

岩石渗透率与应力_应变关系的尖点突变模型

第24卷第23期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.232005年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，2005收稿日期：2004–07–07；修回日期：2004–09–20基金项目：国家自然科学基金重大项目(50490270)；国家杰出青年科学基金资助项目(50225414)作者简介：王连国(1964–)，男，博士，1986年毕业于山东矿业学院采矿工程系采矿工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事矿山工程力学、采矿工程等方面的教学与研究工作。

E-mail ：lgwang@ 。

岩石渗透率与应力、应变关系的尖点突变模型王连国，缪协兴(中国矿业大学理学院，江苏徐州 221008)摘要：应用突变学理论，研究了试验全过程中渗透率与应力、应变之间的关系，建立了岩石渗透率与应力、应变关系的尖点突变模型。

实例分析表明：尖点突变模型用于描述渗流条件下岩石应力、应变关系是恰当的。

关键词：岩石力学；渗透率；应力；应变；尖点突变模型中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)23–4210–05CUSP CATASTROPHE MODEL OF RELATIONS AMONG PERMEABILITY ，STRESS AND STRAIN OF ROCKSWANG Lian-guo ，MIAO Xie-xing(School of Sciences ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221008，China )Abstract ：Based on catastrophe theory ，the relations among rock permeability ，stress and strain in the whole test process are studied ；and a cusp catastrophe model of relations among permeability ，stress and strain of rock is established. Analysis of actual examples indicates that the model is appropriate to describe the relations among permeability ，stress and strain.Key words ：rock mechanics ；permeability ；stress ；strain ；cusp catastrophe model1 引言岩石渗透性试验结果表明，在不同的应力–应变状态下岩石的渗透率不是常数，而是与应力状态和应变历史有关[1]。

岩石应变率计算公式

岩石应变率计算公式岩石应变率是岩石在地质力学中的关键参数之一，它反映了岩石在外力作用下变形的速度。

首先，我们来介绍一下岩石应变的概念。

岩石应变是指岩石在受到外力作用下，发生变形或变化的程度。

岩石在变形过程中会发生应力的积累和释放，而应变率则是描述这种应力积累和释放速度的参数。

岩石应变率的计算公式是：ε=ΔL/L×100%，其中，ε表示岩石的应变率，ΔL表示岩石在受力作用下变形的位移量，L表示变形前的岩石长度。

岩石应变率的计算公式表明了岩石应变率与岩石的变形量和变形前的长度之间的关系。

岩石应变率的值可以是正值，也可以是负值。

当岩石受到外力作用而发生压缩变形时，岩石应变率为负值；当岩石受到外力作用而发生伸展变形时，岩石应变率为正值。

岩石应变率的计算公式还告诉我们，岩石应变率是一个百分比值。

这说明了岩石的应变率与其变形量的比例关系。

通过计算岩石的应变率，我们可以更直观地了解岩石在受力作用下的变形程度。

岩石应变率的计算不仅有助于理解地质构造的形成和演化过程，还可以指导岩石工程和地质灾害的预测和防治。

例如，在岩石工程中，我们可以通过计算岩石的应变率来评估岩石的稳定性，从而决定是否适合在该区域进行工程施工。

此外，在地质灾害的预测和防治方面，岩石的应变率也可以作为一项重要的指标，用于判断岩石的破坏程度和预测地质灾害的发生可能性。

综上所述，岩石应变率作为岩石变形的关键参数，具有重要的理论意义和实际应用价值。

通过计算岩石应变率，我们可以更加全面地了解岩石在受力作用下的变形情况，为岩石工程和地质灾害的预测和防治提供了有效的指导。

因此，在地质力学和岩石工程领域，研究和应用岩石的应变率将会对地质学和工程学的发展产生积极的影响。

岩体全应力应变曲线四个阶段

岩体全应力应变曲线四个阶段
岩体全应力应变曲线通常分为四个阶段，分别是弹性阶段、塑性阶段、屈服阶段和断裂阶段。

1. 弹性阶段：在该阶段，岩石受到外力作用后会发生弹性变形，应力增加时岩石的应变也会随之增加，但是当外力消失时，岩石会恢复到原来的形态，不会发生形变。

这个阶段的特点是应力与应变成线性关系。

2. 塑性阶段：当外力增加到一定程度时，岩石的应变就会超过弹性极限，开始发生塑性变形。

此时，岩石的应力增加速度会逐渐降低，但应变会逐渐增加，形成应力与应变非线性关系的塑性区域。

3. 屈服阶段：当应力进一步增加时，岩石的应变速度开始加快，此时岩石的应力达到屈服极限，岩石的应变速度急剧增加，形成一段非常陡峭的曲线。

4. 断裂阶段：当应力继续增加时，岩石会发生断裂破裂，此时应力急剧降低，应变也急剧增加，形成一个突出的峰值。

这个阶段是岩石破裂的临界点，也是最重要的阶段。

- 1 -。

全应力-应变过程中煤岩渗透系数演化规律

ＷＡＮＧＧｕｏｃｈｉ，ＺＨＡＮＧＫａｉ
（１．ＣｏａｌＭｉｎｅＳａｆｅｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＢｕｒｅａｕ，ＹａｎｇｑｕａｎＣｏａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｙａｎｇｑｕａｎ４５００００，Ｃｈｉｎａ；
第３Ｏ卷第４期２０１５年ｌ２月
ｄｏｉ：１０．１３５８２／ｊ．ｅｎｋｉ．１６７４— ５８７６．２０１５．０４．００３
矿业工程研究
ＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ
Ｖｏ１．３０Ｎｏ．４
Ｄｅｃ．２０１５
全应力一应变过程中煤岩渗透系数演化规律
王国墀，张凯
（１．阳泉煤业（集团）有限责任公司力学与建筑工程学院，山西阳泉０４５０００；
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）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｈｉｇｈｇａｓａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｓｏｆｉｎ—ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓａｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ，ｔｈｅｃｏａｌｒｏｃｋｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｓｗｉｌｌｓｕｆｆｅｒｆｒｏｍｙｉｅｌｄｏｒｆａｉｌｕｒｅ．Ｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｒｙｉｅｌｄｃｏａｌｒｏｃｋｗｉｌｌｈａｖｅｄｉｒｅｃｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔ．Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｐｅｍｅｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｒｏｃｋｕｎｄｅｒ

煤岩全应力应变过程渗透性特征试验研究_杨永杰

k=
1
n
∑526 ×10−6 × lg[∆p(i −1) / ∆p(i)]
（2）
5n i=1
式中：n 为数据采集行数；∆p(i − 1) 为第 i −1 行渗透压差（MPa）； ∆p(i) 为第 i 行渗透压差（MPa）。
进行渗透试验前必须预先使试件充分饱和，在不饱和或饱和不充分会造成试件渗流过程不畅，致使渗透压差不是单调减小（有局部升高现象）。岩石试件为圆柱形，试验时须密封良好，防止试件内的水与试件外三轴室内的油混和而使试验数据失真或试验失败。 2.2 试样及试验条件
摘要：在 MTS815 岩石伺服试验机上进行了煤岩全应力-应变过程中的渗透性试验，揭示了煤岩在变形破坏过程中的渗透率变化规律。试验结果表明，应变-渗透率曲线与应力-应变曲线变化趋势基本一致，但表现出相对“滞后”的特点，表明渗透率的变化与其损伤演化过程密切相关，同时煤体通过其内部裂隙的渗透需要一定的时间过程。同其他沉积岩石相比，煤岩
BD-ST-2 应力/ MPa
5.32 10.78
渗透率/10-7Darcy 8.172 4.123
3 0.52 15.28 2.894
0.48 16.32 3.232
4 0.60 18.92 6.326
0.54 20.32 5.017
5 0.70 23.19 5.531
0.63 24.92 5.428
表 2 煤岩渗透率试验结果 Table 2 The Results of coal permeability test
煤岩类型
鲍店 3 煤
试件编号
试验值
1
2
应变/ %
0.26 0.40
BD-ST-1 应力/ MPa