基于Talbot理论的断层破碎凝灰岩三轴渗透特性试验

为研究富水断层破碎凝灰岩在不同轴向位移、围压及渗透压条件下的渗流特性和渗流失稳基本特征,采用破碎岩石三轴渗流试验系统,开展三轴压缩条件下不同Talbot幂指数n的级配破碎凝灰岩渗流试验,得到破碎凝灰岩渗流特性参数及非线性渗流失稳特征,并研究渗流参数随孔隙率的演化规律。研究结果表明:1)在三轴应力条件下,不同幂指数n的级配破碎凝灰岩的渗透参数更加符合非线性Forchheimer关系,拟合度不低于99%。当幂指数n相同时,渗透率k随孔隙率φ_(0)增大而增大,非Darcy因子β随孔隙率φ_(0)增大而减小。β因子的绝对值反映了非线性渗流特征的强度,β因子为负值时,极有可能发生渗流失稳突变。2)当幂指数n为0.2和0.4时,级配试样在高应力及高水压条件下存在渗流失稳突变现象,利用雷诺数Re判断破碎凝灰岩试样在三轴应力条件下渗流紊乱程度,得到雷诺数的最大值为12.518。3)在三轴应力条件下,渗透率k随幂指数n和孔隙率φ_(0)增大而非线性增大,非Darcy因子β相应呈整体减小趋势。级配粒径越细小或孔隙结构越复杂,破碎凝灰岩渗流过程的非线性特征越明显。随着轴向位移与围压增大,渗透率k的量级为10^(−12)~10^(−13)m^(2),非Darcy流因子的量级为106~19 m^(−1)。