[00127387]复杂条件下裂隙岩体渗流模型和测试方法

依托国家瓦斯、煤层气“973计划”（2005CB221502、2009CB219605）和国家自然科学基金（50674087、50774083、40811120546、50974107、41074040）等项目,课题组成员围绕“复杂条件裂隙岩体渗流模型和测试方法”主题进行了长期合作和深入系统的研究。 因裂隙渗透率可以是孔隙渗透率的千倍以上,煤矿瓦斯和水害事故的前期孕育是典型的裂隙渗流问题。类似地,地下水／油／气的开发、地震水力反分析、CCUS中的CO2地质封存等都存在裂隙渗流问题。在这些自然、工程问题中,裂隙渗流会遇到原次生裂隙演化、基质振动、渗流-应力动态耦合、裂隙含沙、气体吸附/驱替等诸多复杂环境条件,原有经典裂隙渗流模型和测试方法已无法正确揭示其中的渗流规律,本项研究在一定程度上提供了相对有效的探索工具。 项目组自主研发了破碎岩体压实和振动渗流实验装置、岩石气体渗流实验系统、可视化裂隙渗流实验平台等,建立气体渗流非Darcy性测试方法,测试得出围压循环、振动／泥沙作用、剪胀、蠕变作用裂隙渗流规律等。建立了渗流随机性区间分析模型、串并组合裂网、充填／振动裂隙渗透率预测模型等。水害和瓦斯事故常在松散破碎岩体中孕育发展,开发装置有效解决了破碎岩体形状固定和渗透性测试难题,另外为气体渗透的非Darcy行为提供了定量测试研究方法。开发的渗流测试平台在裂网组合和渗流过程跟踪研究中发挥了重要作用。 实验和现场测试结果往往具有一定随机性,区间分析是随机渗流规律的有效分析手段,该方法细分为安全区间、导出区间和系统区间等,高于渗透率安全区间上限渗流灾害形成,低于区间下限因没有形成渗流通道渗流系统安全。导出区间是通过区间换算来进行其它量深入研究。系统区间是一定区域内多因素共同作用的能量变化反应,在进行介质渗透性综合评判方面具有理论和实用价值。串并组合模型的思想起源于串并电路,主要用于区域主干裂网渗透率预测。在地质资料分析基础上,中小裂隙用材料弱化处理,大裂隙则用串并组合处理求总体渗透率。含沙渗流模型是基于颗粒运移疏堵及分布的概率模型,振动动态控制模型是建立在单裂隙宽度振动变化基础上的物理模型。受拖拽力影响,排水和不排水时的模型会有不同,两种情况在地震中都会遇到。 代表性成果主要发表在Geophysical Research Letters、Transport in Porous MediA、Internaltional Journal oFCoal Geology和International Journal oFGreenhouse Gas Control等高水平SCI国际期刊上和科学出版社出版的2本专著中,被国际国内同行引用200余次,另自行研制的可视渗流平台等获国家发明专利3项。