高温对花岗岩微结构及渗透性演化机制影响分析

摘要：

高温会使岩石产生热破裂现象,从而影响岩石的渗透性能.为了探寻温度对岩石微结构及渗透性能的影响,对50～800℃高温热处理后花岗岩开展了气体渗透率试验,并结合CT扫描技术,对高温热处理后花岗岩内部的微结构进行三维重构及特征分析,深入讨论了花岗岩受热后微结构的变化规律.在此基础上,对Kozeny-Carman模型及其改进模型在高温下的适用性进行讨论与验证,最后结合孔隙分形模型提出了高温后花岗岩温度-渗透率模型.结果 表明:(1)温度升高过程中,花岗岩内部微结构发生明显变化,在400℃之前,矿物热膨胀性不均,岩石颗粒之间产生微小孔隙,构成了孔隙结构;而随着温度继续增加,孔隙端部产生裂纹并迅速扩展、连通,形成孔隙-裂隙网络结构.(2)当热处理温度不高于600℃时,花岗岩内部微结构形状因子概率分布曲线基本保持一致;当温度高于600℃时峰值对应的形状因子左移明显,其平均形状因子降低较大.(3)在孔隙结构阶段,花岗岩的渗透率变化不大,约为10-18m2;在孔隙-裂隙网络结构阶段,花岗岩的渗透率随着裂隙的扩展而呈指数型增长,800℃时的花岗岩渗透率是常温下的8×104倍.(4)在应用4种孔隙率-渗透率模型对50～800℃孔隙率和渗透率的拟合结果中,Bayles模型和Costa模型描述高温后花岗岩更合理,拟合结果较K-C模型和S-R模型更高.(5)在温度低于600℃时,花岗岩内部微结构的形状基本没有变化,可以认为K-C形状系数保持为常数,说明对于花岗岩,Bayles模型和Costa模型在温度低于600℃时是适用的.(6)在Costa模型的基础上,结合高温后花岗岩孔隙分形特征,得到了高温后花岗岩温度-渗透率模型.将50～600℃的试验数据代入新模型进行验证,结果表明拟合度较好,达到0.99以上.

关键词：热处理、花岗岩、三维微结构、渗透率、孔隙率、Kozeny-Carman改进模型

所属期刊栏目：42

分类号：TU455(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金面上项目No.51679173

在线出版日期：2021-07-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：1601-1611