岩石流体力学.ppt

修正的太沙基原理1960年,Skempton证明:太沙基原理对工程应用足够精确.1960年,Skempton发现太沙基有效应力原理对有些土工工程不适用,提出修正形,Robinson(1959)、Handin(1963)研究才形成如下形式:0?1称为有效应力系数.岩石的有效应力是岩体不均匀分布的孔隙裂隙在孔隙压的作用下的宏观响应的平均表示.近年来,赵阳升证明有效应力系数是孔隙压和体积应力的双线性函数.第8章岩石流体力学01028.2.3有效应力规律第8章岩石流体力学有效应力系数规律(赵阳升,1995年)?=a1+a2?+a3p+a4?p8.2.3有效应力规律A修正的太沙基原理有效应力系数的分区特征B第8章岩石流体力学修正的太沙基原理对于裂缝而言:法向应力为第8章岩石流体力学8.2.3有效应力规律8.2.4流体作用下的岩体特性1)问题孔隙裂隙流体的存在对天然岩体有很强的破坏作用,其影响程度取决于岩体矿物组成与流体组成的化学特性及其组合作用.2)水的影响:Rc=a-bWc(赵阳升,靳钟铭)E=a/Wc-b(李成江)E=a-bp(胡耀青,赵阳升)3)气体的影响:日本氏平增之(1986)姚宇平(1988),赵阳升贺军(1991),梁冰(1994)4)热流体与化学流体的影响第8章岩石流体力学8.2.4流体作用下的岩体特性第8章岩石流体力学8.2.4流体作用下的岩体特性第8章岩石流体力学8.3岩石流体力学基础

8.3.1不变形多孔介质中的质量守恒基本连续性方程近似地在P点按泰勒展开,并忽略高级项得:控制体表面流入超出的数量质量守恒或第8章岩石流体力学不变形多孔介质中的质量守恒第8章岩石流体力学8.3.1不变形多孔介质中的质量守恒质量通量质量守恒方程:对于不变形介质n=常数将Darcy定律代入方程:对于不可压缩流体:Laplace方程:01第8章岩石流体力学02不变形多孔介质中的质量守恒可压缩流体渗流控制方程理想气体:Z(P)=1介质均质各向同性第8章岩石流体力学8.3.2可压密介质中的质量守恒第8章岩石流体力学质量守恒方程固体骨架的可压缩性岩体骨架的变形由固体颗粒体积Us与孔隙体积Up的变形组成:相应的压缩系数为Ub=Us+UpUs=(1-n)UbUp=nUb一般故8.3.2可压密介质中的质量守恒第8章岩石流体力学只有垂向压密的问题岩体的压缩系数为?，有效应力骨架的变形为：流体的压缩系数为当?=const定义Sop为比质量储存系数对于均质各向同性体有承压含水层和越流含水层的流动第8章岩石流体力学承压含水层:忽略厚度的影响导水系数:T=Kb量纲:L2/T,m2/h含水层储水系数为:含水层垂线上的平均测压水头下降(或上升)一个单位时,从单位水平面积含水层中释放或储存的水的体积比储水系数S=SSb承压含水层渗流控制方程承压含水层和越流含水层的流动第8章岩石流体力学越流含水层:承压含水层和越流含水层的流动第8章岩石流体力学8.3.3承压含水层和越流含水层的流动第8章岩石流体力学越流含水层:主要考虑沿弱透水层的垂向运动.设垂向比流量为q’v,则有对于均质各向同性的主含水层有对于弱透水层有当弱透水层上面存在一保持固定势的含水层:式中:****第8章岩石流体力学0102岩石流体力学(固流耦合）(RockFluidmechanics)[LouisC.1974提出岩石水力学,RockHydraulics)主要研究固流耦合作用下岩体变形、破坏与流体渗流的规律及其工程效应。第8章岩石流体力学8.1概述研究领域:油气开采、煤层气开采、水文地质、地下水动力学、环境科学、水利水电工程、水库诱发地震、海水入侵、地下水引起的地面变形、矿井突水与瓦斯突出、水上水下采煤、常规地热开发、HDR开发、水压致裂等极为广泛的工程领域。特点：通过考虑岩体与流体的相互作用（含物理与化学作用）给出工程实际性态的描述。而单纯的渗流力学或固体力学则是通过估计另一方的影响而给出描述，显然后两者存在较大误差，甚至会引起错误。第8章岩石