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用电阻率评价岩石损伤状态试验方法研究_张磊

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岩石动态破坏的时效损伤本构模型

岩石动态破坏的时效损伤本构模型

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油水驱替条件下岩石复电阻率测试与分析

油水驱替条件下岩石复电阻率测试与分析
本文以油水驱替实验为前提，利用不同油水饱 和度下的实验数据结果，得到相频、幅频特性。再 以Cole模型为基础，进行反演拟合得到频谱参数。 最后，将所有结果进行整理对比，分析复电阻率的
基金项目：国家自然科学基金，项目号：41302096。 收稿日期：2019-03-12 作者简介：田«（1995-）,女.湖北武.汉人，在读硕士研究生，2017年毕业于长江大学地球物理学专业.研究方向：石油与天然气工业、矿产普查
Abstract: Oil-water displacement is a mixing and alternating process of water displacing oil and oil displacing water. In this paper, the physical properties of the rock, the complex resistivity was determined. The study of complex resistivity is based on the theoretical basis of induced polarization effect, namely, the law of induced polarization electric field generated under the action of electrochemistry. The extended spectrum IP and complex resistivity methods are also the basis for testing complex resistivity. Oil-water displacement experiments were carried out under different oil-water saturation to measure the variation characteristics of amplitude and frequency and phase frequency. Finally, based on the ideal Cole model, the spectrum parameters were obtained by inversion and fitting. The law of test and analysis of complex resistivity was explained by means of theoretical basis, experimental measurement, experimental data and model fitting. Key words: Oil-water displacement； Complex resistivity； Induced polarization； Spectrum excitation； Cole model

岩石加载下损伤变量与电阻率变化规律研究

岩石加载下损伤变量与电阻率变化规律研究

岩石加载下损伤变量与电阻率变化规律研究王云海1，刘勇锋1、2，马海涛1（中国安全生产科学研究院北京100012）（北京科技大学土木与环境工程学院北京100083）摘要：本文进行岩石压缩试验的应力应变、电阻率和声发射同步测试，得到岩石不同损伤状态下电阻率和弹性模量之间的回归方程，然后通过岩石损伤理论，推导出岩石加载下岩石损伤变量与电阻率变化规律，经岩石声发射特性相对比验证其变化规律的可行性。

通过该关系方程可以在线监测采空区围岩渐进破坏的程度，提前危险预警的时机，在灾害发展的最初阶段采取控制措施，对矿山动力灾害的预防和治理具有非常重要的意义。

关键字：岩石损伤，电阻率，关系方程，声发射1前言矿山地压灾害研究的中心问题是岩体在采动应力作用下的变形破坏规律。

岩石的破坏程度可以通过损伤进行评估，而岩石的损伤可以通过其电性的变化来进行描述。

在原岩条件下，岩体被开挖卸载后，电性的变化主要和应力的变化有关。

Brace（1965、1975）较早地关注了岩石压应力与电阻率变化的研究，并将电阻率变化原应归于岩石体积膨胀和孔隙连接状态的改变。

Masao（1995）观察到单轴压缩下干燥大理石和花岗岩电阻率在破坏前下降，然后逐渐恢复到初始水平。

随着地球物理勘探技术、计算机自动处理技术和岩石力学与工程的不断发展，采用各种地球物理方法开展现场安全测试的技术逐步成为研究热点，对岩石电学与力学性质关联性的研究也开始成为岩石理论研究的重要内容。

葛修润院士（2000）进行了岩石压缩全过程细观损伤扩张的CT实时扫描试验，用新试验手段探索岩石破坏机理，得到损伤扩张初步规律。

郝锦绮（2002）在磁铁石英岩破裂过程中注入盐溶液，进行电阻率CT测试，表明岩石电阻率变化与应力水平有关，并研究了常态导电与裂隙表面导电机制。

陈耕野（2005）通过完整的应力–应变曲线和相应电阻–应变曲线试验数据，得出岩石电阻变化率与有效孔隙度变化率之间的理论关系，并提出验证岩石断裂规律的状态方程。

岩石裂隙电阻率特征研究

岩石裂隙电阻率特征研究
其 复杂 。本文 在前人 基础 上研究 破碎 带 与周 围岩石 的电性差 异 ， 寻找其 变化规 律 ， 究其 变化 特征 。 研
电 阻 率 法 实 际 上 是 一 种 阵 列 电 探 的 思 想 ， 在 早
式 中 ， Ｍ为矿物 导 电参 数 ， 对 于水 的电 阻率 可 以 Ⅱ 相 看 作无 限大 ， 当岩石裂 隙 中充满水 时 ， 以忽 略不 故 可
的相关性 ， 研究 破碎 带 与 其 周 围岩 石 的电性 差 异 是 研 究断 裂的重 要依 据 ， 地震 小 区划 和 地震 安 全 性 在
评 价 过 程 中具 有 重 要 意 义 ｌ 。 １ ］ 一
因此 研究 介质 的 电性 差异 是 电阻率 法发展 的根 本 。
岩 石 的 电阻 率差 是 电 阻率 法 的物 理前 提 ， 是 也 高 密度 电阻率 法 的物 理前 提 。影响岩 石导 电 的因素
重 大场地 的工 程地 质 调 查 、 层 探测 等 方 面 得 到 了 断
应 用 ， 别是 国家 地 震局 地 球 物 理研 究 所 对 其进 行 特
了 大 量 实 验 ｌ～ 。 ５ 一
很 多专 家 在方 法 应 用上 做 了 大量 研究 ， 但是 对 岩 石裂 隙 电阻率差 异 没 有 深入 研 究 ， 由于 缺 乏足 够 的实验模 型依 据 ， 得 解 释 工 作 面 临很 大 的 困难 。 使
岩 石 裂 隙 电 阻 率 特 征 研 究
宋 文 杰 ，吴 子 泉 ，姜 早 峰 ，杜 历 英
（ 东省 工 程 地 震 研 究 中心 ， 南 ２ ０ ２ ） 山 济 ５ ０ １
摘 要 ： 石 的 电 阻率 差 是 电 阻率 法 的物 理 前 提 ， 用 电 阻 率 法 研 究 断 层 是 比较 有 效 的方 法 。 利 用 断层 破 碎 带 与 周 岩 利 围岩 石 的 电阻 率 差 异 ， 断 层 做 了大 量 的 实 验 数 据 ， 过 对 比 和 分 析 ， 出 了研 究 破 碎 带 与 周 围 岩 石 的 电 性 差 异 ， 跨 通 得

岩石损伤力学理论研究进展

岩石损伤力学理论研究进展

收稿日期：2008-10-29 作者简介：张雪颖（1978 － ） ，女，江苏徐州人，讲师，博士研究生，主 要从事岩石力学与工程方面的教学与研究。 基金项目：国家重点工程项目（2005805715 ） ；国家自然科学重点基 金项目（50539090） ；南京工程学院科研基金项目（ KXJ08121） E － mail：zhangkk1@ sina. com
四川建筑科学研究
第 36 卷 第 2 期
134
Sichuan Building Science
2010 年 4 月
岩石损伤力学理论研究进展
张雪颖1，2 ，阮怀宁1 ，贾彩虹1，2
（1. 河海大学岩土工程研究所，江苏 南京 210098； 2. 南京工程学院建筑工程系，江苏 南京 211167）
摘 要：首先回顾了岩石损伤理论的发展历史，并简单介绍了岩石损伤力学的研究内容。详细讨论了如何从宏观及微观角度
0引言
损伤力学主要研究材料内部缺陷的产生和发展 所引起的宏观力学效应及最终导致材料破坏的过程 和规律。它通 过 引 入 一 个 所 谓 的“损 伤 变 量 ”的 内 部 状 态 变 量，来 描 述 含 微 观 缺 陷 材 料 的 力 学 效 应———受损材料的力学行为。
岩石是由多种矿物颗粒、孔隙和胶结物组成的 复合体，在长期地质作用下，岩石材料不可避免地存 在着或多或少、大小不一、随机分布、形状各异的微 观孔隙和裂纹。岩石受载后的宏观断裂、失稳和破 坏与其变形时内部微裂纹的分布及微裂隙的产生、 扩展和贯通密切相关。因此，利用损伤理论来研究 岩石等含有初始缺陷的材料，已被认为是最有效的 研究方法［1］。
自 Kachanov 于 1958 年在研究蠕变断裂时引入 损伤力学的概念后，又有 Rabotonov 于 1963 年引入 损伤变量的名词，至今已经有半个多世纪了。在此 期间，损伤理论研究经历了飞速的发展。近年来，损 伤力学已迅速发展成为固体力学和工程技术界的一

2 岩石电阻率及其影响因素

2 岩石电阻率及其影响因素

式中：a—比例系数，与岩性有关，变化范 围在0.6～1.5； m—胶结系数，随岩石胶结程度不同 而变化，一般为2左右，变化范围1.5～3； φ—岩石孔隙度。
2.岩石电阻率影响因素 （3）岩石电阻率与孔隙度的关系
几种常见岩石的 a、m 系数数据表
岩 石 名 疏松砂岩 称 弱胶结砂岩 中等胶结砂 疏松的贝壳 中等致密的 致密细品质的 岩 石灰岩及白 粗晶质石灰 灰岩及白云岩 云岩 岩及白云岩
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
②地层水电阻率Rw与溶液矿化度的关系 一般将地层水视为NaCl溶液，随着溶液的矿化度增高，溶液内离子数目 增加，其导电能力加强，因此电阻率变低。溶液的矿化度与其电阻率之间的 关系可以由“NaCl溶液电阻率与其浓度和温度的关系图版” 看出。在同一温度 下……
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系
NaCl溶液 电阻率与 其浓度、 温度的关 系图版
(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系 B、当地层水中所含的非NaCl盐类的含量不可忽略时，应当先用“不同离 子的换算系数”图版（下页）求出地层水中所含各种盐类离子的换算系数， 然后分别乘上各离子的矿化度，算出各离子上述乘积的总和，即是该地层水 的等效NaCl溶液矿化度。 此时将含非NaCl盐类的地层水看做是NaCl溶液，即可用它的等效NaCl溶 液矿化度在图版求出该地层水电阻率。 这种情况下关键是首先使用“不同离子的换算系数图版”确定非NaCl离子 的换算系数。

(2)岩石电阻率与地层水性质的关系
①地层水电阻率与地层水所含盐类化学成分的关系
不同离子 的换算系 图版

第52届岩石物理学家和测井分析家协会(SPWLA)年会题录

常 规地 层评 价 Ｉ ９篇 ） ｌ（
布 朗油 田二 次 开发 中 ｈｓｌ 田实 例 ： 田第 一 口油 井注 水 ２ Ｆ ｉ ｅ油 ｔ 油 ０年后 含水 饱 和度 的变 化 及其影 响 应 力诱 导 的偶极 子挠 曲波各 向异 性 的连续 统 计指 标
综 合井 眼成 像数 据 与生 产动 态情 况 提高 油 田采收 率 的应用 实 例 “ 文物 理学 ” ＿ 水 － 钻井 液 的物 理性 质 以及其 对 测井 数据 的影 响 －Leabharlann 种新 的渗透 率建模 方 法
从薄 层 到模 拟
应 用早 期 简单 的测 井 系列 对德 两 北地 二叠 纪上 部镁 灰岩 统碳 酸盐 岩 气层 进行 综合 的岩
石 物性 二 次评 估
低 电阻率岩 石 物性 测量 扩展 了科 罗 拉 多 Ｗａｔｎ ｅｇ油 田 Ｔ ｒｙ（ ｔｅ ｂ ｒ ｅｒ 苏塞 克斯 ） 景 区带 远
１￣ １ ４ ８日在 美 国科 罗拉 多斯普 林布 罗德 莫 尔酒店会议 中心 举行 。本 届年 会 由丹佛 测 井协会 承 办 。
预计会 上 交流论 文 ９ 篇 。 ３
非常规 资源 Ｉ（ ９篇 ）
介 电频 散测井 在油 页岩储 层评 价 中的应用
结 合核 、 、 声 电测井 的定量 解 释对页 岩气地 层 的弹性 特性进 行评 价
用碳 酸 盐岩 核磁 共振 数 据预 测毛 细 管压 力 的新方 法 北 海油 田实 例 ： 上覆 压力 特性 描 述用 于 Ｅ ｋ ｉ ｌｆ ｋ油 田地 质力 学 和地球 物理 学 研究 ｓ 用 测井 和地 质 资料 建立 的岩 石模 型 预测地 层 渗透 率 展 望 ２２ ０ ０年 岩石 物理 学 发展 方 向 （ 邀报 告 ） 特 应川 井 下流 体 和沥青 分 析 了解 储 层结 构

标本小四极法及岩石露头电阻率测定试验总结

标本小四极法及岩石露头电阻率测定试验总结标本小四极法及岩石露头电阻率测定试验总结(1)在泥质含量、风化程度与地形变化基本一致的场地上进行了一次试验，试验场地有效面积为1km2。

试验中进行了2次相邻岩土样品的测试。

(2)利用测得的露头电阻率资料，建立了反映天然电场分布的回归方程。

方程表明，自然电场主要集中在离地表浅层1～2m内，该深度内的自然电场的起伏特性可以看作是电场场强的非均匀性引起的。

另外，由于相邻岩土之间具有泥质连接和强结合性，所以电场分布与自然电场大致一致，两者间无明显差别。

(3)测定不同岩石类型的岩石电阻率，并计算它们之间的电阻率相关系数，可以用以检查用一般电测技术在风化带测得的岩石电阻率与岩体结构特征之间的关系是否正确，同时也可以根据测量结果推断是否存在泥化现象，这种方法称为电阻率标本法。

其中，对岩石小四极法及岩石露头电阻率测定进行了重点探讨。

(4)将回归方程拟合成直线，认为：(5)不同岩石类型的岩石电阻率随土壤电阻率的增大而降低，与泥质含量的增大呈负相关。

其原因在于，高电阻率区泥质含量较多，电荷逸散的速度大于电场排斥力的速度，使一部分电荷累积下来，其值远大于基土电阻率，其他部位则几乎没有电荷，相当于在该处形成一个具有负电场分布的电阻率异常区。

(5)测定后期处理，考虑了混凝土中钢筋的影响，因为混凝土电阻率随土壤电阻率的增大而增大。

(见附图)经过校核，所得的回归方程参数β与利用野外观测获得的结果是比较符合的，且相关系数达到0.8，在很大程度上消除了其他可能影响岩土电阻率的因素。

(6)土壤电阻率与自然电场之间的关系。

横坐标代表天然电场强度，纵坐标为土壤电阻率。

通过计算发现，当自然电场的强度低于土壤电阻率0.008时，土壤电阻率对自然电场的强度几乎没有影响;自然电场的强度等于或大于土壤电阻率的5～10倍时，自然电场会强烈地吸引岩土颗粒，使其荷电，从而大大增加土壤电阻率;当自然电场强度超过土壤电阻率10～20倍时，土壤电阻率就会起阻碍自然电场的作用，在自然电场强度超过40倍时，自然电场就几乎不再起吸引作用了。

锆石Hf同位素：MC-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS分析结果的比较

8; 样品制备与实ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ材料
表 2; 锆石 !" 分离流程 #)C’/ 2; @/^)&)E%D, D" !" "&DM _%&‘D,F
步骤
27 平衡 87 载样 :7 淋洗基体元素 G7 接收 !" 元素
酸
体积
2 MD’ Y 6 !=’ Z 97 2 MD’ Y 6 !+ 2 MD’ Y 6 !=’ Z 97 2 MD’ Y 6 !+ 2 MD’ Y 6 !=’ Z 97 2 MD’ Y 6 !+ 2 MD’ Y 6 !=’ Z 97 2 MD’ Y 6 !+
G; 结果及讨论
锆石样品的 !" 同位素分析结果（ 表 8）显示，首先，在采 用 *=<>=?<*@ 分析的三个锆石样品及其平行样的结果中， 同一样品的 !" 同位素组成在误差范围内高度一致。这表明 用单柱离子交换色谱法分离锆石的 !" 元素，可以达到很好 的分离效果，能够保证 !" 同位素分析结果的再现。其次， *=<>=?<*@ 和 60<*=<>=?<*@ 两种分析方法获得了在误差 范围一致的结果，表明用这两种方法获得的锆石 !" 同位素 组成具有很好的可对比性。
为了保证分离效果，每次在离子交换柱使用前后均采用 K* !=’ L 8G* !+ L !8 O 各 28M6 清洗一次。经测定，两次清 洗后的离子交换柱空白可达到 : ] 29 T 22 U 以下。
!" 同位素分析是在中国科学院地质与地球物理研究所 +%,,%U), Q/^Ea,/ 型 *=<>=?<*@ 上完成的。在 *=<>=?<*@ 分 析时，采用静态接收方式测量2J8 IC、2J: IC、2J4 6a、2J（K IC、6a、 !"）、2JJ !"、2JP !"、2J3 !"、2P9 !" 和2P8 .，使 用 !" 标 准 溶 液 1*= GJ4 监测仪器的稳定性，同时对样品进行外部校正。分析过 程中，仪器对一个样品采集 3 组共 39 个数据进行统计。在 每次测量之前进行基线测量作为样品测量的背景，在随后的 样品测量后进行自动在线校正。在每次测完样品溶液之后， 用 8\ !QO: Z 2\ !+ 溶液清洗约 G L PM%,，检测2P9 !" 信号 降至 89 L :9!b 后，开始下一个样品的测量。每个样品总的 测量时间为 24 L 89M%,。

水作用下软岩软化与损伤断裂效应的时间相依性


浸泡时间 / d 0 1 4 8 12 15 20 30
1
1． 1
软岩膨胀与软化实验
实验方法
一般软岩中粘土成分含量高， 并且以蒙脱石混层 矿物为主， 岩土体的亲水性和膨胀性较强， 一旦遇水， 颗粒之间彼此接触程度大大减小， 岩体强度迅速降 ［ 15］ 低 。在水腐蚀环境下断裂效应的微观机制主要有 矿物吸水膨胀、 崩解软化、 水中的离子吸附和交换、 易 溶性矿物溶解与生成机制、 水溶液对软岩的微观力学 作用以及软岩软化的非线性化学动力学等。这些综 合因素导致软岩的微观结构发生非线性演化， 进而改 变软岩的力学性质。尤其对于某些特殊的软岩在天 然状态下较为完整、 坚硬， 力学性能良好， 遇水后短时 间内迅速膨胀、 崩解和软化， 从而造成力学性质快速 ［ 16 － 17 ］ ， ， 大幅度降低 因此 对于软岩， 可取岩石的含水 率、 抗压强度 σ、 吸水膨胀变形等宏观因素作为定量 或定性研究水腐蚀断裂效应的变量。 本次试验岩样采自某矿区深部岩层， 该矿区断层 间的断层泥属强粘土断层泥， 多以钙蒙脱石和绿泥石 为主， 间或含有伊利石和蛇纹石， 高岭石比较少见， 反 映出矿区内的断层泥形成于碱性环境下。其中蛇纹
槇 的函数关系； 通过采用双对数坐标空间对常位移松弛法所测试的不同浸泡时间的软岩亚临界裂纹扩展 损伤速率 D
发现 lg K I － lg V 关系具有极好的线性相关性， 而且水腐蚀损伤对软岩 速度 V 与应力强度因子 K I 之间的关系研究， 断裂力学性质有弱化作用， 能加快膨胀性软岩亚临界裂纹的扩展， 并且软岩水腐蚀作用对岩石裂纹的断裂指标影 响显著并具有时间效应 。 因此， 进行软岩与水作用损伤断裂效应的时间相依性研究具有重要意义 。 关键词： 软岩； 水岩作用； 损伤； 劣化； 时间相依性； 膨胀 中图分类号： TD315 文献标识码： A
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表 １ 大 理 岩 单 轴 压 缩 不 同 损 伤 状 态 下 的 力 学 参 数
序号
加载过程
抗压强度 σ／ＭＰａ
弹性模量 Ｅ／ＧＰａ
最大轴向 应 变ε／１０－６
１ 完整应力应变
１３０．６５
３８．９３
３ ５４０
２ 峰前第一次卸载 １３０．６５
３９．２１
３ ４７４
３ 峰前第二次卸载 １３０．６５
３９．４８
３ ４３６
４ 峰后第一次卸载 ９９．３１
２６．５１
３ ０６２
５ 峰后第二次卸载 ６０．２９
１４．５３
３ ２９５
６ 峰后第三次卸载 ２９．３６
８．１４
３ １９０
７ 峰后第四次卸载 １５．７９
３．７０
３ ４４５
２．２ 大 理 岩 单 轴 压 缩 力 学 特 性 与 电 阻 率 测 试 试 验 为了建立岩石在损伤过程中力学与电性之间的关
验室实验教学与科研的管理及研究． Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｓｈｉ－ｚｈａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ
图 １ 岩 石 刚 性 压 力 试 验 机 图
态；同时利用 ＡＧＩ高密度电法仪采 集 岩石 在 整 个 加 载 过程中电阻率变化情况。通过试验建立了岩石损伤状 态 下 电 阻 率 、弹 性 模 量 和 抗 压 强 度 之 间 的 规 律 。 １．３ 岩 石 损 伤 变 量 的 确 定
损 伤 变 量 是 一 种 内 部 状 态 变 量 ，它 可 以 是 标 量 、矢 量和张量。根据研究 对 象 的 不 同 特 点，可 以 选 用 空 隙 的数目、长度、体积、弹 性 模 量、电 阻 率、密 度 等 作 为 定 义损伤变量的标准。 常 见 的 损 伤 变 量 定 义 方 法 有：密
张 磊 ，等 ：用 电 阻 率 评 价 岩 石 损 伤 状 态 试 验 方 法 研 究
油层含油性评价和地球 物理 电 法 勘 探 方 面。１９４２ 年， Ａｒｃｈｉｅ根据砂岩地层 岩 芯 电 性 试 验，建 立 了 电 阻 率 增 大率和含水饱和度以 及 地 层 因 素 和 孔 隙 度 的 关 系，即
Ａｒｃｈｉｅ公式。Ａｒｃｈｉｅ公 式 在 孔 隙 度 测 量 和 电 阻 率 测 量之间建立了联系的 纽 带，并 构 成 了 应 用 于 电 测 井 资 料 的 定 量 评 价 “纯 地 层 ”原 始 含 油 （气 ）饱 和 度 的 理 论 基
张 磊 ，黄 正 均 ，王 爱 霞
（北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 １０００８３）
摘 要：以岩石损伤力学为基础，以电阻率测量为手段，通 过 试 验 研 究 岩 石 在 损 伤 过 程 中 电 性 与 力 学 性 能 之 间的关系，建立以岩石弹性模量和电 阻 率 变 化 为 基 础 的 损 伤 变 量，通 过 定 量 分 析 岩 石 电 性 的 变 化 过 程，反 演 并分析岩石损伤状态，构建岩石宏观力学性能和电性之间 的 关 系，建 立 岩 石 电 阻 率 测 试 及 评 价 岩 石 损 伤 状 态 的试验方法。 关 键 词 ：岩 石 损 伤 力 学 ；岩 石 电 阻 率 ；损 伤 变 量 中 图 分 类 号 ：ＴＵ４５８ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００２－４９５６（２０１２）０３－０２８６－０４
ＩＳＣＳＮＮ１ １１０－０２２０－３４４／９Ｔ５６
实 验 技 术 与 管 理 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
第 ２９ 卷 第 ３ 期 ２０１２ 年 ３ 月 Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．３ Ｍａｒ．２０１２
用电阻率评价岩石损伤状态试验方法研究
后将耦合剂涂抹在岩 石 表 面，利 用 弹 簧 式 卡 具 将 电 极
固定于岩石表面。
２ 试 验 研 究 分 析
２．１ 大 理 岩 单 轴 压 缩 循 环 加 卸 载 试 验 在刚性试验机上实现了大理岩单轴压缩循环加载
２８８
实 验 技 术 与 管 理
图 ４ 电 极 装 置 工 作 示 意 图
１ 试 验 方 法 的 整 体 思 路
１．１ 整 体 思 路 和 试 验 设 备 试验方法的整体思路是利用岩石电性测量装置，
在岩石受压条件下，测 量 不 同 状 态 下 岩 石 的 电 阻 率 和 力学性质的数据，根 据 损 伤 变 量 建 立 起 岩 石 电 阻 率 和 力学性能之间的联系。试验工作需要力学测试系统和 电阻率测试系统：力学测试系统 采 用 了 ＧＡＷ－２０００刚 性 伺 服 压 力 试 验 机 （见 图 １）；电 阻 率 测 试 系 统 采 用 ＡＧＩ高密度电法 仪 （见 图 ２）；利 用 四 极 法 测 量 岩 石 的 电 阻 率 ，工 作 方 式 见 图 ３。 １．２ 研 究 过 程
２８７
图 ２ ＡＧＩ高 密 度 电 阻 率 成 像 系 统 图
图 ３ 四 极 法 测 量 岩 石 电 阻 率 装 置 示 意 图
度 的 变 化 、弹 性 模 量 的 变 化 、加 载 循 环 次 数 、声 发 射 数 、 ＣＴ 数和空隙的变化 。 ［１－３］
如何科学地测量岩石的损伤是岩石损伤力学研究 的重要课 题。 根 据 定 义 损 伤 变 量 时 选 取 的 基 准 量 不 同，损伤检测方法 可 以 分 为 直 接 方 法 和 间 接 方 法。 直 接方法主要 有 显 微 镜 观 察、扫 描 电 镜 观 察、Ｘ 射 线 方 法、ＣＴ 监测方 法等；间接方 法是 通过 测 定岩石 的物 理 量来描述岩石的损伤状态及其演化。
系，在单轴压缩过程中利用 ＡＧＩ高 密 度电 法 仪 进 行 了 岩石电阻率的测试。利用四极法测量了岩石电阻率， 在岩石２个端部建立 Ａ、Ｂ 极，在 距 岩 石 的 两 端 各 １／４ 处建立 Ｍ 极和 Ｎ 极，在 岩 石 压 缩 过 程 中 监 测 岩 石 电 阻率的数值，建立岩 石 压 缩 与 电 阻 率 之 间 的 关 系 曲 线 （见 图 ７）。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｒｏｃｋ ｄａｍａｇｅ ｓｔａｔｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ
Ｚｈａｎｇ Ｌｅｉ，Ｈｕａｎｇ Ｚｈｅｎｇｊｕｎ，Ｗａｎｇ Ａｉｘｉａ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
（１）岩石的 电 阻 率 一 般 都 很 大，直 接 量 测 几 乎 是 不可能的，利用电法 仪 建 立 四 极 工 作 方 式 可 有 效 测 量
岩石的电阻率；
（２）岩石与 电 极 之 间 的 接 触 电 阻 应 尽 可 能 减 小， 以减小接触电阻的能 量 损 耗，在 测 量 过 程 中 采 用 了 湿 黏土作为电极和岩石的耦合剂；
本研究的主要方向是建立岩石损伤后电阻率与力 学性质的关系，因此 岩 石 损 伤 变 量 采 用 了 弹 性 模 量 变 化检测法。首先根据岩石力学试验建立弹性模量为基 础的损伤变量，然后 建 立 岩 石 损 伤 过 程 中 电 阻 率 的 变 化与弹性模量的变 化 关 系，将 电 阻 率 的 变 化 与 岩 石 力 学性质联系起来，最 后 根 据 岩 石 损 伤 过 程 中 电 阻 率 的 变化以及现场探测结 果 得 出 的 地 层 损 伤 状 态，建 立 力 学模型。
础。但是该研究领域 仅 仅 是 用 于 储 油 层 评 价 方 面，是 原 始 的 、静 态 的 地 层 压 力 条 件 下 岩 石 电 阻 率 的 研 究 ，对
于岩石或岩体在不同受力过程中其电阻率的变化规律
没有深入的研究。
在本项试验研究 中，主 要 借 助 于 高 密 度 电 法 仪 和
四极测量的工作方 式，测 量 岩 石 在 压 缩 条 件 下 的 电 阻 率，其中主要解决了测 量 装 置 中 ４ 个 电 极 的 接 触 问 题 和 电 极 与 试 件 之 间 的 尺 寸 问 题 （见 图 ４）。
（３）岩石受 压 会 发 生 变 形，电 极 的 装 卡 不 能 影 响 岩石自身的形变，因 此 采 用 弹 簧 式 卡 具 将 电 极 装 卡 在
岩石试样上；
（４）测量电极的尺寸应该远远 小 于岩 石 试 样 的 尺 寸 ，在 测 量 过 程 中 采 用 针 式 电 极 插 于 黏 土 耦 合 剂 上 ，然