武汉岩土所研发低渗岩土介质渗透实验仪

致密岩石具有低渗透性、力学行为复杂等特点，是地下放射性废物处置库、页岩气和石油工程、水利水电项目等重大工程经常遇到的岩石。在实际工程建设中，岩石所经历的应力过程复杂多变，因此有必要研究岩石在各种应力路径下的力学特性和渗透率演化规律。国内外研究人员对致密岩石的力学行为已有大量研究，但对其在力学行为过程中的渗透率演化研究较少，这是由于用水作渗透介质进行致密岩石的渗透率测量时间太长，并要考虑岩石复杂的水力耦合行为。例如，对泥岩这类适合做放射性废物屏障处置的材料，用水作为渗透介质会直接破坏泥岩的组成成分，影响其力学特性和渗透特性。

中国科学院武汉岩土力学研究所岩土工程多场耦合效应组利用稀有气体化学性质极其稳定、动力粘滞系数比液体小2~3个数量级等优点，将稀有气体（如氦气）作为渗透介质，研发出低渗岩土介质渗透实验仪，并将其与武汉岩土所自主研制的岩石三轴多场耦合实验系统组合，可同步进行低渗岩石的力学变形测量和渗透率测量。该实验仪的应用领域包括致密油气开发、高放废物地质处置、二氧化碳地下封存、核电站屏障材料耐久性，具有低渗透率高精度测试（精度可达10-22m2）、高效率（几小时）、适合试验操作等优点。该实验系统丰富了对低渗透岩石进行力学试验和渗透率测量的试验手段，对推动低渗透岩石力学理论发展和试验研究等方面有重要的现实意义。

利用此实验系统对花岗岩进行恒下限分级循环加卸载条件下的气体渗透率试验，试验结果表明，随着循环次数的增加，气体渗透率变化分三个阶段，即稳定下降阶段、缓慢增加阶段、急剧上升阶段，试样脆性破坏后气体渗透率均上升2~3个数量级。研究发现，与气体渗透率变化三个阶段相对应的分别是岩石内部裂纹发展阶段、孔隙和裂隙压密阶段、微裂纹稳定发展阶段、微裂纹不稳定发展阶段（宏观裂隙生成与贯通）。

研究工作得到中科院“百人计划”、国家自然科学基金项目等的资助。上述技术获得国家发明和实用新型专利授权，相关研究成果发表在《岩土力学》上。

花岗岩破坏过程中气体渗透率演化

低渗岩土介质三轴压缩渗透实验系统