Page 84 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 王 伟，等： 循环冲击作用下砂岩裂缝扩展及渗透率响应特征 第 6 期

冲击荷载，完成冲击作用下试样动态力学性质测试；(4) 采集实验数据、观测描述冲击后试样宏观形态；
(5) 重复步骤 (1)～(4)，实现对试样的循环冲击致裂。为模拟围压作用下循环冲击过程中试样裂缝渐进式
演化过程，考虑铀矿实际地质条件及爆破增渗工艺条件，通过预实验确定围压为 1 MPa，加载气压为
0.55 MPa，冲击次数分别为 3 次、6 次和 9 次。

1.3 CT 扫描及三维重构
CT 扫描试验仪主要参数为：双射线管、扫描电压 120 kV、扫描电流 120 μA，分辨率 25 μm。对循环
冲击过程中试样进行 CT 扫描，获得 1 600 张扫描切片，三维重构步骤如下：(1) 采用高斯滤波降噪方法去
除噪声，并增强图像对比度；(2) 调整灰度阈值将切片二值化，获得试样基质、裂缝图像；(3) 基于建立的
切片孔裂缝图像，通过体积编辑等图像处理方法，建立试样的孔裂缝三维重构模型，并计算、提取孔裂缝
结构的定量化参数。三维重构流程见图 2。

Adjusting
Noise gray 3D
reduction threshold reconstruction

2D slice 3D model

图 2 孔裂缝三维重构流程
Fig. 2 3D reconstruction process of pores and cracks

1.4 渗透率测试
砂岩试样的渗透率测试在岩石三轴多场耦合试验系统上进行，渗透率测试流程见图 3。实验中设定围
压为 5 MPa、孔压为 3 MPa。采用稳态法测量循环冲击后的砂岩试样高渗透率测量。稳态法测砂岩渗透
率遵循达西定律，通过测量水流单位时间内通过岩体的体积进行计算。计算公式 [28] 如下：
µL∆V
K i = (4)
A 0 ∆p∆t i
式中：K 为砂岩在 Δt 时间内的平均渗透率， µ 为流体黏系数， L 为试样高度，ΔV 为 Δt 时间内通过砂岩试
i
i
i
样的水流体积，Δp 为试样上下游渗透压差，Δt 为测试时间间隔。
i

Adjustment of axial pressure,
Experimental instruments Specimen installation Oil filling confining pressure, and pore
pressure
图 3 渗透率测试流程
Fig. 3 Permeability testing procedure

1.5 微观渗流模拟方法
采用 1.3 节的裂缝三维重构方法获得冲击后试样三维裂缝模型，提取代表性体积单元，进行微观尺
度渗流模拟（图 4）。参考渗流实验条件，设置入口压力为 3 MPa、出口压力为 0.1 MPa。侧面边界设置为
自由滑移壁面，其余流体壁面则设置为无滑移壁面。

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