摘要：对于岩石的渗透问题，众多学者提出了自己的理论并在影响因素、数值模拟及试验研究等方面取得了丰硕成果。本文在前人研究的基础上，对其研究成果进行综述分析，探讨影响岩石的渗透性的因素、研究岩石渗透性的方法，发掘其优势，为之后对于岩石渗透方面的研究提供理论及试验研究参考。
关键词：岩石渗透;数值模拟;试验研究
1 引言
研究岩石渗透特性对于评估岩石工程安全稳定性具有重要意义。随着深部岩石工程的发展，岩石渗透性的勘察成为岩石工程设计中的重要环节，深部岩石工程中的一系列问题产生的根本原因是深部岩体力学的基本问题尚未解决，岩石的渗透性就是其中之一。随着施工深度的增加，岩石介质中的渗透水流对岩体的影响越来越大。原因是外力的作用导致岩体力学性质发生改变，从而引起岩石产生破坏和腐蚀[1]。法国马尔帕斯拱坝的失事是国内外工程地质学家将工程岩体渗透性研究作为前沿研究方向的导引。目前，对于岩石渗透性能的影响因素研究及其理论分析众多，本文旨在对其进行总结研究，为分析岩石力学方面的理论及试验研究提供参考。
2 岩石渗透研究理论综述
考虑到实际工程问题的复杂性，数值计算方法已成为许多科研工作者分析、研究和表达理论模型的手段，岩石力学问题中尤为如此。按照对于岩体损伤现象描述方法的不同，对于岩石破裂问题、破碎岩体渗流问题的理论模拟分为两类：间接模拟法和直接模拟法。
2.1 间接模拟法
数值模拟技术初期是为了解决连续介质运动变形问题，将数值模拟技术与岩石力学问题结合起来时，同样将岩石类介质看作连续介质，首先得到广泛应用的是有限元、边界元等间接模拟岩石损伤断裂的方法，数值模拟采用各种损伤本构方程间接描述岩石的力学行为。目前，已有学者提出了间接模拟法相关理论。
周维垣[2]二阶流形元法，通过引入裂纹产生与扩展判据，对不同载荷作用下岩石的动态拉伸、压缩劈裂过程进行了数值模拟，并将数值模拟结果与实验结果对比，从而验证了流形元在模拟不同载荷作用下材料动态破坏过程的有效性和可行性。楼芬等[3]利用无网格法研究了岩石中的裂纹扩展状况和裂纹面的实际应力扩展状况。朱万成等[4]从岩石的细观非均匀性特点出发，应用弹性损伤力学，对岩石破裂过程进行了描述。用RFPA2D系统模拟了岩石试样在单轴和双轴载荷作用下的强度特征和破坏形态，通过与实验结果对比验证了模型的合理性和有效性。
2.2 直接模拟法
梁-颗粒模型是在离散单元法基础上，结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。在模型中，材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体，相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质均按韦伯（Weibull）分布随机赋值，以模拟岩石类材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行研究。
刘军等[5]利用梁-颗粒模型对岩石类非均质脆性材料的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。通过数值模拟结果之间的对比分析，揭示出岩石试样宏观破坏模式随细观层次上韦伯分布参数的变化而不同。与实际矿柱、边坡等破坏形态的对比分析表明了模型的适用性。蒋明镜等[6]将离散元法与岩石力学结合起来，研究岩石类颗粒材料的力学性质、裂纹扩展机理。上述研究学者的工作主要集中在基础力学性质的研究，在处理离散、接触问题上有很强的优势，也有部分学者将研究成果应用到工程实践中。但对于工程实际领域，利用多个软件的耦合运算解决多尺度的岩土力学问题是将来的研究趋势，
3 岩石渗透的相关影响因素
岩石渗透率与诸多因素有关，从内部结构方面来讲，影响岩石渗透率的因素有主要的是岩石的孔隙率;从层状结构来讲，影响岩石渗透率的因素有围压、岩性、孔隙度、粒径、级配以及地质构造等;从外部条件来讲，非常温条件下，对于岩石渗透率变化的研究具有广阔的工程背景。
3.1 孔隙率对岩石渗透率的影响
孔隙率是与岩石的渗透特性密切相关的一个因素。在试验过程中，由于岩石试样骨架的应力应变状态发生变化，岩石内部的孔隙也跟着发生变化，在围压、孔隙压力、轴向应变相同的条件下，对具有不同初始渗透率的标准岩石试样的渗透试验结果显示，渗透率和孔隙率之间没有定量关系，这是因为在岩石内部总伴有裂隙存在，而且裂隙渗流在岩石的渗流中占主导地位。
3.2 层状结构体对渗透规律的影响
目前，层状结构体渗透规律的研究主要集中在破碎岩石渗透率方面，主要是分析围压、岩性、孔隙度、粒径、级配以及地质构造等对岩石渗透率的影响。李樯[7]通过试验对破碎岩石进行了渗流方面的研究，指出有效应力和渗流速度呈线性关系，且不同岩性破碎岩石的渗透特性不同。同时，破碎岩石类型、级配比、粒径大小与其孔隙度和渗透率密切相关，粒径大小对破碎岩石渗流状态和应变有较大影响，破碎岩石压实程度与破碎岩石渗流特性密切相关。
3.3 温度对岩石渗透率的影响
温度对岩石的影响主要包括2个方面：一是温度变化引起的对岩石力学性质的影响;二是温度变化引起的热应力的影响。当温度较低时，随着温度的升高，岩石中矿物颗粒发生热膨胀，压缩了岩石内部的孔隙通道，导致渗透率降低;当温度逐渐升高，岩石中矿物颗粒继续受热膨胀体积变大，直至岩石的结构产生变形和破坏，，形成了连通的裂隙通道，进而使岩石的渗透率变大。
3 岩石渗透的试验研究
室内岩石渗透性试验的研究方法大致可分为两类： 第一类是定水位法和变水位法的传统测试方法，通过在试件两端施加水压差，进而由渗透量计算出渗透系数; 第二类是在试件的一端注水或施加压力脉冲，通过试件两端压力差变化计算出渗透系数。
电化学效应试验是研究岩石渗透性较新兴的方法[8]，它有着成本低、准确性强、精度高等特点。其工作原理是：先对岩石试样进行电化学阻抗谱检测试验，再对这些试样进行渗透试验，通过对试验结果的分析得到岩石试样的电化学阻抗谱和渗透系数的关系。
4 结论
综上所述，在研究岩石渗透性的方法中，理论模型、试验研究以及数值模拟等都是必不可少的，在后续的研究中依旧需要将理论和实践结合起来，不断在现有条件上进行优化和改进，提出更具有价值的研究方法或理论，推动岩石力学的不断发展，体现其重要的现实意义和工程使用价值。
参考文献
[1] 赵阳升.多孔介质多场耦合作用及其工程响应[M].北京：科学出版社，2010.
[2]周维垣，杨若琼，剡公瑞. 流形元法及其在工程中的应用[J]. 岩石力学与工程学报，1996，03：20-27.
[3]楼芬，邓建. 无网格法及其在岩石力学与工程中的应用[J]. 地下空间与工程学报，2007，06：1014-1017.
[4]李连崇，唐春安，邢军，唐烈先. 节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析[J]. 东北大学学报，2006，05：559-562.
[5]劉军，赵长冰，云斌，余东晓. 高边坡卸荷变形的梁-颗粒模型模拟[J]. 中国矿业大学学报，2011，05：691-696.
[6]蒋明镜，陈贺，刘芳. 岩石微观胶结模型及离散元数值仿真方法初探[J]. 岩石力学与工程学报，2013，01：15-23.
[7]李樯. 剪切作用下破碎岩体变形与渗透特征研究[D].中国矿业大学，2018.
[7]胡江春，李德威，管毅，李晨.岩石渗透特性的电化学效应试验研究[J].河南城建学院学报，2019，28（04）：35-38.