CN104133050B - 应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，该测试方法通过孔压加载泵对岩石试样孔隙加压，同时定位泵内活塞位置记录泵内流体体积，利用泵内流体体积变化数据得到岩石试样孔隙体积数据，通过标准圆柱钢样标定试验消除试验设备孔压回路耗损流体体积对孔隙体积测量造成的误差。利用外部荷载和孔压加载过程中的岩石应变数据、应力数据以及孔隙体积变化数据得到岩石的有效应力系数和孔隙率参数。本发明通过改变不同的围压条件、偏压条件以及孔压条件，可测试多孔岩石在不同应力条件下的有效应力系数和孔隙率。

Description

应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法

技术领域

本发明涉及一种在应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，属于多孔岩石力学性质研究范畴。主要用于研究多孔岩石在孔隙水压力作用下孔隙度与有效应力系数之间的相互影响规律。适用于深部多孔岩层储体的流体类物质开采和注入过程中多场耦合科学问题的试验研究。

背景技术

有效应力系数和孔隙率是多孔岩石储体工程中重要的评价指标。二氧化碳地质封存、增强型地热系统开发、核废物地质处置、能源地下储存等都属于储体工程。在岩层储体注入和抽取的过程中，孔隙水压力的升降引起岩层变形导致孔隙率发生改变。孔隙的变形情况不但反映了孔隙结构还反映了岩层颗粒之间的接触情况，即孔隙的变形不但会影响地下水的流动通道和岩石的渗流特性还会影响有效应力系数。因此，获得岩石变形过程中有效应力系数与孔隙率数据对于研究多孔岩石储体工程中应力场、渗流场等多场耦合机制非常重要。

为了研究上述渗流场与应力场的耦合机理，可以通过室内耦合试验得到描述渗透特性、变形特性的参数来分析研究渗流场和应力场之间的相互作用规律。岩石材料中骨架与孔隙水压力共同承担外部荷载，其中骨架所承担的有效应力可由有效应力系数(biot系数)和孔隙水压力根据有效应力原理得到。根据有效应力系数b的定义，其与颗粒接触面积率R_c之间的关系为b＝1-R_c。颗粒接触面积率R_c为某一横截面上多孔岩石颗粒接触处面积A_c与介质总面积A的比值。颗粒接触面积率反映的是颗粒接触面积与受力面总面积之间的关系，而孔隙率反映的是孔隙体积与总体积之间的关系。多孔岩石变形过程势必导致孔隙体积的压缩变形和固体颗粒接触面改变，这两个过程同时发生，相互影响，两者之间存在一定的关系。因此如何通过室内试验同时获得应力条件下多孔岩石的孔隙率与有效应力系数是合理描述深部多孔岩层的储体渗透特性和变形特性演化规律的关键问题之一，也是深部地热开采和温室气体封存等项目开展实施的理论基础和技术参数确定的前提。

目前，关于在应力条件下同时测试多孔岩石孔隙率与有效应力系数的试验方法尚未见报道。目前针对岩石孔隙度测试方法例如，公开号：CN102841046A公开日期：2012.12.26发明名称为“测量岩石孔隙度的方法以及测量装置”，该发明专利无法同时获得不同应力状态下的岩石孔隙度和有效应力系数。贺玉龙在博士学位论文“三场耦合作用相关试验及耦合强度量化研究”中采用TEMCO公司的3006型岩石压缩系数仪测得孔隙体积来计算岩石试样在有效应力下的孔隙度。(贺玉龙.三场耦合作用相关试验及耦合强度量化研究[D].成都：西南交通大学博士学位论文.2003.)该方法具有如下特点：1)应力条件仅设定围压，只考虑围压条件下的孔隙变化，而深部多孔储层的应力条件往往并不是静水压力状态，还应考虑偏应力作用；2)加载系统施加围压后，岩石试样受到压缩，岩石试样的孔隙体积减少，孔隙体积的减少导致孔压的升高，通过调节体积泵的活塞位置可以将孔压调节到参考值，这种孔隙水压力的被动施加方式具有一定的局限性，首先不便于压力值的控制，其次对于孔隙率较小的岩石其达到孔压稳定的时间很难掌握，在深部储层贮存过程中，常常会出现超孔隙水压力的情况，这种被动的孔隙水压力施加方式无法控制并维持这种压力状态；3)分析试验数据时单纯地认为有效应力是围压与孔隙水压力的差值，实际上，有效应力系数一般情况都不为1，随着岩石的变形、孔隙结构的改变必然导致有效应力系数的改变。虽然目前可以通过岩石孔隙体积压缩系数测定仪获得应力条件下岩石孔隙度，但没有同时测得岩石有效应力系数的变化。

现有的孔隙率测试方法中尚未能在应力条件下同时测试有效应力系数与孔隙率。为了弥补该不足，采用法国TOP industrie生产的型号为PMHP50-500的电机伺服泵。该电机伺服泵不但能够通过设定流量值和压力值对岩石试样施加孔压还能够通过泵内活塞位置采集模块记录该泵内流体体积，刻度精确到10^-3mm³。通过泵内压缩系数较大的流体对岩石孔隙施压，利用岩石变形过程中的弹性线性段的变形可恢复特征，控制岩石外部荷载和孔压获得变形数据和孔隙流体体积数据，从而结合虎克定律和孔隙度定义分别计算得到该应力条件下的有效应力系数与孔隙率参数。

在岩石荷载控制过程中，压力值应控制在岩石线弹性变形范围内，则保证岩石试样在固体骨架应力和孔压作用下的变形处于弹性阶段，即该变形为可逆的。

在试验过程中，孔压加载泵输出的流体不但会充填到岩石试样孔隙内还会充填到设备孔压回路，包括设备渗流管道、岩石试样与密封管和渗透钢片之间缝隙，这部分充填于设备系统内的流体体积称为耗损流体体积。孔压加载泵输出的流体体积V_out包括孔隙流体体积V_p和耗损流体体积V_u。为了利用流体体积数据反映出真实的孔隙体积数据，则需标定这部分充填在孔隙之外的耗损流体体积来消除误差。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种在应力条件下同时测试多孔岩石有效应力系数与孔隙率的试验方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，该测试方法包括耗损流体体积标定和多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试，测试方法按以下步骤进行：

a将直径50mm，高度100mm的标准圆柱钢样装入密封套管内，标准圆柱钢样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头与底座之间，在压头与底座之间安装LVDT，在密封套管中间安装横向变形计，分别采集标准圆柱钢样加载过程中的轴向变形和横向变形数据。

b三轴流变仪底座上的渗流通道入口与孔压加载泵用不锈钢管相连，压头上的渗透通道出口通过三向阀门与孔压加载泵和真空泵分别用不锈钢管相连，不锈钢管与密封套管形成孔压回路。

c打开三向阀门，启动真空泵，对孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门结束抽真空过程，记录标定过程中孔压加载泵内初始流体体积

d打开围压阀门施加围压到σ₃后，启动孔压加载泵，以0.1cm³/min的流量向孔压回路注入，轴向变形和横向变形数据发生明显变化时，停止孔压加载的工作，此时记录标定过程中孔压加载泵的压力值p和泵内流体体积V，由此得到孔压回路的耗损流体体积V_u，

即 $V_u={\stackrel{\‾}{V}}_0-\stackrel{\‾}{V}$   式一

多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试

a将标准圆柱钢样从密封套管内取出，换入直径50mm，高度100mm的标准圆柱岩石试样，标准圆柱岩石试样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头与底座之间，在压头与底座之间安装LVDT，在密封套管中间安装横向变形计，分别采集标准圆柱岩石试样加载过程中的轴向变形和横向变形数据。

b打开三向阀门，启动真空泵，对标准圆柱岩石试样及孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门结束抽真空过程，记录测试过程中孔压加载泵内初始液体体积V₀、轴向变形初始数据L₀和横向变形初始数据D₀。

c启动充满流体的孔压加载泵，以0.1cm³/min的流量向标准圆柱岩石试样及孔压回路注入流体，轴向变形和横向变形数据发生明显变化时，停止孔压加载泵的工作，此时流体已充分饱和标准圆柱岩石试样及孔压回路。

d启动充满流体的孔压加载泵，设定孔压恒定为0MPa，达到排水三轴压缩加载条件，打开围压阀门，对标准圆柱岩石试样匀速缓慢施加围压到σ₃，加载过程排出的流体通过渗流通道出口和入口回到孔压加载泵内。

e待围压和变形恒定后，打开偏压阀门，施加偏压到σ₁-σ₃，记录偏压加载过程中轴向变形数据L、横向变形数据D和孔压加载泵内流体体积V，停止孔压加载泵的工作，由此得到偏压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε₁和横向应变ε₃分别为：

ε₁＝(L-L₀)/L_sample  式二

ε₃＝(D-D₀)/D_sample  式三

其中，L_sample为标准圆柱岩石试样的高度，

D_sample为标准圆柱岩石试样的直径，

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下的总体积V_all为

V_all＝π(D_sample-(D-D₀))²(L_sample-(L-L₀))/4  式四

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下孔隙体积V_p为

V_p＝V₀-V-V_u  式五

其中，V_u为上述耗损流体体积标定过程得到孔压回路的耗损流体体积，

由此得到偏压加载过程中孔隙率φ为

φ＝V_p/V_all  式六

f待偏压σ₁-σ₃也恒定后，启动孔压加载泵，匀速施加孔压到p，记录该级孔压加载过程中的轴向变形数据L′、横向变形数据D′以及孔压加载泵内流体体积数据V′，由此得到孔压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε′₁和横向应变ε′₃分别为：

ε′₁＝(L′-L₀)/L_sample  式七

ε′₃＝(D′-D₀)/D_sample  式八

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下的总体积V′_all为

V′_all＝π(D_sample-(D′-D₀))²(L_sample-(L′-L₀))/4  式九

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下孔隙体积V′_p为

V′_p＝V₀-V′-V_u  式十

由此得到孔压加载过程中孔隙率φ′为

φ′＝V′_p/V′_all  式十一

根据虎克定律，步骤e偏压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{E}-\frac{2{\mathrm{\γ\σ}}_3}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_3)}{E}$   式十二

其中，E为弹性模量，

γ为泊松比，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式二、式三的ε₁和ε₃，利用最小二乘法线性拟合求解式十二中的E和γ，

根据虎克定律，步骤f孔压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1^{\′}}{E}-\frac{2{\mathrm{\γ\σ}}_3^{\′}}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_3^{\′}}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1^{\′}+{\mathrm{\σ}}_3^{\′})}{E}$   式十三

其中，σ′₁为轴向有效应力，

σ′₃为横向有效应力，

代入式七、式八的ε′₁和ε′₃以及式十二求解得到的E和γ，联立式十三得到孔压加载过程中的σ′₁和σ′₃，

根据有效应力定义，孔压加载过程中σ′₁和σ′₃分别为

σ′₁＝σ₁-b₁p，σ′₃＝σ₃-b₃p  式十四

其中，b₁为轴向有效应力系数，

b₃为横向有效应力系数，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式十三求得的σ′₁和σ′₃得到轴向和横向有效应力系数b₁、b₃。

所述的孔压加载泵为法国TOP industrie生产的型号为PMHP50-500的电机伺服泵。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下优点和积极效果：

1、岩石的应力条件除了围压还考虑了偏压作用。

2、采用能自动采集泵内流体体积数据的孔压加载泵实现孔压的可控以及流体体积可测，其中压力值精确到10^-6bar，体积值精确到10^-3mm³。通过标准圆柱钢样标定试验消除试验设备孔压回路耗损流体体积对孔隙体积测量造成的误差。

3、利用岩石弹性变形可逆性，通过外部荷载和孔压对岩石的有效应力进行加卸载的变形数据和孔隙流体体积数据同时获得有效应力系数和孔隙率变化曲线。

附图说明

图1是本发明测试方法的示意图；

具体实施方式

以下结合具体实施和计算方法对本发明做进一步说明。

应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，该测试方法包括耗损流体体积标定和多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试，测试方法按以下步骤进行：

采用煤油作为孔压流体对岩石试样施加孔压，一方面煤油不溶于水，易溶于醇和其他有机溶剂，可以避免其与岩石矿物之间的化学作用；另一方面其较大的压缩系数(>0.5mm²/KN)使得试验过程中假设煤油不可压缩，即孔隙内煤油体积的变化反映了孔隙体积的变化。

耗损煤油体积标定

a将直径50mm，高度100mm的标准圆柱钢样装入密封套管内，标准圆柱钢样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头1与底座2之间，在压头1与底座2之间安装LVDT3，在密封套管中间安装横向变形计4，分别采集标准圆柱钢样加载过程中的轴向变形和横向变形数据。

b三轴流变仪底座2上的渗流通道入口5与孔压加载泵7用不锈钢管相连，压头上的渗透通道出口6通过三向阀门9与孔压加载泵7和真空泵8分别用不锈钢管相连，不锈钢管与密封套管形成孔压回路(三向阀门9打开则出口6与孔压加载泵7和真空泵8同时相连，三向阀门9关闭则出口6仅与孔压加载泵7相连)。

c打开三向阀门9，启动真空泵8，对孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门9结束抽真空过程，记录孔压加载泵7内初始煤油体积

d打开围压阀门10施加围压到σ₃后，启动孔压加载泵7，以0.1cm³/min的流量向孔压回路注入，轴向变形和横向变形数据发生明显变化时，停止孔压加载泵7的工作，此时记录孔压加载泵7的压力值p和泵内煤油体积

标准圆柱钢样不含孔隙，不具备充填流体的空间，孔压加载泵7输出的煤油体积都是设备孔压回路的耗损煤油体积即

$V_u^m={{\stackrel{\‾}{V}}_0}^m-{\stackrel{\‾}{V}}^m$   式一

由于密封管的胀缩性，岩石试样与密封管之间缝隙内的煤油体积与密封管侧壁内外压差有关，也就是与围压与孔压之差有关。通过一系列不同围压σ₃下的耗损煤油体积标定试验，得到相应侧壁压差σ₃-p下的设备孔压回路内耗损煤油体积通过线性插值方法，可以得到任意侧壁压差下的耗损煤油体积

如果耗损煤油体积受侧壁压差σ₃-p影响不大，则认为耗损煤油体积为定值。

由此，通过标定试验测试获得耗损煤油体积，消除孔压回路耗损煤油体积对孔隙体积测量造成的误差。

多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试

a将标准圆柱钢样从密封套管内取出，换入直径50mm，高度100mm的标准圆柱岩石试样，标准圆柱岩石试样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头1与底座2之间，在压头1与底座2之间安装LVDT3，在密封套管中间安装横向变形计4，分别采集标准圆柱岩石试样加载过程中的轴向变形和横向变形数据；

b打开三向阀门9，启动真空泵8，对标准圆柱岩石试样及孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门9结束抽真空过程，记录孔压加载泵7内初始煤油体积轴向变形初始数据L₀和横向变形初始数据D₀。

c启动充满煤油的孔压加载泵7，以0.1cm³/min的流量向标准圆柱岩石试样及孔压回路注入煤油，轴向变形和横向变形数据发生变化时，停止孔压加载泵7的工作，此时煤油已充分饱和标准圆柱岩石试样及孔压回路。

d启动充满流体的孔压加载泵7，设定孔压恒定为0MPa，达到排水三轴压缩加载条件，打开围压阀门10，对标准圆柱岩石试样匀速缓慢施加围压到σ₃，加载过程排出的流体通过渗流通道出口6和入口5回到孔压加载泵7内；

e待围压和变形恒定后，打开偏压阀门11，施加偏压到σ₁-σ₃(偏压的选择低于该围压下的抗压强度的50％，尽可能保证在弹性变形范围内)，记录偏压加载过程中孔压加载泵7内煤油体积V^m、轴向变形数据L和横向变形数据D，停止孔压加载泵7的工作。

标准圆柱岩石试样轴向变形量ΔL＝L-L₀,横向变形量ΔD＝D-D₀。岩石试样高度为L_sample、直径为D_sample，则计算得到偏压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε₁和横向应变ε₃分别为：

ε₁＝(L-L₀)/L_sample  式二

ε₃＝(D-D₀)/D_sample  式三

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下的总体积V_all为

V_all＝π(D_sample-(D-D₀))²(L_sample-(L-L₀))/4  式四

步骤e为排水三轴加载过程，这一过程中孔压p恒定为0MPa，围压σ₃即为侧壁压差，根据耗损煤油体积标定的计算方法可确定加载过程中耗损煤油体积标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下孔隙体积V_p为

$V_p=V_0-V-V_u^m$   式五

由此得到偏压加载过程中孔隙率φ为

φ＝V_p/V_all  式六

f待偏压σ₁-σ₃也恒定后，启动孔压加载泵7，匀速施加孔压到p，记录该级孔压加载过程中的轴向变形数据L′、横向变形数据D′以及孔压加载泵7内煤油体积V′^m数据；

标准圆柱岩石试样轴向变形量ΔL′＝L′-L₀,横向变形量ΔD′＝D′-D₀。岩石试样高度为L_sample、直径为D_sample，则计算得到孔压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε′₁和横向应变ε′₃分别为：

ε′₁＝(L′-L₀)/L_sample  式七

ε′₃＝(D′-D₀)/D_sample  式八

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下的总体积V′_all为

V′_all＝π(D_sample-(D′-D₀))²(L_sample-(L′-L₀))/4  式九

步骤f孔压加载过程中侧壁压差为σ₃-p，根据耗损煤油体积标定的计算方法可确定加载过程中耗损煤油体积标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下孔隙体积V′_p为

$V_p^{\′}=V_0-V^{\′}-V_u^{\′m}$   式十

由此得到孔压加载过程中孔隙率φ′为

φ′＝V′_p/V′_all  式十一

根据虎克定律，步骤e偏压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{E}-\frac{2{\mathrm{\γ\σ}}_3}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_3)}{E}$   式十二

其中，E为弹性模量，

γ为泊松比，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式二、式三的ε₁和ε₃，利用最小二乘法线性拟合求解式十二中的E和γ，

根据虎克定律，步骤f孔压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1^{\′}}{E}-\frac{2{\mathrm{\γ\σ}}_3^{\′}}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_3^{\′}}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1^{\′}+{\mathrm{\σ}}_3^{\′})}{E}$   式十三

其中，σ′₁为轴向有效应力，

σ′₃为横向有效应力，

代入式七、式八的ε′₁和ε′₃以及式十二求解得到的E和γ，联立式十三得到孔压加载过程中的σ′₁和σ′₃，

根据有效应力定义，孔压加载过程中σ′₁和σ′₃分别为

σ′₁＝σ₁-b₁p，σ′₃＝σ₃-b₃p  式十四

其中，b₁为轴向有效应力系数，

b₃为横向有效应力系数，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式十三求得的σ′₁和σ′₃得到轴向和横向有效应力系数b₁、b₃。

这样即测试得到多孔岩石在三轴应力条件下有效应力系数与孔隙率。

通过重复步骤d-e，可以得到不同围压不同偏压条件下的有效应力系数与孔隙率演化曲线。

Claims (2)

1.应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，其特征在于，该测试方法包括耗损流体体积标定和多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试，测试方法按以下步骤进行：

耗损流体体积标定

a将直径50mm，高度100mm的标准圆柱钢样装入密封套管内，标准圆柱钢样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头(1)与底座(2)之间，在压头(1)与底座(2)之间安装LVDT(3)，在密封套管中间安装横向变形计(4)，分别采集标准圆柱钢样加载过程中的轴向变形和横向变形数据；

b三轴流变仪底座(2)上的渗流通道入口(5)与孔压加载泵(7)用不锈钢管相连，压头上的渗透通道出口(6)通过三向阀门(9)与孔压加载泵(7)和真空泵(8)分别用不锈钢管相连，不锈钢管与密封套管形成孔压回路；

c打开三向阀门(9)，启动真空泵(8)，对孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门(9)结束抽真空过程，记录标定过程中孔压加载泵(7)内初始流体体积

d打开围压阀门(10)施加围压到σ₃后，启动孔压加载泵(7)，以0.1cm³/min的流量向孔压回路注入，轴向变形和横向变形数据发生明显变化时，停止孔压加载泵(7)的工作，此时记录标定过程中孔压加载泵(7)的压力值p和泵内流体体积由此得到孔压回路的耗损流体体积V_u，

即 $V_u={\stackrel{\‾}{V}}_0-\stackrel{\‾}{V}$   式一

多孔岩石有效应力系数与孔隙率的同时测试

a将标准圆柱钢样从密封套管内取出，换入直径50mm，高度100mm的标准圆柱岩石试样，标准圆柱岩石试样上下端面均放置渗透钢片，将密封套管固定于三轴流变仪三轴室内压头(1)与底座(2)之间，在压头(1)与底座(2)之间安装LVDT(3)，在密封套管中间安装横向变形计(4)，分别采集标准圆柱岩石试样加载过程中的轴向变形和横向变形数据；

b打开三向阀门(9)，启动真空泵(8)，对标准圆柱岩石试样及孔压回路抽真空30min以上，关闭三向阀门(9)结束抽真空过程，记录测试过程中孔压加载泵(7)内初始液体体积V₀、轴向变形初始数据L₀和横向变形初始数据D₀；

c启动充满流体的孔压加载泵(7)，以0.1cm³/min的流量向标准圆柱岩石试样及孔压回路注入流体，轴向变形和横向变形数据发生明显变化时，停止孔压加载泵(7)的工作，流体充分饱和标准圆柱岩石试样及孔压回路；

d启动充满流体的孔压加载泵(7)，设定孔压值恒定为0MPa，达到排水三轴压缩加载条件，打开围压阀门(10)，对标准圆柱岩石试样匀速缓慢施加围压到σ₃，加载过程排出的流体通过渗流通道出口(6)和入口(5)回到孔压加载泵内；

e待围压和变形恒定后，打开偏压阀门(11)，施加偏压到σ₁-σ₃，记录偏压加载过程中轴向变形数据L、横向变形数据D和孔压加载泵(7)内流体体积V，停止孔压加载泵(7)的工作，由此得到偏压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε₁和横向应变ε₃分别为：

ε₁＝(L-L₀)/L_sample  式二

ε₃＝(D-D₀)/D_sample  式三

其中，L_sample为标准圆柱岩石试样的高度，

D_sample为标准圆柱岩石试样的直径，

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下的总体积V_all为

V_all＝π(D_sample-(D-D₀))²(L_sample-(L-L₀))/4  式四

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为0条件下孔隙体积V_p为

V_p＝V₀-V-V_u  式五

其中，V_u为上述耗损流体体积标定过程得到孔压回路的耗损流体体积，

由此得到偏压加载过程中孔隙率φ为

φ＝V_p/V_all  式六

f待偏压σ₁-σ₃也恒定后，启动孔压加载泵(7)，匀速施加孔压到p，记录该级孔压加载过程中的轴向变形数据L′、横向变形数据D′以及孔压加载泵(7)内流体体积数据V′，由此得到孔压加载过程中标准圆柱岩石试样的轴向应变ε′₁和横向应变ε′₃分别为：

ε′₁＝(L′-L₀)/L_sample  式七

ε′₃＝(D′-D₀)/D_sample  式八

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下的总体积V′_all为

V′_all＝π(D_sample-(D′-D₀))²(L_sample-(L′-L₀))/4  式九

标准圆柱岩石试样在围压为σ₃、偏压为σ₁-σ₃和孔压为p条件下孔隙体积V′_p为

V′_p＝V₀-V′-V_u  式十

由此得到孔压加载过程中孔隙率φ′为

φ′＝V′_p/V′_all  式十一

根据虎克定律，步骤e偏压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{E}-\frac{{2\mathrm{\γ\σ}}_3}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_3)}{E}$   式十二

其中，E为弹性模量，

γ为泊松比，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式二、式三的ε₁和ε₃，利用最小二乘法线性拟合求解式十二中的E和γ，

根据虎克定律，步骤f孔压加载过程中有

${\mathrm{\ϵ}}_1^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_1^{\′}}{E}-\frac{{2\mathrm{\γ\σ}}_3^{\′}}{E},{\mathrm{\ϵ}}_3^{\′}=\frac{{\mathrm{\σ}}_3^{\′}}{E}-\frac{\mathrm{\γ}({\mathrm{\σ}}_1^{\′}+{\mathrm{\σ}}_3^{\′})}{E}$   式十三

其中，σ′₁为轴向有效应力，

σ′₃为横向有效应力，

代入式七、式八的ε′₁和ε′₃以及式十二求解得到的E和γ，联立式十三得到孔压加载过程中的σ′₁和σ′₃，

根据有效应力定义，孔压加载过程中σ′₁和σ′₃分别为

σ′₁＝σ₁-b₁p，σ′₃＝σ₃-b₃p  式十四

其中，b₁为轴向有效应力系数，

b₃为横向有效应力系数，

代入围压σ₃、偏压σ₁-σ₃以及式十三求得的σ′₁和σ′₃得到轴向和横向有效应力系数b₁、b₃。

2.如权利要求1所述的应力条件下多孔岩石有效应力系数与孔隙率同时测试方法，其特征在于：所述的孔压加载泵(7)为法国TOP industrie生产的型号为PMHP50-500的电机伺服泵。