一种基于岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法与流程

本发明涉及水利水电工程领域，尤其是基于岩层平均渗透率确定二维渗透率张量的方法。

背景技术：

1、在水利水电工程中，定量评价基岩的渗透能力是勘测设计阶段重要的工作内容之一。准确、有效地评估岩体的渗透能力，可以为工程选址、防渗帷幕设计等提供技术支持。在水利水电工程中，岩体的渗透能力常通过钻孔试验来确定。其中，单孔压水试验是最常用的试验方法之一，可以获得岩层的平均渗透能力。

2、然而，由于岩体中存在着复杂的结构面。结构面渗透率通常远大于岩石基质本身，其分布导致了岩体渗透率的各向异性。而单孔压水试验所得到的渗透率仅能代表岩层的平均渗透能力，无法描述其渗透能力的各向异性情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法。

2、本发明的方法包括以下步骤：

3、s101通过室外观察，分析待测区岩层的结构面发育情况，获得所述岩层各组结构面的几何参数；

4、s102根据s101得到的结构面几何参数信息，建立岩层不同渗流方向上渗透率与岩层平均渗透率的理论关系；

5、s103对所述岩层开展现场试验，获得岩层平均渗透率的试验值；

6、s104根据s102建立的岩层不同渗流方向上渗透率与岩层平均渗透率的理论关系，确定岩层各渗流方向上渗透率的具体值；

7、s105根据s104得到的岩层各个渗流方向上渗透率的具体值，建立渗流椭圆，计算渗透率张量；

8、其中，步骤s102和s103不分先后。

9、进一步地，s101步中，分析待测区岩层的结构面发育情况的分析方法包括玫瑰花图、极点等密度图、聚类分析；所述几何参数包括岩层结构面的组数、产状、张开度、线密度、面密度、迹线长度。

10、进一步地，s102步中，所述岩层不同渗流方向上渗透率与岩层平均渗透率的理论关系为：

11、

12、其中，km是岩层的平均渗透率，对应单孔压水试验所得到的渗透率值。t代表以现场试验钻孔点为中心点对岩层各方向均匀划分的份数，t代表所划分的渗流方向，t＝1,2，...,t，kt代表该方向上的渗透率。

13、进一步地，公式(1)可以进化为平均渗透率和某一个渗流方向上的渗透率的理论关系，如下：

14、

15、

16、其中，m1t是方向系数，代表方向t上的渗透率kt与方向1上的渗透率k1的理论关系，其中t＝1，2，...,t；i1和it分别代表所述方向1和方向t的单位向量；j是裂隙组的数量，j指第j组裂隙组，j＝1,2，…，j；λjm是第j个裂隙组平均法线方向上的线密度；njm是第j组裂隙组的平均法线方向；i是第j组裂隙组中裂隙的总数，i指第j组裂隙组中的第i条裂隙；nji指第j组裂隙组中第i条裂隙的法线方向；tj是第j组裂隙组的水力张开度对第1组裂隙组的水力张开度的比值。

17、进一步地，s103步中所述现场试验的选择范围包括单孔压水试验、单孔抽水试验。

18、进一步地，在计算公式中，以现场试验钻孔点为中心点对岩层各方向均匀划分的份数t取值24。

19、本发明的优点在于针对裂隙密集发育的岩层，利用结构面分布对岩体渗透特性的影响规律，建立了不同渗流方向上渗透率与岩层平均渗透率的关系，并可以结合现场试验，例如单孔压水试验所获得的平均渗透率，进一步得到岩层的渗透率张量。该方法从结构面对岩体渗透率影响机理的角度出发，大幅增强了对现场试验数据的利用。

技术特征：

1.一种基于岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种通过岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于：s101步中，分析待测区岩层的结构面发育情况的分析方法包括玫瑰花图、极点等密度图、聚类分析；所述几何参数包括岩层结构面的组数、产状、张开度、线密度、面密度、迹线长度。

3.根据权利要求1所述的一种通过岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于：s102步中，所述岩层不同渗流方向上渗透率与岩层平均渗透率的理论关系为：

4.根据权利要求1所述的一种通过岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于：公式(1)可以进化为平均渗透率和某一个渗流方向上的渗透率的理论关系，如下：

5.根据权利要求1所述的一种通过岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于s103步中所述现场试验的选择范围包括单孔压水试验、单孔抽水试验。

6.根据权利要求3所述的一种通过岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法，其特征在于在计算公式中，以现场试验钻孔点为中心点对岩层各方向均匀划分的份数t取值24。

技术总结
本发明公开了一种基于岩层平均渗透率确定渗透率张量的方法。对于裂隙密集发育的岩体，通过获得岩层的裂隙迹线信息、根据迹线几何特性建立岩层不同方向上渗透率理论关系，使用现场试验确定岩层平均渗透率、计算岩层若干不同方向上渗透率、计算岩层二阶渗透率张量。该方法操作简单、结构直观，是一种描述岩层因裂隙发育而造成渗透性能各向异性的可行方法，可以大幅减小确定岩层渗透率张量的工程试验数量。

技术研发人员：王潇弘,王敬勇,刘宁,褚卫江
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11