MPa 及35MPa的围压。
[0036] 根据测得的各倾角相似材料在每级围压下的渗透率和孔隙度，以孔隙度为横坐 标、渗透率为纵坐标，在坐标轴内分别作出各倾角方向孔隙度与渗透率的散点图，通过迭代 法分别得出与各散点图拟合度最高的函数关系式，即为相应倾角方向相似材料的渗透率与 孔隙度的函数关系式。
[0037] 步骤3,对各函数关系式求导，所得导函数分别表示对应倾角方向相似材料的渗透 率对孔隙度的变化率；
[0038] 步骤4,对各导函数进行标准化处理，得到对应倾角方向单位孔隙度变化引起的单 位渗透率的变化量，该变化量即为待测实际裂隙岩体对应倾角方向的渗透率对孔隙度变化 的敏感程度。
[0039]以初始围压下测得的各倾角方向相似材料的渗透率为该方向的初始渗透率，将某 一倾角方向上的导函数除以该方向上的初始渗透率，得到该方向上单位孔隙度变化引起的 单位渗透率的变化量，表征了该方向上渗透率对孔隙度变化的敏感程度。
[0040]通过制备相似材料来模拟实际裂隙岩体，不必进行原位试验，通过室内模型试验 即可确定渗透各向异性裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的敏感程度，节省了大量物力和 财力；同时，以数学分析方法定量确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的变化率，并对该 变化率表达式进行标准化处理，得到不同倾角方向上单位孔隙度变化引起的单位渗透率的 变化量，可以准确表征渗透率差异较大的裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的敏感程度。
[0041 ] 实施例
[0042] 以定量确定某水电站河床坝基处渗透各向异性岩体不同方向渗透率对应力敏感 程度为例，本发明的确定裂隙岩体渗透率对孔隙度敏感程度的方法包括如下步骤：
[0043] (1)根据实际渗透各向异性裂隙岩体的体积及岩体中结构面的空间形态、数量及 分布情况，制作该裂隙岩体的三维数字模型，将三维数字模型输入3D打印机，旋转该三维数 字模型，以待测实际裂隙岩体的粉末为原材料，分别打印出与水平方向成0°、15°、30°、45°、 60°、75°及90°倾角的裂隙岩体相似材料。
[0044] (2)对不同倾角相似材料分别逐级施加3MPa、8MPa、15Mpa、25MPa、30MPa及35MPa的 围压，利用岩石气体渗透率测试装置测量不同围压下不同倾角相似材料的渗透率；由于不 同倾角方向相似材料孔隙度的大小以及随围压的变化规律接近一致，因此以0°倾角相似材 料在不同围压下的孔隙度代表所有倾角相似材料的孔隙度；以孔隙度Φ为横坐标，渗透率k 为纵坐标，分别作出不同倾角方向相似材料的渗透率与孔隙度的散点图，如图1~图7;然后 用迭代法分别计算出与各倾角方向散点图拟合度最高的函数关系式，作为裂隙岩体不同方 向渗透率与孔隙度的函数关系式，如表1。
[0045] 表1裂隙岩体不同方向渗透率与孔隙度的函数关系式 Γ00461
L〇〇47J (3)对小同倾角方向相似材料的渗透率与孔隙度的函数夫糸式进行求导，所得导 函数的绝对值作为裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的变化率的表达式，如表2。
[0048] 表2裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的变化率的表达式
[0049]
[0050]
[0051] (4)对裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度的变化率的表达式进行标准化处理，初 始围压3MPa时0°、15°、30°、45°、60°、75°及90°倾角方向处的初始渗透率分别为5. lle_17、 5 ·07 X 10-16、7 · 38 X 10-16、5 · 23 X 10-16、2 ·05 X 10-15、1 · 33 X 10-16、5 ·87 X 10-16,以对应方向 裂隙岩体的渗透率对孔隙度的变化率的表达式除以该初始渗透率，并取绝对值，得到裂隙 渗透各向异性岩体渗透率对孔隙度敏感程度的定量表达式。
[0052] 如表3,该表达式分别表示对应方向单位孔隙度变化引起的单位渗透率的变化量， 该值表征了对应方向上渗透率对孔隙度变化的敏感程度。
[0053]表3裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的定量表达式
[0054]
【主权项】
1. 一种确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，其特征在于，包括如 下步骤： 步骤1，模拟实际裂隙岩体，制备与水平方向呈不同倾角的相似材料； 步骤2,对各倾角相似材料逐级施加围压，每级围压稳定后分别测量各倾角相似材料的 渗透率和孔隙度，确定各倾角方向相似材料的渗透率与孔隙度的函数关系式； 步骤3,对各函数关系式求导，所得导函数分别表示对应倾角方向相似材料的渗透率对 孔隙度的变化率； 步骤4,对各导函数进行标准化处理，得到对应倾角方向单位孔隙度变化引起的单位渗 透率的变化量，该变化量即为待测实际裂隙岩体对应倾角方向的渗透率对孔隙度变化的敏 感程度。2. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，其 特征在于，步骤1中，所述制备与水平方向呈不同倾角的相似材料的方法包括： (1) 根据实际裂隙岩体的几何形态以及该岩体中裂隙的形态和分布，制作该裂隙岩体 的三维数字模型； (2) 将该三维数字模型输入3D打印机，旋转该三维数字模型，以实际裂隙岩体的粉末为 原料打印出与水平方向呈不同倾角的相似材料。3. 根据权利要求1或2所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法， 其特征在于，所述倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°或90°。4. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，其 特征在于，步骤2中，选取任一倾角相似材料，以该倾角相似材料在每级围压下的孔隙度代 表所有倾角相似材料在该级围压下的孔隙度。5. 根据权利要求1或4所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法， 其特征在于，步骤2中，根据测得的各倾角相似材料在每级围压下的渗透率和孔隙度，以孔 隙度为横坐标、渗透率为纵坐标，作出各倾角方向孔隙度与渗透率的散点图，通过迭代法分 别得出与各散点图拟合度最高的函数关系式，即为相应倾角方向相似材料的渗透率与孔隙 度的函数关系式。6. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，其 特征在于，步骤2中，逐级施加3MPa、8MPa、15Mpa、25MPa、30MPa及35MPa的围压。7. 根据权利要求1所述的确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，其 特征在于，步骤4中，所述对各导函数进行标准化处理的方法为:将步骤3所得的导函数除以 对应倾角方向相似材料的初始渗透率，该初始渗透率为初始围压下测得的相似材料的渗透 率。
【专利摘要】本发明公开一种确定裂隙岩体不同方向渗透率对孔隙度敏感程度的方法，包括如下步骤：模拟实际裂隙岩体，制备与水平方向呈不同倾角的相似材料；模拟实际裂隙岩体，制备与水平方向呈不同倾角的相似材料；对各倾角相似材料逐级施加围压，每级围压稳定后分别测量各倾角相似材料的渗透率和孔隙度，确定各倾角方向相似材料的渗透率与孔隙度的函数关系式；对各函数关系式求导，所得导函数分别表示对应倾角方向相似材料的渗透率对孔隙度的变化率；对各导函数进行标准化处理，得到对应倾角方向单位孔隙度变化引起的单位渗透率的变化量，该变化量即为待测实际裂隙岩体对应倾角方向的渗透率对孔隙度变化的敏感程度。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN105510207
【申请号】CN201610064275
【发明人】巢志明, 王环玲, 徐卫亚, 贾朝军, 闫龙, 杨兰兰, 赵恺, 夏季, 滕志强, 官明开, 李栋
【申请人】河海大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月29日