專利名稱：基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，特別涉及水文地質(zhì)領(lǐng)域各向異性裂隙巖體滲透系數(shù)張量的計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
巖體各向異性滲透參數(shù)(巖體滲透系數(shù)張量、結(jié)構(gòu)面當(dāng)量滲透系數(shù)、結(jié)構(gòu)面滲透系數(shù)等)是研究巖體地下水運(yùn)動(dòng)問題非常重要的參數(shù)。涉及到水利水電、礦山、核能、石油、煤炭和交通等工程領(lǐng)域，與重大工程的地·基基礎(chǔ)、邊坡和洞室的安全和穩(wěn)定性有關(guān)。眾所周知，巖體的透水性主要取決于巖體結(jié)構(gòu)面的透水性，如何正確、有效地確定巖體結(jié)構(gòu)面的滲透性參數(shù)是定量評價(jià)巖體各向異性滲透性的關(guān)鍵。關(guān)于巖體各向異性滲透參數(shù)的確定方法，歸納起來可分為四類第一類是Snow(1969)提出的裂隙樣本法，以單裂隙中地下水運(yùn)動(dòng)的立方定律為基礎(chǔ)，考慮了巖體中裂隙結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、隙寬、隙間距等幾何要素，計(jì)算巖體滲透系數(shù)張量的方法；第二類是Papadapulos (1966)、Hantush (1966)、Way (1982)、Neuman (1975、1984)、周志芳(1998)等相繼提出的抽水試驗(yàn)方法，基于解析解原理，通過野外抽水試驗(yàn)資料確定巖體滲透系數(shù)張量；第三類是 Snow (1966),Rocha (1978)、Louis (1970,1974),Hsieh (1985)提出的壓水試驗(yàn)的方法，包括現(xiàn)場三段壓水試驗(yàn)法、現(xiàn)場交叉孔壓水試驗(yàn)法等，該類方法試驗(yàn)成果較為客觀、可信，確定的巖體滲透系數(shù)相對較準(zhǔn)確，但往往受野外工作場地的限制，實(shí)際試驗(yàn)中耗資大；第四類是數(shù)值反演的方法，它反映的是在給定初值和邊值條件下，通過已有實(shí)測地下水動(dòng)態(tài)信息擬合，而獲得的參數(shù)，該方法要求地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可靠、模型合理性及反問題解唯一性好。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明提供一種基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法。巖體各向異性滲透參數(shù)是重大工程建設(shè)中不可或缺的參數(shù)，也是研究污染物運(yùn)移、核廢料和二氧化碳儲(chǔ)存、地下熱運(yùn)動(dòng)必備的參數(shù)。本發(fā)明應(yīng)用承壓單鉆孔內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程和巖體滲透系數(shù)張量的定義，得到各向異性介質(zhì)滲透系數(shù)張量。相對于三段壓水試驗(yàn)法、現(xiàn)場交叉孔壓水試驗(yàn)法等方法具有現(xiàn)場試驗(yàn)限制條件少、試驗(yàn)時(shí)間快速、計(jì)算方法簡單、理論嚴(yán)密的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)方法不僅可以實(shí)現(xiàn)巖體各向異性滲透參數(shù)的計(jì)算，而且可以用于地基基礎(chǔ)安全和大體積混凝土安全檢測等領(lǐng)域，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。假設(shè)承壓含水層等厚，含水層頂、底板隔水；含水層均質(zhì)、各向同性；柱坐標(biāo)系的原點(diǎn)取為含水層頂面與鉆孔孔軸線的交點(diǎn)；試驗(yàn)鉆孔為完整鉆孔；鉆孔完全有效。振蕩試驗(yàn)過程中，通過同一鉆孔斷面的平均速度近似不變；水頭的摩擦損耗忽略不計(jì)；整個(gè)含水層系統(tǒng)的水流為均勻流；鉆孔孔中水流由徑向流變?yōu)榇怪绷鲿r(shí)，速度變化所引起的動(dòng)量變化忽略不計(jì)。
含水層中圓柱體水流運(yùn)動(dòng)方程描述為
權(quán)利要求
1.一種基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1，通過單井水流波動(dòng)方程確定單裂隙的滲透系數(shù)Keij ； 步驟2，根據(jù)裂隙介質(zhì)水動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算同組結(jié)構(gòu)面的當(dāng)量滲透系數(shù)Kei ； 步驟3，基于巖體滲透張量理論得到各向異介質(zhì)滲透系數(shù)張量K。
2.如權(quán)利要求I所述的基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，其特征在于所述步驟I中，通過單井水流波動(dòng)方程確定單裂隙的滲透系數(shù)K&包括如下步驟 步驟101，根據(jù)Kipp的解繪制無量綱水位變化W'和無量綱時(shí)間f的標(biāo)準(zhǔn)曲線； 步驟102，依據(jù)確定裂隙巖體滲透系數(shù)張量的振蕩試驗(yàn)系統(tǒng)采集得到的鉆孔中水位變化W與時(shí)間t的對應(yīng)觀測資料，在與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同模數(shù)的半對數(shù)紙上，時(shí)間取對數(shù)，繪制試驗(yàn)鉆孔中水位變化與時(shí)間的實(shí)測曲線； 步驟103，通過平移實(shí)測曲線時(shí)間坐標(biāo)軸t來匹配實(shí)測曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線；記錄擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的阻尼系數(shù)(、無量綱儲(chǔ)水系數(shù)a值；任選一個(gè)匹配點(diǎn)，記錄匹配點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)曲線上的坐標(biāo)Ht和r值，同時(shí)在實(shí)測曲線上記錄匹配點(diǎn)的時(shí)間值t和水位變化值W ； 步驟104，計(jì)算C水系數(shù)S=(r^)l{2ija);計(jì)算有效靜態(tài)水柱長度 總=p/f)2g;迭代計(jì)算無量綱慣性參數(shù)@ = [(alnW/84]2;其中S:C水系數(shù)；r。井套管半徑；rs :花管半徑；a :無量綱儲(chǔ)水系數(shù)；g :重力加速度；4 :阻尼系數(shù)；b :含水層厚度； 步驟105，計(jì)算介質(zhì)導(dǎo)水系數(shù)和滲透系數(shù)=F = PiSgVzJ17VsHij = T/b。
3.如權(quán)利要求I所述的基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，其特征在于所述步驟2中，對于巖體中某組非等寬度和非等間距的裂隙，同組結(jié)構(gòu)面的當(dāng)量滲透系數(shù)有
4.如權(quán)利要求I所述的基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，其特征在于所述步驟3中，當(dāng)裂隙巖體發(fā)育有幾組不同產(chǎn)狀的裂隙結(jié)構(gòu)面時(shí)，若取直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸ox Uox 2,ox 3分別為正北、正東和鉛直向上，裂隙結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀傾向P、傾角Y，則滲透系數(shù)張量為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單孔水流波動(dòng)方程確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)的方法，首先，通過單井水流波動(dòng)方程確定單裂隙的滲透系數(shù)Keij；其次，根據(jù)裂隙介質(zhì)水動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算同組結(jié)構(gòu)面的當(dāng)量滲透系數(shù)Kei；最后，基于巖體滲透張量理論得到各向異性介質(zhì)滲透系數(shù)張量K。本發(fā)明利用裂隙介質(zhì)水動(dòng)力學(xué)和振蕩試驗(yàn)原理，能現(xiàn)場快速完成測試、處理數(shù)據(jù)并得到各向異性介質(zhì)的滲透系數(shù)張量；可以應(yīng)用于研究污染物運(yùn)移、核廢料和二氧化碳儲(chǔ)存、地下熱運(yùn)動(dòng)時(shí)確定各向異性介質(zhì)滲透參數(shù)，也可用于地基基礎(chǔ)安全和大體積混凝土安全檢測等領(lǐng)域，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01N33/24GK102798705SQ201210275148
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者周志芳, 趙燕容, 崔子騰, 竇智 申請人:河海大學(xué)