CN111665183B - 基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法。它包括如下步骤，步骤一：在岩体中钻孔；步骤二：将钻孔分割成若干个试段；步骤三：将预定压力的水逐级压入试段围岩，记录不同试验压力下的稳定压入流量；步骤四：计算的实际试段钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离r0x；步骤五：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离；步骤六：计算实际钻孔试段的围岩渗透系数。本发明具有能解决地下水面以下、任意角度倾斜情况下钻孔压水试验数据的准确解析问题的优点。

Description

基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，更具体地说它是基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法。
背景技术
岩体的渗透系数是岩土工程设计的基础参数之一，而钻孔压水试验则是各类岩体工程实践中常用且十分重要的确定岩体渗透系数的手段，为工程渗控设计提供基本资料。
目前，我国水利水电行业有两部关于钻孔压水试验的规程：《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL 31-2003)；《水电工程钻孔压水试验规程》(NB/T 35113-2018)。这两部现行的规程均推荐采用Hvorslev公式对线性流的压水试验数据进行解析。
关于地下水面和钻孔倾斜对钻孔压水试验数据的影响，尚无有效的分析模型予以考虑，通常情况下，钻孔压水试验有许多布置在地下水面以下试段进行，有些钻孔压水试验是在倾斜孔中开展，但Hvorslev公式不能考虑地下水面和钻孔倾斜对试验数据的影响，若直接用Hvorslev公式对这些钻孔压水试验数据进行解析，必然带来偏差甚至错误。
现有陈益峰等提出了《裂隙岩体非线性流与高压压水试验解析》，刘明明等提出了《基于高压压水试验的裂隙岩体非线性渗流参数解析模型》，但二件文章的数据分析方法不能考虑地下水位以及钻孔倾斜的影响。
因此，现亟需开发一种考虑地下水面和钻孔倾斜的基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法。
发明内容
本发明的目的是为了克提供一种基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，基于Darcy定律，建立了考虑地下水位以及钻孔倾斜的钻孔压水试验分析方法；可解决地下水面以下、任意角度倾斜情况下钻孔压水试验数据的准确解析问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：在岩体中钻孔；
步骤二：将钻孔分割成若干个试段；
步骤三：将预定压力的水逐级压入试段围岩，记录不同试验压力下的稳定压入流量；
步骤四：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离r0x，计算公式(1)如下，
r0x＝|2Ssin(φ)-r0cos(2φ)| (1)
式(1)中，S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤五：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离z0x，计算公式(2)如下，
z0x＝2Scos(φ)+r0sin(2φ) (2)
式(2)中，S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤六：计算试段实际钻孔的围岩渗透系数，计算公式(3)如下
Figure BDA0002544527190000021
式(3)中：S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
L为试段的实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
r0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离；
z0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离；
k为钻孔围岩渗透系数。
在上述技术方案中，在步骤六中，当钻孔试段距地下水面距离较大，即S>>L时，式(3)简化为式(4)：
Figure BDA0002544527190000031
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔围岩渗透系数。
在上述技术方案中，在步骤六中，当实际钻孔试段长度较长，即L>>r0时，式(4)简化为式(5)；
Figure BDA0002544527190000032
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔围岩渗透系数。
本发明具有如下优点：
(1)本发明可解决地下水面以下、任意角度倾斜情况下钻孔压水试验数据的准确解析问题；
(2)本发明针对地下水面下有界渗流区域中倾斜钻孔压水试验数据解析问题，基于Darcy定律建立岩体渗透系数解析模型，考虑地下水面和钻孔倾斜对试验数据的影响，用以准确解析钻孔压水试验数据，从而准确获取岩体的渗透系数；
(3)本专利提出的解析模型形式简洁，物理意义明确，可演化为现行钻孔压水试验规程推荐的Hvorslev公式，是现行压水试验数据解析方式的理论拓展，为岩体渗透系数的准确辨识提供有效途径，可作为钻孔压水试验规程修订的重要依据。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明试段钻孔压水试验分析示意图。
图2中，A表示实孔；B表示虚孔；C为地下水面；虚孔与实际钻孔(简称为实孔)关于地下水面对称；实孔为压水孔，虚孔为抽水孔；虚孔抽水量与实孔压水量相同；S为试段实孔中心点距地下水面的距离；φ为试段实孔偏移铅直方向的角度；L为实孔试段长度；r0为试段实孔半径；r0x为试段实孔孔壁中心点与虚孔轴线的距离；z0x为试段实孔孔壁中心点与虚孔中心平面的距离。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，包括如下步骤，
步骤一：根据现行的钻孔压水试验的规程(《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL31-2003)；《水电工程钻孔压水试验规程》(NB/T35113-2018))要求，在岩体中钻孔；
步骤二：将钻孔分割成若干个试段；
步骤三：将预定压力的水逐级压入试段围岩，记录不同试验压力下的稳定压入流量；
步骤四：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离r0x，计算公式(1)如下，
r0x＝|2Ssin(φ)-r0cos(2φ)| (1)
式(1)中，S为试段的实际钻孔(简称为实孔)中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤五：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离z0x，计算公式(2)如下，
z0x＝2Scos(φ)+r0sin(2φ) (2)
式(2)中，S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤六：计算试段实际钻孔的围岩渗透系数，计算公式(3)如下
Figure BDA0002544527190000051
式(3)中：S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
L为试段的实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
r0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离；r0x的计算方法如式(1)；
z0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离；z0x的计算方法如式(2)；k为钻孔试段围岩渗透系数；
本发明针对地下水面下有界渗流区域中倾斜钻孔压水试验数据解析问题，基于Darcy定律建立岩体渗透系数解析模型，可考虑地下水面和钻孔倾斜对试验数据的影响，用以准确解析钻孔压水试验数据，从而准确获取岩体的渗透系数；能解决地下水面以下、任意角度倾斜情况下钻孔压水试验数据的准确解析问题。
进一步地，在步骤六中，当钻孔试段距地下水面距离较大，即S>>L时，式(3)简化为式(4)：
Figure BDA0002544527190000061
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔试段围岩渗透系数(如图1所示)。
更进一步地，在步骤六中，当实际钻孔试段长度较长，即L>>r0时，式(4)简化为式(5)；
Figure BDA0002544527190000062
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔试段围岩渗透系数；
本发明提出的解析模型形式简洁，物理意义明确，可演化为现行钻孔压水试验规程推荐的Hvorslev公式，是现行压水试验数据解析方式的理论拓展，为岩体渗透系数的准确辨识提供有效途径，可作为钻孔压水试验规程修订的重要依据。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (3)

1.基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：在岩体中钻孔；
步骤二：将钻孔分割成若干个试段；
步骤三：将预定压力的水逐级压入试段围岩，记录不同试验压力下的稳定压入流量；
步骤四：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离r0x，计算公式(1)如下，
r0x＝|2Ssin(φ)-r0cos(2φ)| (1)
式(1)中，S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤五：计算试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离z0x，计算公式(2)如下，
z0x＝2Scos(φ)+r0sin(2φ) (2)
式(2)中，S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
r0为试段的实际钻孔半径；
步骤六：计算试段实际钻孔的围岩渗透系数，计算公式(3)如下
Figure FDA0002544527180000011
式(3)中：S为试段的实际钻孔中心点距地下水面的距离；
φ为试段的实际钻孔偏移铅直方向的角度；
L为试段的实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
r0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔轴线的距离；
z0x为试段的实际钻孔的孔壁中心点与虚孔中心平面的距离；
k为钻孔试段围岩渗透系数。
2.根据权利要求1所述的基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，其特征在于：在步骤六中，当钻孔试段距地下水面距离较大，即S>>L时，式(3)简化为式(4)：
Figure FDA0002544527180000021
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔试段围岩渗透系数。
3.根据权利要求2所述的基于钻孔压水试验的岩体渗透系数的测量方法，其特征在于：在步骤六中，当实际钻孔试段长度较长，即L>>r0时，式(4)简化为式(5)；
Figure FDA0002544527180000022
式(4)中，L为实际钻孔试段长度；
r0为试段的实际钻孔半径；
P为试验水压力；
Q为试验流量；
k为钻孔试段围岩渗透系数。
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