[发明专利]确定近水平层状裂隙岩体渗透张量的方法

说明书

本发明公开了一种确定近水平层状裂隙岩体渗透张量的方法。针对近水平层状裂隙岩体，使用常规垂直钻孔压水试验、水平定向钻孔压水试验与岩体应力测试，建立“结构面法向应力‑结构面张开度”负指数函数本构方程，估算结构面的等效水力张开度，从而确定岩体的渗透张量。该方法可代替三段定向钻孔压水试验，操作简单、结果直观，是一种描述近水平层状裂隙岩体因结构面空间分布而造成的岩体渗透性能各向异性的可行方法，可有效解决近水平层状裂隙岩体渗透张量难以准确获得的难题。

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域，尤其是涉及确定近水平层状裂隙岩体渗透张量的方法。

背景技术

对裂隙岩体渗透性能进行定量评价是水利水电工程的重要内容之一，可为防渗帷幕设计、基坑降排水设计、水工隧洞突涌水预测等提供技术支撑。水利水电工程中常用的评估裂隙岩体渗透性能的方法为钻孔压水试验。将钻孔压水试验成果（岩体透水率吕荣值）使用经验公式或巴布什金公式换算后，可得到岩体的渗透系数。

钻孔压水试验分为常规定向钻孔压水试验和三段定向钻孔压水试验。其中，常规定向钻孔压水试验（如垂直单孔压水试验）操作简单、结果直观，在工程中广泛应用。但是常规定向钻孔压水试验不能描述因结构面空间分布而造成的渗透性能的各向异性。

三段定向钻孔压水试验最早由法国工程师Louis于1974年提出。其基本思想是用常规定向钻孔压水试验分别确定单组结构面的渗透系数，然后根据每组结构面的产状把渗透系数叠加到岩体的总渗透张量。该方法虽然能描述因结构面空间分布而造成的渗透性能的各向异性，但是需要制造特殊的三段压水试验器，且压水试验钻孔及观测孔的布置需要严格考虑结构面的空间展布，保证每组结构面均布设压水试验钻孔及观测孔，且按照要求获得压水试验成果。因此，三段定向钻孔压水试验步骤繁琐，成本高、效率低，在工程中推广应用效果不良。故，在实际工程操作中还没有一种操作简单、结果直观，成本较低，且能描述因结构面空间分布而造成的岩体渗透性能各向异性的可行方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种确定近水平层状裂隙岩体渗透张量的方法。近水平层状裂隙岩体发育的地区，通常来讲，地质构造活动不强烈，且岩体应力主值多为2组水平方向的主应力和1组垂直方向的主应力。根据地质力学理论，在所述地质条件下，多发育有3组结构面的近水平层状裂隙岩体，其中有2组共轭发育的近直立状岩体结构面和1组近水平状岩体结构面。

根据岩体渗流立方定律，岩体结构面张开度对地下水在岩体中的渗流影响显著。同时，由于作用在岩体结构面上的应力会引起岩体结构面张开度的变化。故，作用在岩体结构面上的应力对地下水在岩体中的渗流同样具有显著影响。众多试验与理论研究成果已表明，岩体结构面张开度是法向应力的函数。例如，国际上比较认可的Goodman于1974年和Bandis 等于1983年提出的双曲函数本构方程和我国著名学者孙广忠于1988年提出的负指数函数本构方程，均给出了岩体结构面张开度与法向应力的函数关系。因此，通过“法向应力-结构面张开度”的本构方程能够构建岩体渗流场和岩体应力场之间的关系。

根据上述理论，本发明针对近水平层状裂隙岩体，假设岩体结构面张开度的变化取决于作用在岩体结构面上的法向正应力，与作用在岩体结构面上的切向剪应力无关；且常规垂直钻孔或水平定向钻孔压水试验成果仅受与压水试验钻孔轴线垂直的岩体结构面组的影响，忽略其余岩体结构面组的干扰。本发明所述方法在常规的垂直单孔压水试验与岩体应力测试的基础上，仅需针对性地布置1个水平定向压水试验孔，即可通过“法向应力-结构面张开度”的本构方程估算未知岩体结构面的等效水力张开度，从而确定近水平层状裂隙岩体渗透张量。该方法在实际工程操作中操作简单、结果直观，是一种能够描述近水平层状裂隙岩体因结构面空间分布而造成的岩体渗透性能各向异性的可行方法，可以有效解决近水平层状裂隙岩体渗透张量难以准确获得的难题。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的确定近水平层状裂隙岩体渗透张量的方法，包括以下步骤：

S1，完成待测区的地质勘察基础工作；