基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法，步骤包括：1)利用数字钻设备进行数字钻实验，得到数字钻能；2)求取裂缝频率；3)求解出岩石质量指标RQD值；4)利用RQD值求解出渗透系数；5)根据RQD尺寸效应模型，得到渗透系数的尺寸效应模型；6)预测出体积元RVE值。本发明专利技术的方法，只需进行现场原位实验就可以预测渗透系数，能够准确地反映岩体的地质特征；本发明专利技术简便、经济、快捷，应用前景广阔。应用前景广阔。应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法


[0001]本专利技术属于岩土工程原位测试
，涉及一种基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法。

技术介绍

[0002]预测岩体中的渗透系数并表征其尺寸效应，对于水文地质、能源、环境工程等各种地球科学和工程学科都是至关重要的。节理岩体的水力特性主要由节理决定，而不是岩石，节理岩体的渗透系数通常具有各向异性和尺寸效应。在岩石力学中，采用岩石质量指标(RQD)、岩体等级(RMR)和地质强度指标(GSI)作为评价岩体稳定性的地质力学指标。渗透系数与这些地质力学指标之间已经建立了一些经验关系。利用回归分析，还建立了渗透系数与RQD之间的其他经验关系。经验模型强调了渗透系数与地质力学指数之间的关系。人们普遍认为，岩体的地质特性对渗透系数有很大影响。经验模型可以考虑裂隙岩体的裂隙孔径、长度和方向等关键因素，这些因素对渗透系数有较大的影响。此外，由于经验模型来源于现场采集的数据，因此能够可靠地反映岩体的地质特征。然而，RQD无法测量沿测线长度<0.1m的岩体质量，导致岩体渗透系数测量不充分。此外，地质力学指标通常耗时耗力且成本较高。为了提高经验方法的完整性，需要对相关岩体力学指标进行更多的研究，以更准确地预测岩体的渗透系数。
[0003]近年来，人们已经做出了许多努力来研究代表性体积元(RVE，又称为等效体积单元)及其在确定岩体力学性质中的应用。在节理岩体上进行原位实验以确定RVE大小，但成本和操作难度限制了该实验的发展。尽管数值模拟便宜且广泛应用于1到3维空间的RVE估算，但由于不连续效应的存在，很难使用数值模拟来确定RVE。一种利用RQD和沿测线裂缝频率的变化来确定一维RVE的数学方法，作为一种简便经济的方法，它已应用于岩体地下开挖，但该方法无法对RVE进行更准确的预测。因此，在实践中需要研究一种更新的简单、经济的方法来预测RVE。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法，解决了现有技术中存在的预测不准确、预测过程费时费力的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法，按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、利用数字钻设备进行数字钻实验，得到数字钻能s；
[0007]步骤2、将得到的数字钻能s代入式(1)，得到裂缝频率λ，
[0008]裂缝频率λ与数字钻能s的关系式为：
[0009]λ＝ξs
ꢀꢀꢀ
(1)
[0010]其中，ξ为常数；
[0011]步骤3、将步骤2得到的裂缝频率λ代入式(2)中，求解出岩石质量指标RQD值，RQD值
与裂缝频率λ的关系式为：
[0012]RQD＝100e
‑
λt
(λt+1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0013]其中，t的取值为0.1m，
[0014]将t＝0.1m代入式(2)中，RQD值的求解式变换为：
[0015]RQD＝100e
‑
0.1λ
(0.1λ+1)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0016]步骤4、将步骤3得到的RQD值代入式(4)中，求解出渗透系数K，
[0017]渗透系数K与RQD值的关系式为：
[0018][0019]将式(3)代入式(4)中，得到节理岩体渗透系数的求解式为：
[0020][0021]其中，γ与均为常数；
[0022]步骤5、根据RQD尺寸效应模型，得到渗透系数的尺寸效应模型，RQD尺寸效应模型的表达式为：
[0023]RQD
L
＝RQD
∞
+(RQD0‑
RQD
∞
)e
‑
aL
ꢀꢀꢀ
(6)
[0024]其中，RQD0对应于初始测线长度的RQD值，RQD
∞
对应于沿测线的RQD临界值，L为测线长度，a为与岩性、地应力、地质构造有关的常数；
[0025]将式(2)或式(3)代入式(4)，经过一系列的代数运算，得到沿测线的渗透系数K
L
的尺寸效应模型为：
[0026][0027]其中，K
L
为沿测线的渗透系数，K0为初始测线长度对应的初始渗透系数，K
∞
为K
L
沿测线的最大值对应的临界值；
[0028]步骤6、预测体积元RVE值，预测RVE值的函数式为：
[0029][0030]其中，K
RVE
为RVE的渗透系数,ΔL为测线长度增量。
[0031]本专利技术的有益效果是，只需进行现场原位实验就可以预测渗透系数，能够准确地反映岩体的地质特征；本专利技术简便、经济、快捷，应用前景广阔。
附图说明
[0032]图1a是利用本专利技术方法预测的渗透系数K与RQD图；
[0033]图1b是利用本专利技术方法预测的24段节理岩体渗透系数K与RQD值与各种经验方法测得值的对比图；
[0034]图1c是不同类型岩石渗透系数K的实测值与预测值对比图；
[0035]图2a是1号钻孔RQD值和渗透系数值随测线长度的增加而变化图；
[0036]图2b是2号钻孔RQD值和渗透系数值随测线长度的增加而变化图；
[0037]图3a是1号钻孔尺寸效应模型中模型参数对不同a值和K0/K
∞
值的渗透系数敏感性分析图；
[0038]图3b是2号钻孔尺寸效应模型中模型参数对不同a值和K0/K
∞
值的渗透系数敏感性分析图；
[0039]图4a是1号钻孔沿测线长度上的RVE值变化图；
[0040]图4b是2号钻孔沿测线长度上的RVE值变化图；
[0041]图5是RVE值与a和K0/K
RVE
的关系图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0043]本专利技术基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法，按照以下步骤实施：
[0044]步骤1、利用数字钻设备进行数字钻实验，得到数字钻能s(或称为数字钻能离散程度)；
[0045]步骤2、将得到的数字钻能s代入式(1)，得到裂缝频率λ，
[0046]裂缝频率λ与数字钻能s的关系式为：
[0047]λ＝ξs
ꢀꢀꢀ
(1)
[0048]其中，ξ为常数，ξ的取值范围是0.04
‑
0.1；
[0049]步骤3、将步骤2得到的裂缝频率λ代入式(2)中，求解出岩石质量指标RQD值，RQD值与裂缝频率λ的关系式为：
[0050]RQD＝100e
‑
λt
(λt+1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0051]其中，t的取值为0.1m，
[0052]将t＝0.1m代入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字钻参数的岩体渗透特性评价方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、利用数字钻设备进行数字钻实验，得到数字钻能s；步骤2、将得到的数字钻能s代入式(1)，得到裂缝频率λ，裂缝频率λ与数字钻能s的关系式为：λ＝ξs
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，ξ为常数；步骤3、将步骤2得到的裂缝频率λ代入式(2)中，求解出岩石质量指标RQD值，RQD值与裂缝频率λ的关系式为：RQD＝100e
‑
λt
(λt+1)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，t的取值为0.1m，将t＝0.1m代入式(2)中，RQD值的求解式变换为：RQD＝100e
‑
0.1λ
(0.1λ+1)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)步骤4、将步骤3得到的RQD值代入式(4)中，求解出渗透系数K，渗透系数K与RQD值的关系式为：将式(3)代入式(4)中，得到节理岩体渗透系数的求解式为：其中，γ与均为常数；步骤5、根据RQD尺寸效应模型，得到渗透系数的尺寸效应模型，RQD尺寸效应模型的表达式为：RQD
L
＝RQD
∞
+(RQD0‑
RQD
∞
)e
‑
aL
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【专利技术属性】
技术研发人员：何明明，张永浩，袁卓亚，王晶，马旭东，刘小平，任桃平，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：