一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法，包括：获取隧洞岩样数据；根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积，分别计算不同孔径之间的受压转化率；根据岩样的上覆应力、不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率，计算不同孔径的孔隙压缩系数；根据上覆应力、不同孔径的孔隙压缩系数，构建隧洞渗透量模型，计算得到隧洞渗透量；本发明专利技术着重考虑了上覆应力作用下不同尺度孔隙的压缩系数对渗透量的影响，能够实时对隧洞渗漏量进行预测，测试精度高、计算方法简便，有利于水利工程的安全、长远运行，具有良好的工程应用背景。具有良好的工程应用背景。具有良好的工程应用背景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法


[0001]本专利技术属于水利水电工程
，具体涉及一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法。

技术介绍

[0002]隧洞在水利水电工程中承担着输、泄水的任务，在经过多年的运行之后，大多呈现出不同程度的病害，严重的渗漏会影响水工隧洞的运行安全和耐久性，并且造成一定的经济损失，对大型输水隧洞，特别是在市区，发生较大的渗漏将致使土体物理力学性质发生改变，引发次生地质灾害，造成较大社会影响。此外，部分隧洞位于坝体内，长期较大流量的渗漏会危及大坝自身的安全。因此，防止产生更多的意外事故，预测隧洞渗漏情况的重要性不言而喻。隧洞渗流量的预测中一个重要指标便是渗流量。
[0003]以往预测隧洞渗漏流量的方法但往往是从应力条件的改变、孔隙结构变化的几何描述等单一方面开展，没有具体量化微观结构的改变对宏观渗漏流量的影响，也因此影响隧洞渗透流量测量的准确性。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的缺陷，本专利技术公开一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法，量化了不同孔隙结构的压缩系数，进一步考虑了上覆应力作用下不同孔径的孔隙压缩系数对渗漏量的影响，能够实时对隧洞渗漏量进行预测，测试精度高、计算方法简便，有利于水利工程的安全、长远运行。
[0005]第一方面，一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法，包括：
[0006]获取隧洞岩样数据，所述数据包括孔径分布曲线、上覆应力、渗透压力差、初始渗透率；
[0007]根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；
[0008]根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积，分别计算不同孔径之间的受压转化率；
[0009]根据岩样的上覆应力、不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率，计算不同孔径的孔隙压缩系数；
[0010]根据上覆应力、不同孔径的孔隙压缩系数，构建隧洞渗透量模型，计算得到隧洞渗透量；
[0011]所述隧洞渗透量模型包括：
[0012][0013]式中，Q为隧洞渗透量；k0为隧洞岩样的初始渗透率；A为岩样的横截面积；α为介质变形系数，C
f
为隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数；
△
σ为实验中隧洞岩样的上覆应力之差；
△
P为预设的渗透压力差；
△
L为隧洞岩样的长度。
[0014]进一步的，所述根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；具体包括：
[0015]根据隧洞岩样的孔径大小，分为大孔、中空和小孔，大孔孔径大于1μm，中孔孔径为0.1μm～lμm，小孔孔径小于0.1μm。
[0016]进一步的，所述不同孔径之间的受压转化率包括大孔的受压转化率、中孔的受压转化率以及小孔的受压转化率，大孔的受压转化率的计算方法包括：
[0017]建立转化体积函数：
[0018]V
S1
+V
S2
＝V
S0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0019]式中，V
S1
为大孔上覆应力压缩后变为中孔的孔隙体积；V
S2
为大孔经过上覆应力压缩后仍为大孔的孔隙体积；V
S0
为初始上覆应力下的初始大孔孔隙体积；
[0020]计算V
S1
和V
S2
两部分孔隙压缩系数，计算公式为：
[0021][0022][0023][0024]式中，V
b0
、V
bi
分别为初始孔隙体积和增加上覆应力后的某一时刻的孔隙体积；V
p
为某一上覆应力下的孔隙体积；V
S1
’
、V
S2
’
分别为不同上覆应力条件下对应V
D1
、V
D2
的孔隙体积；C
S1
为V
S1
孔隙体积的压缩系数；C
S2
为V
S2
孔隙体积的压缩系数；两者为同一孔径的孔隙，在相同上覆应力作用下的孔隙压缩系数相同，因此，C
S1
＝C
S2
，则有：
[0025][0026]其中，V
S1
的计算基于平面应力作用下孔隙应力变形模型和孔径分布曲线，利用差值法计算得到，由此定义并计算得到大孔的受压转化率：
[0027]f
S
＝V
S1
/V
S0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0028]式中f
S
为大孔的受压转化率；
[0029]联立公式(6)和公式(7)可得：
[0030][0031]同样的方法得到中孔的受压转化率f
M
和小孔的受压转化率f
A
。
[0032]进一步的，所述根据岩样的上覆应力、不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率，计算不同孔径的孔隙压缩系数；具体包括：
[0033]通过公式(3)、公式(7)和公式(8)，计算大孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数：
[0034][0035]式中，C
SP
为大孔的在不同上覆应力下的孔隙压缩系数；
[0036]同样可计算得到小孔和中孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数：
[0037][0038][0039]式中，C
AP
和C
MP
分别为小孔和中孔在不同上覆应力下的孔隙压缩系数；
[0040]则隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数计算方法为：
[0041][0042]式中，C
f
为隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数；V
A0
为初始上覆应力下初始小孔孔隙体积，V
M0
为初始上覆应力下初始中孔孔隙体积，V
S0
为初始上覆应力下初始大孔孔隙体积。
[0043]第二方面，一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测系统，包括：
[0044]数据获取模块：用于获取隧洞岩样数据，所述数据包括孔径分布曲线、上覆应力、渗透压力差、初始渗透率；
[0045]参数计算单元：用于根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积，分别计算不同孔径之间的受压转化率；根据岩样的上覆应力、不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率，计算不同孔径的孔隙压缩系数；
[0046]渗透量预测单元：用于根据上覆应力、不同孔径的孔隙压缩系数，构建隧洞渗透量模型，计算得到隧洞渗透量。
[0047]第三方面，一种计算机设备，包括处理器及存储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多尺度孔径渗透模型的隧洞渗漏量预测方法，其特征在于，包括：获取隧洞岩样数据，所述数据包括孔径分布曲线、上覆应力、渗透压力差、初始渗透率；根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；根据孔径分布曲线和不同孔径的孔隙体积，分别计算不同孔径之间的受压转化率；根据岩样的上覆应力、不同孔径的孔隙体积以及不同孔径之间的受压转化率，计算不同孔径的孔隙压缩系数；根据上覆应力、不同孔径的孔隙压缩系数，构建隧洞渗透量模型，计算得到隧洞渗透量；所述隧洞渗透量模型包括：式中，Q为隧洞渗透量；k0为隧洞岩样的初始渗透率；A为岩样的横截面积；α为介质变形系数，C
f
为隧洞岩样的不同孔径的孔隙压缩系数；
△
σ为实验中隧洞岩样的上覆应力之差；
△
P为预设的渗透压力差；
△
L为隧洞岩样的长度。2.根据权利要求1所述的基于不同孔径渗透模型的隧洞渗漏量的定量预测方法，其特征在于，所述根据孔径分布曲线，将孔径按不同孔径分类，分别获得不同孔径的孔隙体积；具体包括：根据隧洞岩样的孔径大小，分为大孔、中孔和小孔，大孔孔径大于1μm，中孔孔径为0.1μm～lμm，小孔孔径小于0.1μm。3.根据权利要求2所述的基于不同孔径渗透模型的隧洞渗漏量的定量预测方法，其特征在于，所述不同孔径之间的受压转化率包括大孔的受压转化率、中孔的受压转化率以及小孔的受压转化率，大孔的受压转化率的计算方法包括：建立转化体积函数：V
S1
+V
S2
＝V
S0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，V
S1
为大孔上覆应力压缩后变为中孔的孔隙体积；V
S2
为大孔经过上覆应力压缩后仍为大孔的孔隙体积；V
S0
为初始上覆应力下的初始大孔孔隙体积；计算V
S1
和V
S2
两部分孔隙压缩系数，计算公式为：两部分孔隙压缩系数，计算公式为：两部分孔隙压缩系数，计算公式为：式中，V
b0
、V
bi
分别为初始孔隙体积和增加上覆应力后的某一时刻的孔隙体积；V
p
为某一上覆应力下的孔隙体积；V
S1
’
、V
S2
’
分别为不同上覆应力条件下对应V
D1
、V
D2
的孔隙体积；C
S1
为V
S1
孔隙体积的压缩系数；C
S2
为V
S2
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠民，盛金昌，田佳丽，刘星星，罗玉龙，詹美礼，向雷，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：