一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法与流程

本发明属于水文地质与工程地质中岩体渗透性的预测领域，具体涉及一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法。

背景技术：

1、岩体的渗透性是水文地质与工程地质中一种重要的物渗性质，反映了岩体被流体通过的性能，在地下水资源评估、地下水污染治理、能源开采以及基坑，边坡工程等工程领域中起着关键作用。对相关岩体的渗透性的准确评估有助于了解流体对岩体的影响，反之，渗透性的错误评估会带来难以估量的灾害。目前确定岩体渗透性的方法主要有原位试验法，室内试验法，模拟仿真法，经验模型法。相较于原位实验法的高昂成本，室内试验的尺度效应，数模拟仿真法假设条件的主观性与局限性，经验模型法以其简便易行，所需数据点不多，可以为工程的初期提供粗略的判断。

2、经验模型法求取岩体渗透性本质上是一种反分析法。其通过测量岩土体的一些其他参数如孔隙度、应力大小以及埋深等，使用经验模型推断出岩体渗透性。其中埋深比起其他参数如孔隙度、应力大小更易获取，因此岩体渗透性与埋深之间的经验模型的应用更广泛。已有的岩体渗透性-埋深模型的参数都无法被快速准确地确定，均需要大量的数据。因此，提出一种参数可以被快速准确地确定的岩体渗透性-埋深模型很有必要。

技术实现思路

1、发明目的，本发明克服了现有岩体渗透性-埋深模型关于参数难以被准确快速地确定的缺陷，针对岩体工程区域的岩体渗透性的预测，结合指数模型，提出了一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法。

2、技术方案，为了达到上述发明目的，本发明公开了一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，该方法包括以下步骤：

3、步骤1，构建岩体渗透性指数模型，具体如下：

4、logk＝logkr+(logks-logkr)e-αz

5、其中，log kr称为残余渗透性，即埋深超过预设深度时渗透性值，log ks为地表渗透性，即埋深为0时的渗透性值，α为衰减系数，z为岩体工程区域中岩体的埋深；

6、步骤2，基于log kr在模型中的实际意义，使用岩体工程区域中深层岩体的平均渗透性代表此岩体工程区域中最大埋深zmax处的渗透性log kzmax，并以此近似指数模型中的log kr参数；

7、步骤3，基于log ks在模型中的实际意义，使用岩体工程区域中浅层岩体的平均渗透性代表此岩体工程区域中地表处，即埋深为0时的渗透性log kzmin，并以此近似指数模型中的log ks参数；

8、步骤4，在指数模型的logkr与logks参数被确定后，假定指数模型在岩体工程区域的平均埋深处取值为中间层的平均渗透性值，求取指数模型的α参数；

9、步骤5，使用已确定的指数模型预测岩体工程区域的表层到中间层，中间层到深层的岩体渗透性。

10、进一步的，所述的步骤2的方法如下：

11、在岩体工程区域的深层埋深范围，即[0.96zmax，zmax]埋深范围内取n个渗透性值，并对它们取平均代表最大埋深处zmax的渗透性值log kzmax，数据量n不少于5，log kzmax的计算如下：

12、

13、其中，log kzmax为岩体工程区域的最大埋深处的渗透性，log kzi为岩体工程区域的[0.96zmax，zmax]埋深范围内的渗透性值；

14、使用log kzmax近似岩体工程区域下简易指数模型的logkr参数：

15、logkr＝logkzmax。

16、进一步的，所述的步骤3的方法如下：

17、在岩体工程区域的浅层埋深范围，即[0，0.04zmax]埋深范围取n个渗透性值，并对它们取平均代表岩体工程区域的地表处即埋深为0时的渗透性值log kzmin，使用的数据量n不少于5，log kzmin的计算如下：

18、

19、其中，log kzmin为岩体工程区域的地表处，即埋深为0时的渗透性，log kz1i为岩体工程区域的[0，0.04zmax]埋深范围内的渗透性值；

20、使用log kzmin近似岩体工程区域下指数模型的log ks参数：

21、logks＝logkzmin。

22、进一步的，所述的步骤4的方法如下：

23、在岩体工程区域的中间层埋深范围，即[0.48zmax，0.52zmax]埋深范围取n个渗透性值，并对它们取平均代表岩体工程区域的平均埋深即zmax/2处的渗透性值log kzmax/2，使用的数据量n不少于5，log kzmax/2的计算如下：

24、

25、其中，log kzmax/2为岩体工程区域的平均埋深即zmax/2处的渗透性，log kz2i为岩体工程区域的[0.48zmax，0.52zmax]埋深范围内的渗透性值；

26、步骤3与步骤4确定了岩体工程区域下指数模型的log kr与log ks参数，对于岩体工程区域的衰减系数αe，假定指数模型在岩体工程区域的平均埋深即zmax/2处取值为中间层即[0.48zmax，0.52zmax]埋深范围内的平均渗透性值logkzmax/2：

27、

28、将上式转换计算出αe：

29、

30、使用αe近似岩体工程区域下指数模型的α参数：

31、α＝αe。

32、进一步的，所述的步骤5的方法如下：

33、通过步骤2、步骤3、步骤4中得到岩体工程区域下指数模型:

34、

35、通过此指数模型，使用岩体的埋深z对岩体工程区域中的表层到中间层，中间层到深层，即[0.04zmax，0.48zmax]，[0.52zmax，0.96zmax]埋深范围内的渗透性log k进行预测。

36、有益效果，与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

37、本发明提供了一种指数模型的岩体渗透性预测方法，利用了指数模型易于衰减至稳定的特性，假定其穿过实际工程区域的中间层的平均渗透点，并使用实际工程区域的表层与深层处的平均渗透性来近似获取模型的各参数，得到一个指数模型。该方法所需数据点较少，简化了以往模型繁琐的建立过程，并可以准确地预测实际工程区域的表层到中间层与中间层到深层的岩体渗透性。该方法在具体工程实践中简单易用，快速高效，可靠性较高。

技术特征：

1.一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，其特征在于，所述的步骤2的方法如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，其特征在于，所述的步骤3的方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，其特征在于，所述的步骤4的方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，其特征在于，所述的步骤5的方法如下：

技术总结本发明公开了一种基于指数模型的岩体渗透性预测方法，在水文地质和工程地质领域预测岩体渗透性有着操作简便、应用广泛的特点。该方法首先假定岩体渗透性随埋深的衰减为指数衰减，其次通过获取实际的岩体工程区域的少量表层、中间层、深层岩体的渗透性值来近似指数模型的log K<subgt;r</subgt;、log K<subgt;s</subgt;与α参数，从而快速得出岩体工程区域下岩体渗透性‑埋深的指数模型，然后利用此指数模型预测岩体工程区域的表层到中间层，中间层到深层的岩体渗透性。技术研发人员：李进元,李青春,纪海锋,徐海洋,黄昕,窦智受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10