一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，所述方法包括形成两个揭穿错动带结构面的钻孔，通过在两个钻孔中做微水试验获取错动带线性流渗透系数，根据压水试验和获取的错动带线性流渗透系数，计算错动带非线性流渗透参数，根据错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间、错动带的线性流渗透系数、错动带的非线性流渗透参数，获取错动带非线性流渗透破坏水力坡降值；本发明专利技术提供的确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法理论严密，且具有试验过程简单、易操作，获取的参数齐全、精度高等优点。

A Method for Determining Hydraulic Slope Decline of Nonlinear Flow Seepage Failure in Dislocation Zone

The invention discloses a method for determining the hydraulic gradient drop value of non-linear flow seepage failure in staggered zone. The method includes forming two boreholes to expose the structural plane of staggered zone, obtaining the linear flow permeability coefficient of staggered zone by micro-water test in two boreholes, calculating the non-linear flow permeability parameters of staggered zone according to the pressure water test and the obtained linear flow permeability coefficient of staggered zone, and according to the staggered zone structural plane, calculating the permeability parameters of Pressure time, linear flow permeability coefficient of staggered zone and non-linear flow permeability parameter of staggered zone in the failure stage of seepage failure of staggered zone are used to obtain the hydraulic gradient of seepage failure of non-linear flow of staggered zone. The method provided by the invention for determining the hydraulic gradient of seepage failure of non-linear flow of staggered zone is theoretically rigorous, and has the advantages of simple test process, easy operation and complete parameters obtained. High accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法
本专利技术涉及一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，属于土木、水利水电工程

技术介绍
错动带主要是指地质历史时期由于构造运动在坚硬岩层中形成的软弱结构面。错动带又可分为层间错动带和层内错动带，在自然界普遍存在，尺度上远远大于岩体工程结构物尺寸，给许多工程带来了渗流控制、岩体稳定性问题和地质灾害。其中金沙江下游已建的溪洛渡水电工程和在建的白鹤滩水电工程坝址区玄武岩中就广泛发育有缓倾角的层间和层内错动带。这些错动带内一般充填有夹泥、碎石，透水性远大于原岩。溪洛渡、白鹤滩水电工程都是250m以上坝高的高坝大库，水库蓄水后上下游水头差在200m以上，坝址区地下水工建筑物工程承受着巨大的错动带渗透力作用问题、渗透破坏问题和疏干排水问题，渗流场中水力梯度变化大的区域都将出现非线性流状态，因此错动带渗透性大小、非线性渗透破坏水力坡降值直接影响到坝址区地下厂房、隧洞、坝基防排水方案的设计。对于错动带渗透性以往一般可以通过室内或现场渗透试验基于达西定律确定渗透系数。也可以根据常规压水试验，通过经验公式计算出渗透系数。但是问题在于大坝上下游水头差200m以上作用下，错动带渗透大都处于非线性流状态。对于岩体结构面非线性流及渗透参数的确定成果也不少，但这些成果几乎都是在室内小尺度岩样试验基础获得的，如何在现场通过简单、可行的原位试验获取错动带非线性流渗透参数，尤其是错动带非线性流渗透破坏水力坡降值是一个非常有实用价值的问题，因此需要一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值，以解决在现场通过简单、可行的试验获取错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的问题。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供了一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，所述方法包括如下步骤：形成两个垂直于错动带结构面的钻孔，所述钻孔揭穿错动带结构面；优选的，所述两个钻孔之间的径向距离为1-2m；对形成的两个钻孔进行洗孔；在所述的两个钻孔中做微水试验，获取错动带线性流渗透系数；选取所述两个钻孔中的一个为试验孔，另一个为观测孔，逐级增大水压对所述试验孔做压水试验，直至错动带发生渗透破坏；在逐级增加水压对所述试验孔做压水试验时，当观测孔中出现带有泥沙的浑水时，说明错动带发生渗透破坏；记录错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间，记录不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值；根据所述错动带线性流渗透系数、不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值，获取不同水压对应的错动带非线性流渗透参数，计算不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值；根据错动带线性流渗透系数、不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值、错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间，计算错动带非线性流渗透破坏水力坡降值。不同水压对应的错动带非线性流渗透参数使用非线性流的Forchheimer公式计算；所述错动带非线性流渗透破坏水力坡降值使用改进的非线性流的Forchheimer公式计算；所述非线性流的Forchheimer公式使用Theis公式进行改进。微水试验结束后，在试验孔中设置和错动带上端齐平的第一栓塞、和错动带下端齐平的第二栓塞，以隔离出试验段用于压水试验测试。本专利技术提供的一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，所述方法包括形成两个钻孔，在所述的两个钻孔中做微水试验，获取错动带线性流渗透系数，选取所述两个钻孔中的一个为试验孔，另一个为观测孔，逐级增大水压对所述试验孔做压水试验，直至错动带发生渗透破坏，根据错动带线性流渗透系数及压水试验，计算出不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值，获取错动带非线性流渗透破坏水力坡降值；本专利技术提出了一种规范化的试验技术方法确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值，这一方法不仅理论严密，而且具有试验过程简单、易操作，获取的参数齐全、精度高等优点，有很好的推广应用价值。附图说明图1是根据本专利技术实施例提供的一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值方法的流程图；图2是根据本专利技术实施例提供的一种压水试验示意图；图3是根据本专利技术实施例提供的一种试验现场示意图；图中：1、压力表；2、流量表；3、栓塞；4、错动带；5、试验孔；6、观测孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供的一种确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值方法流程图如图1所示，所述方法包括如下步骤：步骤1：形成两个垂直于错动带结构面的钻孔：步骤11：在现场选定要做试验的错动带，通过错动带露头或勘探资料掌握错动带的产状，估计试验点错动带的埋深，确定钻孔的深度；步骤12：形成两个垂直于错动带结构面的钻孔，所述两个钻孔揭穿错动带的结构面后再伸入0.5m-1.0m，两个钻孔的径向距离为1-2m，两个钻孔的直径为75mm或127mm，所述两个钻孔的直径可以相同，也可以不同。步骤2：对步骤1中形成的两个钻孔洗孔。步骤3：洗孔结束待孔中地下水位稳定后，在两个钻孔中做微水试验，获取错动带的平均渗透系数K，将获取错动带的平均渗透系数K作为错动带线性流渗透系数。步骤4：计算错动带非线性流渗透参数：步骤41：选取两个钻孔中的一个为试验孔，另一个为观测孔，微水试验结束后，在试验孔中设置和错动带上端齐平的第一栓塞、和错动带下端齐平的第二栓塞，以隔离出试验段用于压水试验测试，压水试验示意图如图2所示；步骤42：待两个钻孔中的水压稳定后，使用普通压水试验装置通过和错动带上端齐平的第一栓塞向试验孔内按Δp1＝0.3MPa、Δp2＝0.5MPa、…、Δpi＝ΔpiMPa的压力变化值逐级压水做压水试验，直至错动带发生渗透破坏，相当于对错动带做渗透破坏试验，错动带发生渗透破坏时的水压Δpi＝Δpi；判断错动带发生渗透破坏的方法是：在压水试验过程中，当观测孔中水出现带有泥沙的浑水时，说明错动带发生渗透破坏，记录错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间Δti；错动带每级压水时间以压水流量达到稳定为止，记录不同水压对应的试验孔的压水流量Q1、Q2、…、Qi和观测孔的水压力变化值Δp1′、Δp2′、…、Δpi′。步骤43：使用非线性流的Forchheimer公式计算错动带非线性流渗透参数，非线性流的Forchheimer公式为：J＝av+bv2(1)其中a为第一非线性流渗透参数，b为第二非线性流渗透参数；V为渗透速度，且K为根据步骤1至步骤3获取的错动带线性流渗透系数；由公式(1)得：其中，M为错动带透水介质厚度；Q为压水试验测试时压水流量达到稳定时的压水流量，所述压水流量等于以试验孔轴心为原点、半径为r的圆柱形过水断面流量等于钻孔的注水流量,在本实施例中，r1等于两钻孔之间的径向距离；H为以试验孔轴心为原点、半径为r处的水头；由公式(3)得：积分后得rw为试验孔的半径，hw为试验孔的水头；r1为观测孔到试验孔的距离，h1为观测孔的水头；由公式(4)可以求得错动带第二非线性流渗透参数为：根据公式(5)，可以得出使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定错动带非线性渗透破坏水力坡降值的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：形成两个垂直于错动带结构面的钻孔，所述钻孔揭穿错动带结构面；在两个所述的钻孔中做微水试验，获取错动带线性流渗透系数；选取两个所述钻孔中的一个为试验孔，另一个为观测孔：逐级增大水压对所述试验孔做压水试验，直至错动带发生渗透破坏，获取错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间、不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值；根据所述错动带线性流渗透系数、不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值，获取不同水压对应的错动带非线性流渗透参数，计算不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值；根据错动带线性流渗透系数、不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值、错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间，计算错动带非线性流渗透破坏水力坡降值。

【技术特征摘要】
1.一种确定错动带非线性渗透破坏水力坡降值的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：形成两个垂直于错动带结构面的钻孔，所述钻孔揭穿错动带结构面；在两个所述的钻孔中做微水试验，获取错动带线性流渗透系数；选取两个所述钻孔中的一个为试验孔，另一个为观测孔：逐级增大水压对所述试验孔做压水试验，直至错动带发生渗透破坏，获取错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间、不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值；根据所述错动带线性流渗透系数、不同水压对应的试验孔的压水流量和观测孔的水压力变化值，获取不同水压对应的错动带非线性流渗透参数，计算不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值；根据错动带线性流渗透系数、不同水压对应的错动带非线性流渗透参数的平均值、错动带发生渗透破坏的破坏阶段的加压时间，计算错动带非线性流渗透破坏水力坡降值。2.根据权利要求1所述的确定错动带非线性流渗透破坏水力坡降值的方法，其特征在于，所述方法还包括对形成的两个钻孔进行洗孔。3.根据权利要求1所述的确定错动带非线性流...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志芳，郭巧娜，庄超，李鸣威，王哲，周子文，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32