裂隙岩体渗透系数确定方法综述

总结了近年来裂隙岩体渗透系数的确定方法,主要有现场水力试验法、裂隙测量法和离散裂隙网络渗流数值试验法.每种方法都有自己的适用性和测量尺度.裂隙岩体渗透系数存在尺度效应,针对不同尺度的研究对象,应尽量选取与渗流模型网格剖分尺度匹配的测量方法.裂隙的延伸具有方向性,测试点的布设应合理科学,不同测量方法需要结合起来才能得到裂隙岩体真实的渗透系数.     

裂隙岩体局域离散模型构建及参数敏感性分析:以锦屏一级水电站坝区为例

基于对锦屏一级水电站坝区平硐1555条实测裂隙几何数据的整理分析,获得了左右岸裂隙岩体的几何特征参数及其
数据分布类型,利用GeneralBlock裂隙网络生成器实现局域离散模型,在与勘探平硐信息综合分析的基础上,采用“由单一到组
合,逐级深入,逼近实体”的模型构建方案和参数敏感性分析方法,并对模型进行了拟合检验。分析模拟表明:裂隙参数半径的波
动只改变单一裂隙延伸,裂隙产状的波动既影响整个模拟区,也改变单一裂隙几何特征,对裂隙模型的影响相当于增加了裂隙组
数。因此,裂隙产状是构建网络模型的关键因子。基于野外勘探平硐信息建模时,不同成因的裂隙,应该采用不同的控制方法,即
对于倾角较陡的构造与卸荷裂隙,实测时产状误差小,迹长误差大,应该控制产状,半径适当波动;而顺层裂隙组,则应该相反。      

一种层状岩体压水试验成果计算分析渗透性的新方法

通过对西南某坝区压水试验数据的计算分析,提出了基于中值理论和几何均值的埋深域渗透系数取值区间法。首先将压水试验资料采用巴布什金经验公式和达西公式把吕荣值转换成渗透系数,并分析各分类项的数据分布类型。在分析研究区层状裂隙岩体岩性特征及其组合关系的基础上,运用均值和中值理论从宏观上分析研究区垂向和平面渗透特征,得出均值和中值分析的侧重点;再用渗透系数与埋深散点图绘制小值和大值取值趋势线,继而进行曲线拟合,并完成数理可靠性和物理含义的检验;运用通过检验的方程计算每米埋深的渗透系数,而后在划分的各埋深域内,依据小值和大值取值数量的差别,分别求取其几何平均值,最终得到各埋深域渗透系数取值区间。     

喻家山土壤含水率对次降雨事件的响应及影响因素

研究武汉市喻家山试验区次降雨事件下土壤含水率的响应特征和影响因素,为后续包气带和饱水带地下水储量变化研究提供科学依据。基于野外降雨、地下水位和土壤含水率的连续监测数据,分析4个典型剖面土壤含水率的动态变化及其对6次降雨事件的响应特征;以S4剖面为例采用灰色关联度法分析影响土壤含水率响应幅度的主导因子。结果表明：相对于喻家山山体较高位置,南坡和北坡坡脚的地形高程低,地下水位埋深小,土壤颗粒细,分选好,土壤剖面的含水率平均值较大,变异系数较小;4个剖面的土壤含水率大小和初始响应时间随埋深增加并不是系统地增加,反映研究区土壤剖面非均质性较强;平均降雨强度和最大降雨强度与含水率响应幅度间的关联度最大,是控制试验区含水率响应的主导因子。位于喻家山南坡坡脚实验大楼内的2个土壤剖面受人类建筑活动、周围绿化和浇水影响较大,后期应结合长期监测资料综合分析土壤含水率的响应特征和主控因素。     

水力层析法刻画非均质含水层K与S采样时间优化设计

水力层析法(hydraulic tomography,简称HT)是一种高精度刻画含水层非均质性的抽水试验新技术,通过在不同地点及深度进行多组抽水试验并收集含水层水位变化资料,进行地下水流数值反演,对水文地质参数的空间分布做详细的识别。由于观测水位数据随着时间变化与渗透系数K、储水系数S的相关性不断变化,因此运用不同时刻水位数据反演参数K与S精度不一样。基于水力层析理论,采用剖面二维承压含水层数值模型研究了时间采样对估计参数K与S精度的影响。研究结果表明,随着采样时间的增大,渗透系数K的估计逐渐变好,最后趋于一个稳定值;在K已知条件下,采样时间t0(t0定义为JACOB直线图解法中s-lgt曲线直线段的延长部分与lgt轴的交点所对应的时间)时刻之前,储水系数S的估计随着采样时间的增加而变好,t0之后随着采样时间的增加反演效果变差。     

解析法与数值法在水电站防渗墙效果评价中的运用

四川省大渡河上某水电站目前正处于施工阶段,大坝基坑防渗墙已基本完成施工,但基坑涌水量较大,为评价防渗墙的防渗效果,在两防渗墙间开展了2组抽水试验.根据研究区边界条件,利用综合井函数法初步求取了基坑砂砾层的水文地质参数,并在此基础上采用数值法(groundwater modeling system, GMS)建立水流模型,进行参数的识别、验证,研究表明综合井函数法得到的砂砾含水层渗透系数为19.13~32.24 m/d,GMS拟合得到的渗透系数为26.00 m/d.此外,数值模拟拟合得到的主、副防渗墙渗透系数较小(0.01~0.02 m/d),说明两防渗墙防渗效果较好.      

地下水流系统研究中的方法论探讨:以CUG-武汉地下水流系统研究为例

地球系统科学和地下水流系统理论的出现,标志着水文地质学进入新的发展时期.地下水流系统理论已成为水文地质学的新范式,其产生和发展,从方法论上为地下水问题的研究提供了新的启示.自20世纪80年代初以来,中国地质大学(武汉)地下水流系统组持续开展了地下水流系统理论与应用研究.试图从方法论的角度回顾与总结这些研究成果.地下水问题受多因素影响,研究应以"目标与问题导向相结合",靶向准确,才能在信息浩渺中不失方向,向着目标前行;研究时应采用"假设演绎法",先依据已有认识和资料演绎出应有的现象,再有目的 地观察和寻求证据,或修改假设继续求证,直到假设被证实或证伪;演绎寻证过程,可以采用"控制性实验""信息提取与组织""多学科方法与手段融合"等技术方法.实例分析证实,控制性模拟实验使我们得出了地下水流模式的新认识;采用多通道的信息提取、加工和组织,构建地下水流系统模式,能够有效解决各类工程中的应用问题;多学科与手段融合、各种信息相互验证,提高了结果的可信度.以实例研究为基础,从研究方法上的总结能为正确认识和理解地下水流系统理论、推进新理论和新思路在水文地质研究中的应用提供参考.     

地下水流系统理论与研究方法的发展

地下水流系统理论的提出,推动了现代水文地质学的发展。以Tóth经典地下水流系统理论建立方法为基础,综述了基于Tóth方法的地下水流系统的模拟成果,分析了Tóth方法得出的水流模式与控制因素的关系,以及地下水流系统理论从概念到实际应用的发展。同时,对中国地质大学(武汉)提出的地下水流系统通量上边界模拟方法也进行了系统论述,在物理模拟实验与数值模拟基础上,认为通量上边界分析方法是对Tóth方法的改进与完善,有利于对地下水流系统发育的物理机制理解;该方法能够更全面认识地下水流系统模式及其转化,定量出各影响因素对地下水流模式的控制关系。最后指出地下水流系统理论是当代水文地质学的核心概念框架,应该重视地下水流系统理论物理机制和数学模拟方法的研究,加强新技术方法的引入,拓宽其应用领域的研究等。     

水力层析法刻画非均质含水层K与S采样时间优化设计

水力层析法(hydraulic tomography,简称HT)是一种高精度刻画含水层非均质性的抽水试验新技术,通过在不同地点及深度进行多组抽水试验并收集含水层水位变化资料,进行地下水流数值反演,对水文地质参数的空间分布做详细的识别。由于观测水位数据随着时间变化与渗透系数K、储水系数S的相关性不断变化,因此运用不同时刻水位数据反演参数K与S精度不一样。基于水力层析理论,采用剖面二维承压含水层数值模型研究了时间采样对估计参数K与S精度的影响。研究结果表明,随着采样时间的增大,渗透系数K的估计逐渐变好,最后趋于一个稳定值;在K已知条件下,采样时间t₀(t₀定义为JACOB直线图解法中s-lgt曲线直线段的延长部分与lgt轴的交点所对应的时间)时刻之前,储水系数S的估计随着采样时间的增加而变好,t₀之后随着采样时间的增加反演效果变差。      

基于野外水力试验的玄武岩渗透性及尺度效应

在金沙江溪洛渡水电站坝区玄武岩中,进行了3种水力试验,探讨玄武岩渗透性及其尺度效应。平硐渗水试验的试验尺度为1～2 m,渗透系数为10-4～101 m/d,非常离散;地下水示踪试验的尺度为70～145 m,渗透系数为10-0.5～100.5 m/d,非常集中;压水试验的试验尺度为4～7 m,渗透系数值10-2～100 m/d。试验结果显示渗透系数随着试验尺度的增加而增大,笔者认为产生尺度效应的原因在于非均质性。小尺度试验常作用在局部基质段或单条裂隙上,而大尺度试验常穿越几条大裂隙,所获得的渗透系数值要大于前者。在进行裂隙岩体地下水渗流研究时,针对不同尺度的研究对象,应选择不同尺度的野外水力试验来求取渗透系数。