CN105572012A - 一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，包括以下步骤：步骤1：从现场工地取样并制备若干标准试件，设计充填裂隙渗流正交试验方案，进行研究试件的准备；步骤2：实施所述正交试验方案，以渗流系数大小为检测指标，进行正交试验数据处理，并找到对充填裂隙渗流影响显著的因素；步骤3：针对所得到的显著性因素，设计多因素多水平的全面试验，测量每次试验的渗流系数；步骤4：根据所述全面试验数据，回归出单个因素与渗流系数的关系、和多因素耦合作用与渗流系数的关系式。本发明公布的方法科学、严谨，能对影响充填贯通裂隙岩石渗流性能各因素做全面的研究，对地下工程渗流治理和渗流环境下的支护设计与实施具有指导意义。
Description
技术领域
本发明属于地下工程中安全技术领域，特别涉及一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法。
背景技术
裂隙岩体是我国水利、矿山、隧道、核废料储存等各种工程经常遇到的复杂介质，其渗透特性研究是当前岩体力学研究领域的热点之一。
国内外专家与学者虽然在贯通裂隙渗流方面、低渗透岩石渗流方面的研究中取得了一些进展，但大部分的研究都是建立在单个因素对裂隙岩体渗流特征进行试验的基础上，同时研究岩石低渗透、贯通裂隙、充填物方面，现有的文献很少出现，说明在此中情况下研究充填贯穿裂隙岩石的渗流规律尚还没有形成较成熟的理论。由于影响含充填物贯通裂隙岩体渗流规律的因素有很多，而且很多也互相耦合，导致利用控制变量法研究单因素对含充填物贯通裂隙岩体渗流的规律进行研究意义有限。目前急需寻找一种多因素共同作用下，对含充填物贯通裂隙岩体渗流规律进行研究和渗流性能进行检测的方法。
发明内容
鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，先利用正交试验方法设计实施贯穿充填裂隙岩体渗流试验，可以通过较少的实验次数在众多影响含充填贯穿裂隙岩体渗流规律的因素中，确定出显著性影响因素，然后只对显著性影响因素进行全面试验，得出影响含充填物贯通裂隙的低渗透岩体的渗流规律。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，包括以下步骤：
步骤1：从现场工地取样并制备若干标准试件，设计充填裂隙渗流正交试验方案，进行研究试件的准备；
步骤2：实施所述正交试验方案，以渗流系数大小为检测指标，进行正交试验数据处理，并找到对充填裂隙渗流影响显著的因素；
步骤3：针对所得到的显著性因素，设计多因素多水平的全面试验，测量每次试验的渗流系数；
步骤4：根据所述全面试验数据，回归出单个因素与渗流系数的关系式和多因素耦合作用与渗流系数的关系式；
步骤5：根据步骤4中得到的单个因素与渗流系数的关系式或多因素耦合作用与渗流系数的关系式对充填贯通裂隙岩石的渗透性能进行检测。
其中，步骤1中，所述原岩为待开展地下工程中的岩石，所述标准试件为国际岩石力学学会推荐的岩石试样尺寸。
步骤1中，所述设计充填裂隙渗流正交试验方案的过程为，确定影响充填渗流试验渗流系数的各因素，根据所述各因素的经验水平，确定所述各因素所采用的水平，并选择合适的正交表进行表头设计。
步骤1中，影响充填渗流试验渗流系数的所述各因素为切割倾角、充填材料的级配、充填材料厚度、围压大小、轴压大小、渗透水压大小中的几个或全部因素。
步骤1中，所述进行研究试件的准备，是按照所述正交试验方案，用不同角度岩体裂隙切割仪切出具有一定倾角的贯通裂隙，进行裂隙填充物充填，并安置于渗流试验***中。
步骤1中，所述裂隙填充物为现场工地的岩石裂隙中的一般填充物，并对所述一般填充物进行筛分和级配配比；所述渗流试验***为具有渗透装置的电液伺服岩石试验***。
步骤2中，所述正交试验数据的处理，是对试验数据进行极差和/或方差分析，找出对充填裂隙渗流影响显著的因素。
步骤3中，所述多因素多水平的全面试验，是指增加所述显著性因素的水平，将各所述显著性因素的各水平依次组合作为试验方案。
步骤4中，所述回归出单个因素与渗流系数的关系的过程为：利用最小二乘法的原理，根据单个因素与渗流系数的全面试验的实验数据，拟合出单个因素与渗流系数的关系式和关系曲线。
步骤4中，回归出所述多因素耦合作用与渗流系数的关系式的过程为：根据所述全面试验数据的规律和工程经验，构造带有待定系数的各因素和渗流系数的关系式，利用试验数据进行待定系数的回归。
本发明的有益效果是：
本发明对地下工程中影响贯穿充填岩体裂隙渗流规律的影响因素进行全面测试，具有广泛的代表性，能对充填岩体裂隙渗流规律实现有效的探索。
本发明先利用正交试验方法设计实施贯穿充填裂隙岩体渗流试验，可以通过较少的实验次数在众多影响贯穿充填岩体裂隙渗流规律的因素中，确定出显著性影响因素，然后只对显著性影响因素进行全面试验，不仅使得试验捉住主要因素，容易得出渗流的主要规律，而且通过去除次要因素，节约了试验时间和成本，降低试验的难度，此试验思路对该领域的其他试验研究，也具有思想上的指导意义。
本发明在处理全面试验得出的实验数据时，不仅分析单个因素对渗流系数的影响，而且通过构造多因素与渗流系数的公式，反映多因素耦合作用对贯穿充填岩体裂隙渗流的普遍意义规律，对地下工程的渗流控制和渗流环境下的支护具有现实的指导意义。
本发明公布的方法科学、严谨，能对影响充填贯通裂隙岩石渗流性能各因素做全面的研究，对地下工程渗流治理和渗流环境下的支护设计与实施具有指导意义。
附图说明
图1是本发明所用不同角度岩体裂隙切割仪示意图；
图2中(1)是含裂隙岩石试件1上断面示意图；
(2)是含裂隙岩石试件2上断面示意图；
(3)是含裂隙岩石试件3上断面示意图；
(4)是含裂隙岩石试件1裂隙面对应倾角示意图；
(5)是含裂隙岩石试件2裂隙面对应倾角示意图；
(6)是含裂隙岩石试件3裂隙面对应倾角示意图；
(7)是含裂隙岩石试件1下断面示意图；
(8)是含裂隙岩石试件2下断面示意图；
(9)是含裂隙岩石试件3下断面示意图。
其中，1、刀具，2、试件，3、三脚架，4、钢架，5、垫块，6、固定夹块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步的说明：
实施例1
本发明的充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法主要通过以下技术方案实现的：
步骤一：从地下工程中取待研究原岩岩样，制作50个以上标准试件备用，标准试件的尺寸为直径50mm、高度100mm圆柱，这些试样其中一部分作为先开展的充填贯通裂隙岩石渗流正交试验的试样，剩下的部分作为后开展的充填贯通裂隙岩石渗流全面试验的试样。
步骤二：设计充填裂隙渗流正交试验方案，以切割倾角A、充填材料厚度B、围压大小C、轴压大小D作为影响充填渗流试验渗流系数的各因素，根据各因素的经验水平，各影响因素各设置三个水平，因素水平表如下。
根据因素数和水平数选择L9(34)正交表，进行表头设计如下。
完成正交实验方案的制定，将标准试件用不同角度岩体裂隙切割仪切出一定倾角的贯通裂隙如附图2，进行裂隙填充物充填，并安置于渗流试验***中，其中渗流试验***是具有渗透装置电液伺服岩石试验***。
如图1所示，不同角度岩体裂隙切割仪由钢架4、固定夹块6、可调角度的三角架3、垫块5、刀具1等主要部分组成，其中刀具1位置固定，刀具1的半径大于标准试件2的高度，可调角度的三角架3可以通过改变三角架3的倾角来改变刀具1和标准试件2的相对位置，来切出标准试件2的不同倾角。
步骤三：实施正交试验，并测量每次试验的渗流系数，以渗流系数大小为检测指标进行正交试验数据方差分析，根据方差分析结果找到对充填裂隙渗流影响显著的因素为充填材料厚度和围岩大小。
步骤四：针对显著性因素设计多因素多水平的全面试验，其主要步骤是，以正交试验得出的显著性影响因素充填材料厚度和围压大小为研究因素，将其设置更多的水平，将各水平依次组合作为试验方案。
步骤五：然后按照试验方案制作试件，然后在渗流试验***中实施全面试验，测量每次试验的渗流系数；
步骤六：根据全面试验数据，根据最小二乘法的原理，回归出单个因素与渗流系数的关系Q＝αe-βh和Q＝γe-θf，其中Q为渗流系数，h为充填材料厚度，f为围压大小，α、β、γ、θ为系数。
步骤七：根据全面试验数据的规律，构造带有待定系数的各因素和渗流系数的关系式，利用试验数据进行待定系数的回归；
步骤八：根据步骤七中得到的关系式对充填贯通裂隙岩石的渗透性能进行检测。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：从现场工地取样并制备若干标准试件，设计充填裂隙渗流正交试验方案，进行研究试件的准备；
步骤2：实施所述正交试验方案，以渗流系数大小为检测指标，进行正交试验数据处理，并找到对充填裂隙渗流影响显著的因素；
步骤3：针对所得到的显著性因素，设计多因素多水平的全面试验，测量每次试验的渗流系数；
步骤4：根据步骤3中得到的全面试验数据，回归出单个因素与渗流系数的关系、和多因素耦合作用与渗流系数的关系式；
步骤5：根据步骤4中得到的单个因素与渗流系数的关系式或多因素耦合作用与渗流系数的关系式对充填贯通裂隙岩石的渗透性能进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤1中，所述标准试件为国际岩石力学学会推荐的岩石试样尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤1中，所述设计充填裂隙渗流正交试验方案的过程为，确定影响充填渗流试验渗流系数的各因素，根据所述各因素的经验水平，确定所述各因素所采用的水平，并选择合适的正交表进行表头设计。
4.根据权利要求3所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤1中，影响充填渗流试验渗流系数的各因素为切割倾角、充填材料的级配、充填材料厚度、围压大小、轴压大小、渗透水压大小中的几个或全部因素。
5.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤1中，所述进行研究试件的准备，是按照所述正交试验方案，用不同角度岩体裂隙切割仪切出具有一定倾角的贯通裂隙，进行裂隙填充物充填，并安置于渗流试验***中。
6.根据权利要求5所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤1中，所述裂隙填充物为现场工地的岩石裂隙中的一般填充物，并对所述一般填充物进行筛分和级配配比；所述渗流试验***为具有渗透装置的电液伺服岩石试验***。
7.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤2中，所述正交试验数据的处理，是对试验数据进行极差和/或方差分析，找出对充填裂隙渗流影响显著的因素。
8.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤3中，所述多因素多水平的全面试验，是指增加所述显著性因素的水平，将各显著性因素的各水平依次组合作为试验方案。
9.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤4中，所述回归出单个因素与渗流系数的关系的过程为：利用最小二乘法的原理，根据单个因素与渗流系数的全面试验的实验数据，拟合出单个因素与渗流系数的关系式和关系曲线。
10.根据权利要求1所述的一种充填贯通裂隙岩石渗流性能检测方法，其特征在于：步骤4中，回归出所述多因素耦合作用与渗流系数的关系式的过程为：根据所述全面试验数据的规律和工程经验构造带有待定系数的各因素和渗流系数的关系式，利用试验数据进行待定系数的回归。
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Effective date of registration: 20180214 Address after: 250061 Ji'nan Province, Lixia District, Shandong by Road No. ten, No. 17923 Applicant after: Shandong University Applicant after: Shandong Tian Qin mine mechanism company limited Address before: 250061 Ji'nan Province, Lixia District, Shandong by Road No. ten, No. 17923 Applicant before: Shandong University Applicant before: ZHONGJIAN SHANDONG INVESTMENT CO., LTD. Applicant before: Shandong Tian Qin mine mechanism company limited |
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| GR01 | Patent grant | ||
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