一种基于振荡试验确定介质不同倾角裂隙渗透参数的方法与流程

1.本发明涉及一种确定裂隙渗透参数的方法，具体涉及一种基于振荡试验确定介质不同倾角裂隙渗透参数的方法。


背景技术：

2.裂隙岩体各向异性渗透参数(裂隙渗透系数、当量渗透系数、岩体渗透系数张量)是研究岩体地下水运动问题非常重要的参数。迄今为止，关于裂隙岩体各向异性渗透参数的确定方法，归纳起来可以分为四类：第一类是裂隙样本法，以单裂隙中地下水运动的立方定律为基础，考虑岩体中裂隙结构面的倾向、倾角、隙宽、隙间距等几何要素，计算岩体渗透系数张量；第二类是papadopulos、hantush、way、neuman、周志芳等相继提出的抽水实验方法，基于解析解原理，通过野外抽水实验资料确定岩体渗透系数张量；第三类是snow、rocha、louis、hsieh提出的压水试验的方法，包括现场三段压水试验方法、现场交叉孔压水试验方法等，该类方法试验成果较为客观、可信，确定的岩体渗透系数相对较准确，但往往受野外工作场地的限制，实际试验中耗资大；第四类是数值反演的方法，在给定初值和边界条件下通过已有实测地下水动态信息拟合而获得参数的一种方法，该方法要求地下水动态数据可靠、模型合理和反问题解唯一性好。所有的这些方法，要么对水文地质条件要求苛刻，费时费事，试验成本高，要么理论上不完善、精度差。
3.基于井流振动方程的振荡试验是通过瞬间井孔内微小水量的增加(或减少)而引起井孔水位随时间变化规律，来确定岩土体渗透参数的一种快速、简易方法，目前已有约60年的发展历史。由于振荡试验时间短、不需要抽水和附加的观测孔，因此，经济又简便，而且对地下水正常观测的影响也很小，同时，振荡试验几乎不会对地下水环境产生二次污染。但是，目前所有关于振荡试验的应用研究，主要都是针对孔隙介质含水层渗透性的测试，对于裂隙介质渗透性的测试原理和技术方法很少涉及；关于振荡试验的模型与理论推导也都是以水平层状含水层为物理模型构建的，没有考虑裂隙不同倾角情况下的井流振荡试验的理论研究。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于振荡试验确定介质不同倾角裂隙渗透参数的方法，不仅理论严谨，填补了关于振荡试验中裂隙介质渗透性测试技术的空白，而且方法简单，便捷高效，准确性好，具有很好的应用推广价值。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于振荡试验确定介质不同倾角裂隙渗透参数的方法，包括如下步骤：
6.s1：基于井-裂隙含水层系统，建立井中水流振动方程的数学模型；
7.s2：结合裂隙介质水动力学、振动方程和拉普拉斯(逆)变换求解该数学模型，推导出不同倾角裂隙情况下的振荡试验理论模型，得到确定不同倾角裂隙渗透参数的标准曲线；
8.s3：根据采集到的钻孔资料，开展振荡试验，基于标准曲线，采用配线法确定介质不同倾角裂隙渗透参数。
9.进一步地，所述步骤s2中振荡试验理论模型是基于假设条件建立的，假设条件具体为：
10.(1)假设井-裂隙含水层系统为圆柱模型，当裂隙厚度小于设定值时，假设裂隙含水层中的水位等势线垂直；
11.(2)根据水量平衡原理，由振荡试验引起的井内流量变化等于井壁周边裂隙含水层的径向流量，其中井壁周边裂隙含水层边界由椭圆近似为圆；
12.(3)考虑到水柱运动仍为在套管内的运动，因此，套管中水柱运动方程仍然采用水平层状含水层情况下的水柱运动方程；
13.(4)井中摩擦水头损失可忽略不计；
14.(5)井中平均水流速度在井孔横截面中大致相等；
15.(6)水流通过井中裂隙处时是均匀分布进入整个裂隙含水层厚度；
16.(7)水流从井中裂隙处的径向流改变为在井中的垂直流时的动量变化可忽略不计；
17.(8)不考虑井孔薄壁效应。
18.进一步地，所述步骤s1中考虑裂隙各向异性的特点，基于地下水连续性方程、质量守恒定律和动量守恒定律建立井-裂隙含水层系统中井孔微小水量瞬时变化条件下井中水流振动方程的数学模型，所述井中水流振动方程的数学模型的建立过程为：
19.建立坐标系，其中取裂隙含水层顶部井孔中心为柱坐标原点o，径向为r轴，垂直向上方向为z轴正坐标，在直角坐标系中，a和b点分别为椭圆裂隙面上两点，其中，取裂隙面上过原点o的最大倾斜线在水平面上的投影为x轴，即在水平面xoy内，ox为x轴正轴，oy为y轴正轴，o点垂直向上为z轴正轴方向；其中，为裂隙面倾角，θ为以ox为起始角的圆心角，a
′
为a在水平面xoy中投影点，c
′
为c在水平面xoy中投影点；
20.a点的直角坐标为(x,y,z)，a点的柱坐标为(r,θ,z)，那么，x＝rcosθ，y＝rsinθ，
21.根据地下水连续性方程：
[0022][0023]
对应的初始条件：当t＝0时，h＝h0；边界条件：当r
→
∞时，h
→
h0；
[0024]
因为，所以z与r，θ有关，那么，
[0025][0026][0027]
[0028][0029]
将式(2)、(3)、(4)和(5)代入公式(1)，整理后得：
[0030][0031]
根据水量平衡原理，振荡试验引起井内流量变化等于井壁周边裂隙含水层径向流量，其中井壁周边裂隙含水层边界由椭圆近似为圆，建立质量守恒方程为：
[0032][0033]
其中，为井壁周边裂隙含水层平均水力梯度；
[0034]
对应的初始条件：当t＝0时，w＝w0；
[0035]
根据动量守恒定律，因为考虑到水柱运动仍为在套管内运动，因此，套管中水柱运动方程仍然采用水平层状含水层情况下的水柱运动方程，如式(8)所示：
[0036][0037]
其中，初始条件：当t＝0时，w＝w0，hs＝l＝h0。
[0038]
进一步地，所述步骤s1中井中水流振动方程的数学模型中的参数经过无量纲化处理，具体的处理过程为：
[0039]
无量纲的水位变化量：
[0040][0041]
无量纲水位：
[0042][0043]
无量纲时间：
[0044][0045]
无量纲半径：
[0046]
无量纲贮水系数：
[0047]
无量纲惯性系数：
[0048]
无量纲纵坐标：
[0049]
其中，r为柱坐标原点的径向距离；h为含水层水头；μs为裂隙贮水率；k为裂隙渗透系数；b为裂隙宽度；l为套管中水柱高度；t为时间；h0为含水层的初始水头；w为井内水位变化量；hs为钻孔内套管与花管(试段位置)交界处的水头；rs为花管半径或试段位置井半径；rc为套管半径；
[0050]
对公式(6)进行无量纲化，整理后得：
[0051][0052]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，h
′
＝0；边界条件：r
′→
∞，h
′→
0；
[0053]
对式(7)采用无量纲化处理，处理后得：
[0054][0055]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，w
′
＝-1；
[0056]
对式(8)进行无量纲化处理，处理后得：
[0057][0058]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，w
′
＝-1，
[0059]
进一步地，所述步骤s2中利用拉普拉斯(逆)变换求解该数学模型，得到不同相对阻尼系数情况下无量纲水位变化w
′
和无量纲时间的关系，所述不同倾角裂隙渗透参数的标准曲线是根据该关系绘制而成。
[0060]
进一步地，所述步骤s2中不同倾角裂隙情况下的振荡试验理论模型的推导过程为：
[0061]
对式(19)关于t
′
作拉普拉斯变换：
[0062][0063]
因为，当t
′
＝0时，h
′
＝0；式(22)是一个关于z
′
的二阶常微分方程，则式(22)的解为：
[0064][0065]
或者写成：
[0066][0067]
由于当r
′→
∞时，所以：
[0068][0069]
或者写成：
[0070][0071]
那么对关于r
′
求导，得：
[0072][0073]
或者写成：
[0074][0075]
当x低于设定值时，e
x
≈1 x，因此，式(27)简化为：
[0076][0077]
那么，式(28)简化为，
[0078][0079]
对公式(20)关于t
′
作拉普拉斯变换：
[0080][0081]
当t
′
＝0时，w
′
＝-1，所以：
[0082]
[0083]
取θ＝0
°
和θ＝180
°
的两者水力梯度的平均值，则得：
[0084][0085]
将式(29)代入公式(33)，得：
[0086][0087]
将式(30)代入公式(33)，得：
[0088][0089]
将式(34)和式(35)进行比较后得：
[0090][0091]
所以，a b＝a
′
b
′ꢀꢀꢀ
(36)
[0092]
那么对式(21)关于t
′
作拉普拉斯变换，则式(21)变为：
[0093][0094]
因为，当t
′
＝0时，w
′
＝-1，
[0095]
这里取：
[0096][0097]
或者写成：
[0098][0099]
根据式(38)和式(39)比较得：
[0100]
(a
′
b
′
)＝(a b)≈2
ꢀꢀꢀ
(40)
[0101]
因为，足够小，并且介于(0,1)之间，所以：
[0102][0103]
其中，δ为小于2，但是接近2的一个数；
[0104]
将式(41)代入(37)，得：
[0105][0106]
将式(34)代入式(42)后，整理得：
[0107][0108]
令q(s)＝βs2 αs 1，即根据gille提到水位的变化是受变换函数的极点所控制的，而q(s)的零点与的极点相同，以及根据拉普拉斯逆变换原理，式(43)中要能拉普拉斯逆变换，则需要分母可分离，即要求出根，即
[0109]
q(s)＝βs2 αs 1＝0
ꢀꢀꢀ
(44)
[0110]
则方程式(44)的根为：取
[0111]
当时，pj＝γ iω为复数，即
[0112]
当时，即
[0113]
当时，pj＝γ
±
ω，
[0114][0115]
因为，|pj|与的距离很小，认为为其极限值，所以，综上所述三种情况下，都认为
[0116]
因为，当t
′
＝0时，所以，当ζ＜1时，式(43)整理后为：
[0117][0118]
则式(45)经过逆变换后得：
[0119][0120]
当β超过设定值时，式(46)近似为：
[0121][0122]
当ζ＝1时，式(43)整理后为：
[0123][0124]
则式(48)经过逆变换后得：
[0125][0126]
当β超过设定值时，式(49)近似为：
[0127][0128]
当ζ＞1时，式(43)整理后为：
[0129][0130]
则式(51)经过逆变换后得：
[0131][0132]
当β超过设定值时，式(52)近似为：
[0133][0134]
进一步地，所述步骤s3中介质不同倾角裂隙渗透参数包括单裂隙的渗透系数、当量渗透系数和渗透系数张量。
[0135]
进一步地，所述步骤s3中采用配线法确定不同倾角裂隙渗透参数的原理为：首先，需要获得钻孔中裂隙相关数据(裂隙产状、宽度等)；其次，利用不同倾角裂隙中单井振荡试
验理论方法确定单裂隙的渗透系数k
eij
；然后，根据裂隙介质水动力学理论计算同组结构面的当量渗透系数k
ei
；最后，基于岩体渗透系数张量理论得到各向异性介质渗透系数张量k。
[0136]
其具体的计算过程为：
[0137]
a1：依据采集得到的钻孔中水位变化w与时间t的对应观测资料，在与标准曲线相同模数的半对数纸上，时间取对数，绘制试验钻孔中水位变化w与时间t的实测曲线；
[0138]
a2：使实测曲线坐标原点与标准曲线坐标原点在半对数纸上处于同一高度，通过平移实测曲线时间坐标轴t来匹配实测曲线与标准曲线；记录拟合标准曲线的相对阻尼系数ζ、无量纲系数α值；任选一个匹配点，记录匹配点在标准曲线上的值和w
′
值，同时在实测曲线坐标上记录匹配点的时间值t和水位变化值w；
[0139]
a3：根据得到的钻孔中裂隙结构面产状：倾向βi、倾角以及裂隙的宽度b
ij
，计算裂隙贮水率：和单裂隙的渗透系数：
[0140]
a4：对于岩体中某组非等宽度和非等间距的裂隙，计算同组结构面的当量渗透系数k
ei
：
[0141][0142]
式中：k
eij
为第i组结构面第j条裂隙的渗透系数；m为第i组结构面裂隙的总条数；b
ij
为第i组结构面第j条裂隙的宽度；
[0143]
a5：当裂隙岩体发育有几组不同产状裂隙结构面时，若取直角坐标系的三个正轴ox1、oy2、oz3分别为正北、正东和铅直向上，计算裂隙岩体的渗透系数张量k：
[0144][0145]
式中：i为第i组裂隙结构面的编号；k
ei
为第i组裂隙结构面的当量渗透系数；n为岩体中裂隙结构面发育的总组数。
[0146]
有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：
[0147]
1、本发明方法考虑了裂隙岩体各向异性的特点，建立了不同倾角裂隙中井-裂隙含水层振动系统，解决了振荡试验在裂隙介质中应用的局限性，推广了振荡试验的应用范围。
[0148]
2、采用配线法确定参数，方法简单易掌握。
[0149]
3、振荡试验时间短、简单便捷，且该方法可求得裂隙的贮水率和渗透系数，当量渗透系数和渗透系数张量，获取的参数多。
[0150]
4、本发明方法中由于试验中钻孔水位的测量容易实现且误差小，提升了获取参数的精度，具有很好的应用推广价值。
附图说明
[0151]
图1为本发明方法的操作流程图；
[0152]
图2为倾斜裂隙面中的坐标系统示意图；
[0153]
图3为钻孔中开展振荡试验的示意图；
[0154]
图4为确定不同倾角裂隙渗透系数振荡试验标准曲线图；
[0155]
图5为构建的15度倾角裂隙模型的平面图；
[0156]
图6为构建的15度倾角裂隙模型的aa
′
剖面图；
[0157]
图7为构建的15度倾角裂隙模型的bb
′
剖面图；
[0158]
图8为布置有测压管和压力盒的裂隙面示意图；
[0159]
图9为土工布上铁丝网布置图；
[0160]
图10为15度倾角裂隙模型整体实物图；
[0161]
图11为15度倾角裂隙模型中30000-01抽水试验3#测压管配线图；
[0162]
图12为15度倾角裂隙模型中30001-01注水振荡试验拟合曲线图；
[0163]
图13为15度倾角裂隙模型中30002-01抽水振荡试验拟合曲线图；
[0164]
图14为15度倾角裂隙模型中30003-01提水振荡试验拟合曲线图；
[0165]
图15为15度倾角裂隙模型中30004-01气压振荡试验拟合曲线图。
具体实施方式
[0166]
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。
[0167]
本发明提供一种基于振荡试验确定介质不同倾角裂隙渗透参数的方法，参照图1，其包括如下步骤：
[0168]
s1：考虑裂隙各向异性的特点，基于地下水连续性方程、质量守恒定律和动量守恒定律建立井-裂隙含水层系统中井孔微小水量瞬时变化条件下井中水流振动方程的数学模型。
[0169]
本步骤中数学模型是基于如下假设条件情况下建立的，假设条件具体为：
[0170]
(1)假设井-裂隙含水层系统为圆柱模型，当裂隙厚度小于设定值时，假设裂隙含水层中的水位等势线垂直；
[0171]
(2)根据水量平衡原理，由振荡试验引起的井内流量变化等于井壁周边裂隙含水层的径向流量，其中井壁周边裂隙含水层边界由椭圆近似为圆；
[0172]
(3)考虑到水柱运动仍为在套管内的运动，因此，套管中水柱运动方程仍然采用水平层状含水层情况下的水柱运动方程；
[0173]
(4)井中摩擦水头损失可忽略不计；
[0174]
(5)井中平均水流速度在井孔横截面中大致相等；
[0175]
(6)水流通过井中裂隙处时是均匀分布进入整个裂隙含水层厚度；
[0176]
(7)水流从井中裂隙处的径向流改变为在井中的垂直流时的动量变化可忽略不计；
[0177]
(8)不考虑井孔薄壁效应。
[0178]
基于上述8个条件，数学模型的建立过程为：
[0179]
建立如图2所示的坐标系，其中取裂隙含水层顶部井孔中心为柱坐标原点o，径向为r轴，垂直向上方向为z轴正坐标，在直角坐标系中，a和b点分别为椭圆裂隙面上两点，其中，取裂隙面上过原点o的最大倾斜线在水平面上的投影为x轴，即在水平面xoy内，ox为x轴正轴，oy为y轴正轴，o点垂直向上为z轴正轴方向；其中，为裂隙面倾角，θ为以ox为起始角的圆心角，a
′
为a在水平面xoy中投影点，c
′
为c在水平面xoy中投影点；
[0180]
a点的直角坐标为(x,y,z)，a点的柱坐标为(r,θ,z)，那么，x＝rcosθ，y＝rsinθ，
[0181]
根据地下水连续性方程：
[0182][0183]
对应的初始条件：当t＝0时，h＝h0；边界条件：当r
→
∞时，h
→
h0；
[0184]
因为，所以z与r，θ有关，那么，
[0185][0186][0187][0188][0189]
将式(2)、(3)、(4)和(5)代入公式(1)，整理后得：
[0190][0191]
根据水量平衡原理，振荡试验引起井内流量变化等于井壁周边裂隙含水层径向流量，其中井壁周边裂隙含水层边界由椭圆近似为圆，建立质量守恒方程为：
[0192][0193]
其中，为井壁周边裂隙含水层平均水力梯度；
[0194]
对应的初始条件：当t＝0时，w＝w0；
[0195]
根据动量守恒定律，因为考虑到水柱运动仍为在套管内运动，因此，套管中水柱运动方程仍然采用水平层状含水层情况下的水柱运动方程，如式(8)所示：
[0196][0197]
其中，初始条件：当t＝0时，w＝w0，hs＝l＝h0。
[0198]
s2：对井中水流振动方程的数学模型中的参数进行无量纲化处理，具体的处理过程为：
[0199]
无量纲的水位变化量：
[0200][0201]
无量纲水位：
[0202][0203]
无量纲时间：
[0204][0205]
无量纲半径：
[0206]
无量纲贮水系数：
[0207]
无量纲惯性系数：
[0208]
无量纲纵坐标：
[0209]
其中，r为柱坐标原点的径向距离；h为含水层水头；μs为裂隙贮水率；k为裂隙渗透系数；b为裂隙宽度；l为套管中水柱高度；t为时间；h0为含水层的初始水头；w为井内水位变化量；hs为钻孔内套管与花管(试段位置)交界处的水头；rs为花管半径或试段位置井半径；rc为套管半径；
[0210]
对公式(6)进行无量纲化，整理后得：
[0211][0212]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，h
′
＝0；边界条件：r
′→
∞，h
′→
0；
[0213]
对式(7)采用无量纲化处理，处理后得：
[0214][0215]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，w
′
＝-1；
[0216]
对式(8)进行无量纲化处理，处理后得：
[0217][0218]
对应的初始条件：当t
′
＝0时，w
′
＝-1，
[0219]
s3：结合裂隙介质水动力学、振动方程和拉普拉斯(逆)变换求解该数学模型，推导出不同倾角裂隙情况下的振荡试验理论模型，得到确定不同倾角裂隙渗透参数的标准曲线：
[0220]
对式(19)关于t
′
作拉普拉斯变换：
[0221][0222]
因为，当t
′
＝0时，h
′
＝0；式(22)是一个关于z
′
的二阶常微分方程，则式(22)的解为：
[0223][0224]
或者写成：
[0225][0226]
由于当r
′→
∞时，所以：
[0227][0228]
或者写成：
[0229][0230]
那么对关于r
′
求导，得：
[0231][0232]
或者写成：
[0233][0234]
当x低于设定值时，e
x
≈1 x，因此，式(27)简化为：
[0235][0236]
那么，式(28)简化为，
[0237][0238]
对公式(20)关于t
′
作拉普拉斯变换：
[0239][0240]
当t
′
＝0时，w
′
＝-1，所以：
[0241][0242]
取θ＝0
°
和θ＝180
°
的两者水力梯度的平均值，则得：
[0243][0244]
将式(29)代入公式(33)，得：
[0245][0246]
将式(30)代入公式(33)，得：
[0247][0248]
将式(34)和式(35)进行比较后得：
[0249][0250]
所以，a b＝a
′
b
′ꢀꢀ
(36)
[0251]
那么对式(21)关于t
′
作拉普拉斯变换，则式(21)变为：
[0252][0253]
因为，当t
′
＝0时，w
′
＝-1，
[0254]
这里取：
[0255][0256]
或者写成：
[0257][0258]
根据式(38)和式(39)比较得：
[0259]
(a
′
b
′
)＝(a b)≈2
ꢀꢀꢀ
(40)
[0260]
因为，足够小，并且介于(0,1)之间，所以：
[0261][0262]
其中，δ为小于2，但是接近2的一个数；
[0263]
将式(41)代入(37)，得：
[0264][0265]
将式(34)代入式(42)后，整理得：
[0266][0267]
令q(s)＝βs2 αs 1，即根据gille提到水位的变化是受变换函数的极点所控制的，而q(s)的零点与的极点相同，以及根据拉普拉斯逆变换原理，式(43)中要能拉普拉斯逆变换，则需要分母可分离，即要求出根，即
[0268]
q(s)＝βs2 αs 1＝0
ꢀꢀꢀ
(44)
[0269]
则方程式(44)的根为：取
[0270]
当时，pj＝γ iω为复数，即
[0271]
当时，即
[0272]
当时，pj＝γ
±
ω，
[0273][0274]
因为，|pj|与的距离很小，认为为其极限值，所以，综上所述三种情况下，都认为
[0275]
因为，当t
′
＝0时，所以，当ζ＜1时，式(43)整理后为：
[0276][0277]
则式(45)经过逆变换后得：
[0278][0279]
当β超过设定值时，式(46)近似为：
[0280][0281]
当ζ＝1时，式(43)整理后为：
[0282][0283]
则式(48)经过逆变换后得：
[0284][0285]
当β超过设定值时，式(49)近似为：
[0286][0287]
当ζ＞1时，式(43)整理后为：
[0288][0289]
则式(51)经过逆变换后得：
[0290][0291]
当β超过设定值时，式(52)近似为：
[0292][0293]
根据式(47)、(50)和(53)绘制标准曲线，具体如图4所示。
[0294]
s4：参照图3，根据采集到的钻孔资料，开展振荡试验，基于标准曲线，采用配线法确定介质不同倾角裂隙的单裂隙的渗透系数k
eij
、当量渗透系数k
ei
和渗透系数张量k。
[0295]
采用配线法确定不同倾角裂隙渗透参数的原理为：首先，需要获得钻孔中裂隙相关数据(裂隙产状、宽度等)；其次，利用不同倾角裂隙中单井振荡试验理论方法确定单裂隙的渗透系数k
eij
；然后，根据裂隙介质水动力学理论计算同组结构面的当量渗透系数k
ei
；最后，基于岩体渗透系数张量理论得到各向异性介质渗透系数张量k。
[0296]
其具体的计算过程为：
[0297]
a1：依据采集得到的钻孔中水位变化w与时间t的对应观测资料，在与标准曲线相同模数的半对数纸上，时间取对数，绘制试验钻孔中水位变化w与时间t的实测曲线；
[0298]
a2：使实测曲线坐标原点与标准曲线坐标原点在半对数纸上处于同一高度，通过平移实测曲线时间坐标轴t来匹配实测曲线与标准曲线；记录拟合标准曲线的相对阻尼系数ζ、无量纲系数α值；任选一个匹配点，记录匹配点在标准曲线上的值和w
′
值，同时在实测曲线坐标上记录匹配点的时间值t和水位变化值w；
[0299]
a3：根据得到的钻孔中裂隙结构面产状：倾向βi、倾角以及裂隙的宽度b
ij
，计算裂隙贮水率：和单裂隙的渗透系数：
[0300]
a4：对于岩体中某组非等宽度和非等间距的裂隙，计算同组结构面的当量渗透系数k
ei
：
[0301][0302]
式中：k
eij
为第i组结构面第j条裂隙的渗透系数；m为第i组结构面裂隙的总条数；b
ij
为第i组结构面第j条裂隙的宽度；
[0303]
a5：当裂隙岩体发育有几组不同产状裂隙结构面时，若取直角坐标系的三个正轴ox1、oy2、oz3分别为正北、正东和铅直向上，计算裂隙岩体的渗透系数张量k：
[0304][0305]
式中：i为第i组裂隙结构面的编号；k
ei
为第i组裂隙结构面的当量渗透系数；n为岩体中裂隙结构面发育的总组数。
[0306]
为了验证本发明方法的实际效果，本实施例中将上述方案进行实例应用，具体如下：
[0307]
首先是构建井-裂隙含水层系统，本实施例以室内试验模型为例，构建了直径约为2米、倾角为15度的裂隙试验模型。构建的15度倾角裂隙模型的平面图如图5所示，aa
′
剖面如图6所示，bb
′
剖面如图7所示。然后在裂隙面中布置测压管和压力盒，裂隙面中间布置内直径为8cm的管井，为利用土工布的导水性来模拟裂隙的导水特性，在裂隙面上布置厚约5mm的土工布，然后在土工布上覆一层塑料纸，并在塑料纸上面固定一层铁丝网用来防止水泥滑动，然后在铁丝网上浇水泥。具体构建过程如图8和图9所示。15度倾角裂隙面实物图如图10所示，用罗盘测量其裂隙产状为221
°
∠15
°
。
[0308]
在构建的15度倾角裂隙模型条件下，分别开展抽水试验和振荡试验，其中振荡试验分别采用注水式、抽水式、提水式和气压式激发方式。将振荡试验所得数据与通过理论推导得到的不同倾角裂隙振荡试验标准曲线进行匹配并计算不同倾角裂隙渗透系数，并将计算结果与抽水试验得到的计算结果进行对比。其中，在15度倾角裂隙模型中开展了抽水流量分别为2.07
×
10-5
m3/s、1.10
×
10-5
m3/s、1.36
×
10-5
m3/s、1.93
×
10-5
m3/s、2.58
×
10-5
m3/s和2.76
×
10-5
m3/s的6组抽水试验；开展了14组注水振荡试验，7组抽水振荡试验，6组提水振荡试验，14组气压振荡试验。
[0309]
裂隙含水层抽水试验配线法的理论是根据隙含水层中三维井流的控制方程，类似于hantush(1966年)问题的解，得到裂隙含水层中三维井流抽水井中降深s的解为：
[0310][0311]
其中，其中，
l为抽水井孔进入含水层的深度；d为含水层中抽水井孔死管的长度；l-d为含水层中抽水井孔花管(过滤器)的长度。
[0312]
对于观测孔的降深s，类似于way(1982年)的处理办法，得到：
[0313][0314]
其中，其中，l
′
为观测孔进入含水层的深度；d
′
为含水层中观测孔死管的长度；(l
′‑d′
)为含水层中观测孔花管(过滤器)的长度。
[0315]
那么，对于无越流、完整井情况下，有l＝m，d＝0，b
→
∞，那么，则可简化为theis解：
[0316][0317]
那么，可以根据抽水试验通过配线法得到裂隙的渗透系数，具体步骤如下：
[0318]
(1)在双对数纸上作w(u)-1/u关系标准曲线；
[0319]
(2)根据非稳定流抽水试验资料，在相同模的透明双对数纸上作s-t实测曲线；
[0320]
(3)将实测曲线置于标准曲线上，在保持对应坐标轴彼此平行的条件下作相对位移，直至两曲线重合为止；
[0321]
(4)任取一匹配点，记下匹配点的对应坐标值：[w(u)]，[1/u]，[s]和[t]，则得：
[0322]
本实施例对15度倾角裂隙模型中室内试验的计算结果进行分析：
[0323]
(1)抽水试验计算参数
[0324]
在15度倾角裂隙模型中共进行了6组抽水试验，并分别根据3#、4#、5#、6#、9#和10#测压管的水位降深资料在双对数坐标中绘制s-t关系曲线，并与w(u)-1/u标准曲线进行配线拟合，并根据匹配点进行渗透系数的计算，其中，第一组抽水试验的3#观测孔的匹配图如图11所示。计算结果如表1所示。从表1中可以看出，同一个测压管位置6组抽水试验得到的结果基本一致。
[0325]
表1 15度倾角裂隙模型抽水试验计算渗透系数结果统计表(
×
10-3
m/s)
[0326][0327]
(2)振荡试验计算参数
[0328]
在15度倾角裂隙模型试验中，分别针对不同激发方式得到的振荡试验资料根据推导的不同倾角裂隙振荡试验理论方法进行裂隙渗透系数的计算。
[0329]
2.1：注水振荡试验拟合曲线
[0330]
根据在主孔中进行的单井注水振荡试验资料，绘制拟合曲线，其中第一组拟合曲线如图12所示，并将计算得到的渗透系数值统计于表2。
[0331]
表2 15度倾角裂隙模型注水振荡试验计算渗透系数结果统计表(
×
10-3
m/s)
[0332][0333]
2.2：抽水振荡试验拟合曲线
[0334]
根据在主孔中进行的单井抽水振荡试验资料，绘制拟合曲线，其中第一组拟合曲线如图13所示，并将计算得到的渗透系数值统计于表3。
[0335]
表3 15度倾角裂隙模型抽水振荡试验计算渗透系数结果统计表(
×
10-3
m/s)
[0336][0337]
2.3：提水振荡试验拟合曲线
[0338]
根据在主孔中进行的单井提水振荡试验资料，绘制拟合曲线，其中第一组拟合曲线如图14所示，并将计算得到的渗透系数值统计于表4。
[0339]
表4 15度倾角裂隙模型提水振荡试验计算渗透系数结果统计表(
×
10-3
m/s)
[0340][0341]
2.4：气压振荡试验拟合曲线
[0342]
根据在主孔中进行的单井气压振荡试验资料，绘制拟合曲线，其中第一组拟合曲线如图15所示，并将计算得到的渗透系数值统计于表5。
[0343]
表5 15度倾角裂隙模型气压振荡试验计算渗透系数结果统计表(
×
10-3
m/s)
[0344][0345]
综上数据可见，根据在15度裂隙模型中开展的四种不同激发方式得到的振荡试验资料，利用推导的不同倾角裂隙振荡试验理论方法计算得到的渗透系数值与抽水试验通过配线法计算得到的渗透系数值基本一致，说明振荡试验具有较好的稳定性，很好的验证了推导的不同倾角裂隙振荡试验理论方法在确定不同倾角裂隙渗透系数方面的准确性和适用性。