[发明专利]岩土介质中水分湿润锋的识别方法及其验证系统

说明书

本发明提供一种岩土介质中水分湿润锋的识别方法及其验证系统，该识别方法包括以下步骤：计算以下公式：其中，T为温度，k为非饱和渗透系数，h_c为最大毛细上升高度，h_m为含水岩土中微控制体处的基质吸力水头，xyz为坐标；利用红外热像仪获取含水岩土的红外辐射热像图，所述红外辐射热像图中满足的位置即为湿润锋所在位置。本发明推导了含水岩石的红外辐射温度与含水量的定量描述方程，然后基于该方程推导出水分湿润锋的识别公式，简单而且可以广泛应用。

技术领域

本发明涉及红外辐射特征应用、岩土介质研究技术领域，特别涉及一种岩土介质中水分湿润锋的识别方法。

背景技术

在油气开采领域，油气驱替是提高采收率的有效方法之一，监测驱替锋面在判断气体在油藏中的流动方向、渗流速度、油藏连通性等方面有重要作用，并对油田注气动态监测有重要指导作用；在煤矿瓦斯治理方面，高压空气驱替煤层瓦斯是消除煤与瓦斯突出事故的有效措施之一，其中驱替锋面是高压气体的驱替前缘，研究驱替锋面的运动特征能得到煤层的裂隙发育情况、渗透率以及高压气体在煤层中的流动速率方向等。

在古建筑保护领域，由于水分迁移造成了古建筑渗漏水、泛碱、脱落等病害问题，其中水分浸蚀空间范围，即水分湿润锋所在位置，是评估古建筑水害问题首先需要面临的问题。

在土遗址和岩质文物保护领域，水分及其状态的变化是造成石窟、壁画、遗址病害的直接原因，严重影响文物的外观及寿命。

在盾构隧道养护领域，水害分为渗漏水、衬砌周围积水、潜流冲刷以及涌水四类，水害评估的首要问题为水害侵蚀范围的识别，即湿润锋的识别。另外，堤坝渗漏一直是汛期堤坝最主要的危害之一，在实施抗渗措施之前，应对堤坝中渗漏通道的位置、流量大小、渗漏范围等有比较准确的探测，并监测堤坝渗漏的发展，同样面临着湿润锋空间分布位置的识别。

在农田水利土壤学领域，业界针对诸如自重湿陷性黄土、风沙土、砂壤土等特殊场地条件下的湿润锋推进规律及运动特征等均有一定的研究。

综上所述，有效的识别水分运移湿润锋能为研究岩土介质中水分运移规律提供坚实的基础，同时，水分运移具有非常强的时间依赖性，准确的识别湿润锋，可以为进一步评估水害损坏程度、水害治理等提供重要的基础。可见，采用无损、实时的测试方法进行监测，同时识别水分运移湿润锋及其空间位置，是个关键问题。

但是，目前尚无岩土介质中的水分湿润锋的识别方法，研究湿润锋大多采用经验-半经验公式等方法，其存在以下缺点：

一、因为研究对象及其所处环境的复杂多样，目前对湿润锋的研究多为定性研究且只针对具体问题，难有定量结论，不具有推广性。

二、已有的湿润锋的描述方法一般采用经验-半经验的公式形式，普适性差；

三、缺少针对隧道工程、岩土工程、古建筑及文物保护等相关领域的湿润锋问题研究。

鉴于上述问题，有必要开展识别岩土介质中的水分运移湿润锋的理论方法研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩土介质中水分湿润锋的识别方法，以解决现有技术存在的缺少普适性、推广性的描述岩土介质中水分运移湿润锋的理论方法的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述识别方法的验证系统，以确认上述识别方法的正确性。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种岩土介质中水分湿润锋的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算以下公式：