[发明专利]一种识别钻孔正薄壁效应并确定含水层水文地质参数的微水试验法

说明书

本发明公开了一种识别钻孔正薄壁效应并确定含水层水文地质参数的微水试验法，包括如下步骤：1)基于钻孔正薄壁效应影响下的环状双层有限厚度井孔试验模型，推导在钻孔内瞬时微小水位变化的条件下钻孔水位随时间变化的解析解，通过MATLAB编程得到正薄壁情况下标准曲线数据并绘制HD‑τ标准曲线；2)基于钻孔微水试验中水位恢复随时间变化的试验数据，匹配标准曲线以识别钻孔正薄壁及因子，同时，采用配线法确定钻孔试验段含水层渗透系数和贮水率。本发明操作简便、耗时短、精度高、真实可靠，可完成钻孔正薄壁效应及因子的识别，并可确定含水层渗透系数和贮水率等水文地质参数，且一次试验可以同时求得试验段含水层渗透系数和贮水率，获取的参数多。

技术领域

本发明涉及一种识别钻孔正薄壁效应并确定含水层水文地质参数的微水试验法，属于含水层水文地质参数测试的技术领域。

背景技术

随着国家经济的发展和人口的增长，对地下水的开发利用以及工程建设中对地下水系统的扰动越来越剧烈，由此引发的地面沉降、海水入侵、地下水污染等环境资源问题也越来越突出，所有这些问题都会涉及到含水层水文地质参数。

确定含水层水文地质参数的传统试验方法有抽水试验、注水试验等。传统试验在实际运用中各有明显的优缺点，抽水试验耗费人力物力多，试验复杂耗时长，注水试验数据记录较麻烦，而且结果往往不够准确。

微水试验是较为新颖的求取钻孔附近小范围内含水层水文地质参数的试验方法，它的原理是通过瞬间微小的增加/减少钻孔内的水量，从而引起钻孔内水位随时间上升/下降，研究其随时间变化规律，进而求取含水层的水文地质参数。微水试验有试验周期短(几小时甚至几十秒)、设备简单、耗费人力物力少、结果较为精确的特点。但是，由于钻孔成井时残余的泥浆、次生泥浆或破碎的细颗粒渗入钻孔周围含水层的孔隙，使钻孔附近含水层介质的透水能力下降，导致钻孔周围介质的渗透性小于含水层的渗透性，便会产生正薄壁效应，而且正薄壁效应对微水试验结果的影响更大，远远大于正薄壁效应对传统抽水试验等试验方法的影响。但是，目前还没有比较成熟的考虑正薄壁效应的微水试验理论模型，对于薄壁效应类型的定性识别研究的也很少，因此，本发明的提出，可以填补正薄壁效应影响下钻孔正薄壁效应的识别并确定含水层水文地质参数的空白，具有很强的应用价值。

发明内容

本发明提供一种识别钻孔正薄壁效应并确定含水层水文地质参数的微水试验法，基于正薄壁钻孔试验模型，推导在钻孔内瞬时微小水位变化的条件下钻孔水位随时间变化的解析解，通过实测数据与标准曲线匹配，确定钻孔试验段含水层渗透系数和贮水率，并为识别薄壁类型提供依据。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种识别钻孔正薄壁效应并确定含水层水文地质参数的微水试验法，包括如下步骤：

1)基于钻孔正薄壁效应影响下的环状双层有限厚度井孔试验模型，推导在钻孔内瞬时微小水位变化的条件下钻孔水位随时间变化的解析解，通过MATLAB编程得到正薄壁情况下标准曲线数据并绘制HD-τ标准曲线；

2)基于钻孔微水试验中水位恢复随时间变化的试验数据，匹配标准曲线以识别钻孔正薄壁及因子，同时，采用配线法确定钻孔试验段含水层渗透系数和贮水率。

步骤1)中，基于钻孔正薄壁效应影响下的环状双层有限厚度井孔试验模型的方程形式比较复杂，采用拉普拉斯变换的方法，对基于钻孔正薄壁效应影响下的环状双层有限厚度井孔试验模型进行求解，将试验模型的方程、定解条件通过无量纲因子和参变量转换为无量纲形式，并依次进行拉普拉斯变换，得：