巖體滲透張量的獲得主要有以下兩種方法:(1)現(xiàn)場專門壓水試驗(yàn)(Louis三段壓水試驗(yàn)，Hsich＆Neuman交叉孔壓水試驗(yàn))，雖然可較好地反映試驗(yàn)區(qū)段的地質(zhì)環(huán)境，但代表范圍有限而且試驗(yàn)費(fèi)用較高而難以在實(shí)際工程中大量使用。(2)根據(jù)裂隙幾何參數(shù)計(jì)算滲透張量，不僅在理論上是完備的，而且在實(shí)際應(yīng)用中按照一定的抽樣原則大量測量裂隙幾何參數(shù)，可得大量的巖體滲透張量數(shù)據(jù)，是本文討論的滲透張量的獲取方式［2］。遷安鐵礦區(qū)屬溫帶大陸性氣候，冬春兩季干旱少雨，蒸發(fā)量大于降水量，多年平均降水量648．48mm，雨季6～9月份四個(gè)月占全年降水總量的82．1%，多年平均蒸發(fā)量1629．4mm(1976～2010年)，常形成旱季。礦區(qū)位于燕山山脈南麓，屬于低山丘陵地貌。地勢總體西北高、東南低，自西北向東南傾斜，并由低山丘陵逐漸向沖洪積平原過渡，海拔70～446m，地形起伏較大。礦區(qū)廣泛出露的地層有太古界遷西群古老的變質(zhì)巖系，西部高山地帶的中元古界長城系地層，二者呈角度不整合接觸，北部及中部有侏羅系后城組礫巖分布，第四系位于平地(平原)及溝谷中。根據(jù)鉆孔資料和研究礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征以及風(fēng)化程度，垂向上有第四系和太古界遷西群三屯營組(Ars)，按滲透性分為覆蓋層，強(qiáng)風(fēng)化巖體，微風(fēng)化及新鮮巖體，其中第一層覆蓋層據(jù)鉆孔資料層厚1～24m，第二層強(qiáng)風(fēng)化巖體層厚11～25m，第二層以下的為微新巖體。礦區(qū)南部發(fā)育近東西展布的逆斷層F1，在上盤靠近下盤的地方出露斷層泉，流量為0．014L/s，即斷層為阻水?dāng)鄬印５V區(qū)巖體結(jié)構(gòu)分層剖面見圖1（圖略）。本次研究共計(jì)在礦區(qū)測量裂隙229條，裂隙較為密集，間距均較小，平均0．5～1mm。通過對裂隙參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，礦區(qū)主要發(fā)育6組裂隙(見圖2，圖略)。通過圖1的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場裂隙統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到控制滲流的巖體裂隙的參數(shù)(見表1，表略)。

礦區(qū)巖體各向異性滲透參數(shù)獲取

主滲透張量的方向只取決于裂隙組的產(chǎn)狀。據(jù)ЧЕРНЬIЁВ(1979)［5］研究認(rèn)為，風(fēng)化作用、開挖卸荷等表生作用并不能對裂隙網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生根本性的改變，而僅僅是有限范圍內(nèi)的改造，其中最明顯的是裂隙面的開度，對結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、間距和長度的影響不甚明顯。因此，對于某一工程地質(zhì)單元的滲透張量的主方向完全可以通過裂隙樣本法來確定，在此基礎(chǔ)上可充分利用抽水試驗(yàn)取得的綜合滲透系數(shù)數(shù)值，將兩者有效結(jié)合起來，為了利用抽水試驗(yàn)取得的平均滲透系數(shù)數(shù)值來修正裂隙樣本法取得的滲透張量，定義修正系數(shù)m為m=kmk0(3)根據(jù)(1)式和(3)式，得到反映原位地質(zhì)環(huán)境裂隙巖體的修正滲透張量Km為Km=mK0=mkx000mky000mkz(4)依據(jù)前面所述方法，對研究區(qū)進(jìn)行裂隙抽樣調(diào)查，共計(jì)調(diào)查裂隙229條，通過對優(yōu)勢裂隙進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即裂隙寬度，裂隙間距，傾角和傾向的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行滲透張量的計(jì)算，得到Kx=0．010m/d，Ky=0．012m/d，Kz=0．017m/d。根據(jù)(2)式，求得綜合滲透系數(shù)為K0=0．013m/d。對研究區(qū)進(jìn)行鉆孔抽水試驗(yàn)資料的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到綜合滲透系數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化巖體0．04m/d，微新巖體為0．033m/d。然后根據(jù)(3)式和(4)式進(jìn)行滲透張量的修正。修正結(jié)果見表2（表略）。

礦區(qū)地下水滲流模擬預(yù)測評價(jià)

將修正后的滲透主值應(yīng)用到VisualModflow中，進(jìn)行各地層的滲透系數(shù)賦值，根據(jù)地下開采空間結(jié)構(gòu)(見圖3)，建立各向異性的滲流模型。將采礦區(qū)基巖上覆蓋層視為均質(zhì)各向同性地層，滲透系數(shù)由雙環(huán)試坑注水試驗(yàn)得到。模型中各層滲透系數(shù)賦值見表3（表略）。根據(jù)開采方案，確立地下采礦工程的空間結(jié)構(gòu)，以非穩(wěn)定流進(jìn)行運(yùn)行，預(yù)測建設(shè)期和運(yùn)營期各時(shí)段的地下水降落漏斗。建設(shè)期分為三個(gè)時(shí)段，地下開采層位從淺至深，以建設(shè)期的第一階段和第三階段的地下水位降深等值線圖來表示降落漏斗影響范圍的變化趨勢，如下圖4和圖5（圖略）。建設(shè)期第一階段開挖到海拔－115m，第三階段開挖到海拔－340m。對比圖4和圖5可以看出，隨著建設(shè)向下發(fā)展，研究區(qū)周邊越來越多的地下水匯入開采巷道，地下水降落漏斗的影響范圍逐漸擴(kuò)大，并以近似橢圓形態(tài)出現(xiàn)。建設(shè)期第一階段，地下水位下降影響到了二郎廟村供水井，降幅為8m，影響面積為2．30×106m2;建設(shè)期第三階段，地下水降落漏斗導(dǎo)致劉莊子村供水井下降7m，影響面積為2．59×106m2。其中建設(shè)階段時(shí)間為4年，即降落漏斗擴(kuò)大速度為7．31×104m2/a。建設(shè)期完成，地下開礦進(jìn)入運(yùn)營期，地下水繼續(xù)流入生產(chǎn)巷道，降落漏斗的范圍將會進(jìn)一步發(fā)生變化，用運(yùn)營5a，10a，15a，20a的地下水降深等值線圖(圖6～9)來顯示研究區(qū)地下水降落漏斗的變化趨勢，可以預(yù)測生產(chǎn)對礦區(qū)周邊居民集中供水點(diǎn)影響程度，進(jìn)而對可能出現(xiàn)的諸如造成飲水問題的情況進(jìn)行預(yù)防，達(dá)到生產(chǎn)生活順利進(jìn)行的效果。以上各圖進(jìn)一步表明，運(yùn)營期間，地下水降落漏斗繼續(xù)擴(kuò)大:東至孟官營村，西到蔡園村和張家窯村，北至大楊莊村，南到新莊村，共影響11個(gè)敏感點(diǎn);影響面積從運(yùn)營5a的5．60×106m2擴(kuò)大到運(yùn)營20a的9．00×106m2，擴(kuò)大速度為1．70×105m2/a;影響幅度較大為二郎廟村，李莊子村和劉莊子村，地下水位降幅為30～75m。并且降落漏斗在x軸，y軸，z軸上不均勻擴(kuò)大，其影響范圍形狀繼續(xù)以橢圓形態(tài)出現(xiàn)。因此，地下水在巖體中滲流主要受控于巖體的裂隙，與巖體中裂隙發(fā)育形態(tài)和方向有關(guān)。礦區(qū)地下水滲流為在非均質(zhì)各向異性介質(zhì)中的非穩(wěn)定流。

結(jié)語

裂隙測量的滲透張量方法，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法全面對裂隙巖體做抽樣調(diào)查，測量裂隙系統(tǒng)的水力參數(shù)，能較快獲得大量計(jì)算滲透張量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲得不同位置空間各主滲透方向的滲透系數(shù)，構(gòu)成一個(gè)三維滲透系數(shù)張量場，準(zhǔn)確地刻畫裂隙巖體的滲透特性。而本文將裂隙抽樣方法得到的滲透張量與抽水試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行各主滲透方向的滲透系數(shù)的修正，得到反映原位地質(zhì)環(huán)境裂隙巖體的修正滲透張量，從而得到更與實(shí)際相符合的各向異性地下水滲流場。將修正了的滲透張量應(yīng)用于數(shù)值模型VisualModflow中，得到較與實(shí)際情況相符的各向異性的地下水滲流模型，能夠較準(zhǔn)確的描述地下采礦工程在生產(chǎn)過程中其周邊地下水滲流場的變化趨勢，進(jìn)而較準(zhǔn)確的預(yù)測出敏感點(diǎn)的地下水水位變化幅度，為工程預(yù)防和地下水環(huán)境的保護(hù)提供較為可靠的依據(jù)。

本文做：王清 張強(qiáng) 唐海平 謝懷前 單位：四川地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院