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水文地质勘察：压水试验规定

2023-09-18 理论教育版权反馈

【摘要】：钻孔压水试验应随钻孔的加深自上而下地用单栓塞分段隔离进行。一般为5m,试验段是编制渗透剖面图的基本单位。压水试验所求得的透水率是试段的平均值。如果试段过长,势必影响成果的精度,如试段过短,又会增加压水试验的次数和费用。试验钻孔的孔径对压水试验成果虽有影响,但一般说来这种影响很微小,可以忽略不计。因为如果钻孔相距过近,压水试验时易产生水流串通而影响试验成果的真实性[6]。

5.2.2.1 试验方法和试验段长度

(1)试验方法。钻孔压水试验应随钻孔的加深自上而下地用单栓塞分段隔离进行。岩石完整、孔壁稳定的孔段,或有必要单独进行试验的孔段,可使用双栓塞分段进行。

(2)试验段的长度。一般为5m,试验段是编制渗透剖面图的基本单位。压水试验所求得的透水率是试段的平均值。如果试段过长,势必影响成果的精度,如试段过短,又会增加压水试验的次数和费用。对于含水层破碎带、裂隙密集带、岩溶洞穴等的孔段,应根据具体情况确定试段长度[6]。

5.2.2.2 压力阶段与压力值

1.压力阶段与各阶段压力的取值

一般按三级压力、五个阶段进行。即P1→P2→P3→P4(=P2)→P5(=P1),其中P4=P2,P5=P1;P1＜P2＜P3;P1、P2、P3压力值宜分别为0.3MPa、0.6MPa和1.0MPa。

多个阶段试验的目的,是为了了解试段岩体流量随压力的变化关系。大量的试验资料表明,压水试验时压力—流量关系有时是非线性的,非线性的压力—流量关系出现的原因有两类[6]:

(1)流态。当水在岩体裂隙中的渗流速度超过某一值时,就出现非达西流(如紊流)。一个试段的岩体中含有多条开度各不相同的裂隙,非线性流实际上是这些裂隙不同流态的综合反映。

(2)裂隙状态。在试验压力作用下,作为渗流通道的裂隙状态会产生改变,包括裂隙开度增大(扩张)、水力劈裂、裂隙中的充填物移动、冲蚀、堵塞等。

多阶段循环试验,就是通过测定试段的压力—流量关系,分析其产生变化的原因,测定岩体的透水性,判断岩体在灌浆期间及运行期间在水(浆)压力下可能出现的状态改变。此外,多阶段试验还提供了资料相互校核的机会,提高了资料的可靠性。

当试验段浅埋(小于15m)时,如最大压力阶段采用1MPa进行试验,可能会导致岩体抬动,此时宜适当降低试验段压力[6]。

2.试验段压力的确定

当用安设在与试验段连通的测压管上的压力计测压时,试验段压力按下式计算[6]:

式中:P为试验段压力,MPa;Pp为压力计指示压力,MPa;Pz为压力计中心至压力计算零线的水柱压力,MPa。

当用安装在进水管的压力计测压时,试验段压力按下式计算[6]:

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图5-12　地下水位位于试验段以下

Pz—水柱压力(自压力表中心至压力计算零线的铅直距离);L—试验段长度

式中:Ps为管路压力损失,MPa;其余符号含义同式(5-13)。

3.水柱压力计算零线(0—0)和水柱压力Pz值

Pz值为自压力表中心至压力计算零线的铅直距离的水柱压力。在确定Pz值前必须先确定出压力计算零线。

压力计算零线(0—0)按以下三种情况分别来确定[5]:

(1)地下水位位于试验段以下时,以通过试验段1/2处的水平线作为压力计算零线,如图5-12所示。

(2)地下水位位于试验段之内时,以通过地下水位以上的试验段1/2处的水平线作为压力计算零线,如图5-13所示。

(3)地下水位位于试验段之上时,且试验段在该含水层中,以地下水位线作为压力计算零线,如图5-14所示。

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图5-13　地下水位位于试验段之内

Pz—水柱压力(自压力表中心至压力计算零线的铅直距离);L—试验段长度;l—位于地下水位以上试验段的长度

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图5-14　地下水位位于试验段之上

Pz—水柱压力(自压力表中心至压力计算零线的铅直距离);L—试验段长度

4.管路压力损失Ps的确定

当工作管内径一致,且内壁粗糙度变化不大时,管路压力损失可用下式求得[6]:

式中:λ为摩阻系数(λ=2×10-4～4×10-4 MPa/m);Lp为工作管长度,m;d为工作管内径,m;v为水在管内的流速,m/s;g为重力加速度,取9.8 m/s2。

当工作管的内径不一致时,管路的压力损失Ps应根据实测资料确定。

5.2.2.3 试验钻孔

(1)孔径。宜为59～91mm。试验钻孔的孔径对压水试验成果虽有影响,但一般说来这种影响很微小,可以忽略不计。但如果孔径特大或特小,其渗流的边界条件的差异就较大,因此,在将这类钻孔的压水试验成果与常规直径钻孔的压水试验成果作对比之前,应进行专门的试验论证[6]。

(2)钻进方法。应采用金刚石或合金钻进,不应使用泥浆等护壁材料,否则会使孔壁附上一层泥膜,堵塞裂隙。在碳酸盐岩地层钻进时,也应选用合适的冲洗液。试验钻孔的套管脚必须止水。

在同一地点布置两个以上钻孔(孔距在10m以内)时,应先完成将要做压水试验的钻孔。因为如果钻孔相距过近,压水试验时易产生水流串通而影响试验成果的真实性[6]。