压水试验在深钻孔中的应用
1.引言
钻孔压水试验的主要任务是测定岩体的透水性,为评价岩体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料。
现行行业标准《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003规定的水利水电钻孔压水试验方法中,流量数据观测采用流量表,压力数据观测采用压力表。流量表和压力表均布置在孔外,试验压力的得出需综合考虑试验条件并经过计算,才能得出其数值。而压水规范规定,采用三级压力五个阶段的压水试验,即三级全压力分别按0.3MPa、0.6MPa和1.0MPa控制。
而工程实际情况,严格按照规范规定来做往往不适用。某工程中钻孔压水试验条件为:
(1)钻孔深度大,具有几百米水头,属深孔压水;
(2)地下水位藏较深,试验段大部分为干深孔条件;
为此针对某工程实际情况,调整现场钻孔压水试验技术原则要求(未涉及的内容仍然按照规程SL31-2003要求执行)如下:
当岩体相对完整无大量漏水现象时:
(1)孔深100m之内,由于其试验条件基本符合《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003条件,基本可以按照吕荣压水试验方法实施,压力控制采用表压控制进行,分别按0.3 MPa、0.6 MPa和1.0 MPa,按全水头计算吕荣值。
(2)孔深在100~200m,水文地质试验条件已超出《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003规定压水试验方法应用条件,但实际试验段压力差值相对较小,此段可以模糊地认为比较贴近压水试验方法应用条件,现场实施时还以规范要求进行,即压力控制以表压测值调节试验过程。压力控制采用表压控制进行,分别为0.1MPa、0.3MPa和0.6MPa,计算时按全水头计算吕荣值。
(3)孔深大于200m,试验条件已严重超出《水利水电工程钻孔压水试验规程》SL31-2003规定压水试验方法应用条件,且孔内净水头已大于2MPa,因此建议采用单点简易法进行,即给定压水试验压力为固定值,然后在此条件下观察岩体吸水量。结合某工程中最大水头约为220m,按表压0.1Mpa实施压水试验,以全水头值计算吕荣值。
当岩体完整性差且有较大漏水现象时:
以现有供水设施满负荷向孔内供水,基本按常水头进行注水试验。
(1)当漏量较大,无法保证常水头进行注水试验时,只观测最终最大流量,估算单米渗透量。
(2)当现有供水设施满负荷向孔内供水,可以进行常水头注水试验时,近视认为上部岩体为非透水层,然后观测稳定水头下稳定流量,稳定标准参考《水利水电工程注水试验规程》SL345-2007中相应条款,并估算其渗透系数。
(3)在漏水量较大时,钻进要封孔,以尽可能按5m长度进行试验,在无法保证标准试段长度(5m)时,按实际进尺长度进行,但不应小于2m。
2.压水试验及结果
以某工程深350m的钻孔为例,进行说明。
钻孔开孔直径130mm,终孔直径91mm,钻孔所在区域为低山丘陵区,海拔590~932m,岩性为巨厚层灰岩及厚层生物灰岩。钻孔共进行了67段压水试验,其中0~100m是严格按照SL31-2003中规定的压水试验方法,200~350m采用本文所述方法。所得压水试验结果如表1。
通过统计分析200m以上压水试验,曲线类型A(层流)型、B(紊流)型、C(扩张)型、D(冲蚀)、型E(充填)型都有,但主要是A(层流)型,39段压水试验中有25段为A(层流)型,占64.1%。200m以下38段压水试验因采用单点简易法进行试验,未进行P-Q曲线类型分析。本钻孔未进行注水试验。
3.试验结果分析
根据试验结果,分析裂隙岩体透水率随深度的变化规律可知,透水率随深度的增加有明显的降低趋势,这主要是因为地应力是随着深度的增加而增大,导致了裂隙张开度的减小,透水率会随之降低。个别试验段随深度的增加透水率反而增大,这是由于工程区处于碳酸盐岩地区,透水率的增大于裂隙的溶蚀程度有关。0~200m段压水试验P-Q曲线类型A(层流)型占64.1%,说明在试验过程中裂隙状态没有发生变化。本钻孔压水试验很好的反映了工程区裂隙岩体的渗流状况。
4.结论
通过对本钻孔压水试验的分析,并与严格按照SL31-2003规定的钻孔压水试验方法所得出的结果比较,得出以下结论:
(1)采用本钻孔压水试验方法所得出的压水试验Lu值能真实反映岩体透水性的变化规律。
(2)采用本钻孔压水试验方法能真实的测出工程区岩体的透水率,为工程设计、施工提供可靠数据。
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