摘要
鉆孔壓水試驗(yàn)主要用于了解巖土體的滲水特性,在工程地質(zhì)勘察、水庫(kù)選址、判定水工建筑對(duì)水文地質(zhì)環(huán)境影響等方面的有著重要的作用。本文詳細(xì)介紹鉆孔壓水試驗(yàn)的原理及測(cè)試方法。
工程地質(zhì)勘察中,經(jīng)常需要了解巖土體的滲水特性。不僅要了解地下水面以下巖土體的滲透特性,而且對(duì)地下水面以上巖土體的滲透性往往也給予同樣的重視。前者一般采用抽水或壓水試驗(yàn)去解決,后者常采用滲水、注水或壓水等試驗(yàn)來完成。
如在水庫(kù)選址過程中,需要測(cè)試庫(kù)區(qū)周邊巖土體的滲水特性,為庫(kù)區(qū)選址提供參考依據(jù)。如果滲水性很強(qiáng),需要采用工程技術(shù)手段進(jìn)行止水。止水工程結(jié)束后,也要檢測(cè)止水工程的有效性。
水工建筑物修建以后,往往使環(huán)境水文地質(zhì)條件發(fā)生劇烈的變化,尤其是在高壓水頭作用下,不論位于地下水面以上或在其下的裂隙巖體,其滲透性能必然受到較大的影響,因此,只有采用原位模擬性的壓水試驗(yàn)才能獲得較滿意的結(jié)果。
目前,國(guó)外采用較多的原位巖土滲透性測(cè)試方法就是劉讓試驗(yàn)或者呂榮試驗(yàn),在中國(guó)通常稱之為鉆孔壓水試驗(yàn)。
呂榮試驗(yàn)方法是1933年法國(guó)工程師呂榮(M. Lugeon)首先提出的,目前已為大多數(shù)國(guó)家所采用。其主要特點(diǎn)是:
01鉆孔壓水試驗(yàn)基本原理
鉆孔壓水試驗(yàn)是測(cè)定裂隙巖體的單位吸水量,并以其換算求出滲透系數(shù),用以說明裂隙巖體的透水性和裂隙性及其隨深度的變化情況,為論證壩基和庫(kù)區(qū)巖體的完整性和透水程度,以及制定防滲措施和基礎(chǔ)處理方案等提供重要依據(jù)。
鉆孔壓水試驗(yàn)進(jìn)行
壓水試驗(yàn)是借助于專門的止水栓塞與孔壁密貼,把一定長(zhǎng)度的試驗(yàn)段隔離開來,然后通過水泵用一定水頭壓力的水壓入試驗(yàn)段內(nèi),使之從孔壁的裂隙向周圍的巖體內(nèi)滲透,經(jīng)過一段時(shí)間后,其滲透水量最終趨向于一個(gè)穩(wěn)定值Q,即可按下式計(jì)算單位吸水量(ω):
ω=Q/(s·L)
s:壓力水頭高度(m),L:試驗(yàn)段的長(zhǎng)度(m)
壓水試驗(yàn)中,用“劉讓”單位(Lugeon unit)來表示巖石的滲透性,該試驗(yàn)也是以5m為一試驗(yàn)段,以10個(gè)大氣壓的壓力值進(jìn)行不少于10分鐘的試驗(yàn)(只采用一個(gè)壓力階段)并按下式計(jì)算“劉讓”(Lu)值,1Lu=0.01ω。
Lu=p·Q/L
p:壓水試驗(yàn)時(shí)所采用的壓力(MN/m2),Q:流量(L/min),L:試驗(yàn)段的長(zhǎng)度(m)
高于30m的壩,其壩基巖體的透水性不應(yīng)超過一個(gè)“劉讓”單位,而低于30m的壩,則對(duì)壩基巖體透水性的要求可達(dá)3個(gè)“劉讓”單位。也可根據(jù)下式求滲透系數(shù)(k):
1“Lu”=10-5cm/s
02鉆孔壓水試驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)
鉆孔壓水試驗(yàn)設(shè)備主要由壓水系統(tǒng),量測(cè)系統(tǒng)和止水系統(tǒng)三部分組成。
在鉆孔中,目標(biāo)測(cè)試地層內(nèi)用封堵器進(jìn)行分隔(圖中黑色部分),然后向該分隔區(qū)段施加 10 巴(150 psi)的恒定壓力,通過測(cè)試該區(qū)段中水的體積變化來計(jì)算該地層的滲透率。水的體積變化可以從地面上的水位計(jì)中讀出。時(shí)間通過秒表計(jì)時(shí)。
鉆孔壓水試驗(yàn)的用途:
水箱的安裝
系統(tǒng)總瞰