利用抽壓水確定水文地質(zhì)參數(shù)的野外試驗(yàn)研究

鄭小林

摘 要：為了提高工程的質(zhì)量，水文地質(zhì)問(wèn)題的勘察和研究在工程實(shí)際中顯得十分必要。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料以及常規(guī)壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。通過(guò)試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)勘察；抽水試驗(yàn)；壓水試驗(yàn)；滲透系數(shù)；滲透性特征

1 引言

實(shí)踐證明，在對(duì)工程勘察，設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中，水文地質(zhì)問(wèn)題始終是一個(gè)極為重要，且易于忽視的問(wèn)題。首先，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者之間互相聯(lián)系、相互作用，地下水既是巖土體的組成部分，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，地下水不僅影響巖土體工程特性，并且影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。其次，在實(shí)際的勘察工作中，勘探的成果較少直接涉及水文參數(shù)的利用，對(duì)于水文地質(zhì)問(wèn)題，在大多勘察中只是簡(jiǎn)單地對(duì)天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評(píng)價(jià)。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)，由于工程勘察中對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題研究不深入，設(shè)計(jì)中又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問(wèn)題，令勘察和設(shè)計(jì)處于難堪的境地。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。

2 試驗(yàn)方法及基本原理

2.1 抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)是指在選定的鉆孔中或豎井中，對(duì)選定含水層抽取地下水，形成人工降深場(chǎng)，利用涌水量與水位下降的歷時(shí)變化關(guān)系，測(cè)定含水層富水程度和水文地質(zhì)參數(shù)的試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)按孔數(shù)可分為單孔抽水試驗(yàn)、多孔抽水、群孔干擾抽水；按水位穩(wěn)定性分為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法；按抽水孔類(lèi)型分為完整井和非完整井。文中對(duì)試驗(yàn)鉆孔進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

現(xiàn)在人們?cè)谟?jì)算滲流參數(shù)、潛水井水位和流量時(shí)常用的穩(wěn)定流抽水公式是由法國(guó)水利學(xué)家裘布依于1863年提出的。裘布依為簡(jiǎn)化復(fù)雜的潛水流而作的裘布依假定至今仍是研究潛水流的一個(gè)有力的工具[4]。

裘布依根據(jù)普龍納的管渠水利學(xué)公式：

（1）

式中：i-渠底傾角的正弦。在管渠斷面不變時(shí)，該傾角應(yīng)與水面坡度相等；？字-水流的截面積；？棕-濕周；？自-流速；？琢、？茁-取決于界面糙度的系數(shù)。

裘布依將含水層假想為無(wú)數(shù)微細(xì)管渠的集合，其中任一管渠中的流速和水力坡度的關(guān)系均可用圖1表示，繼而又假定在一垂直截面（圖2中垂直于x軸的虛線）內(nèi)這些微細(xì)渠道均處于相同條件下，故在該截面內(nèi)任一孔隙，即任一微細(xì)渠道的水力坡度及流速均相同。由此得出式（1）中的i、？自，可以代表整個(gè)垂直截面上任一點(diǎn)水力坡度及流速。再則，在地下水流速很小的前提下，略去式（1）中的二次方項(xiàng)？茁？自2，即：

（2）

式（2）與達(dá)西定律相符合

裘布依認(rèn)為潛水層的底板是水平的，式（1）中的傾角可以用潛水面代替，而潛水面傾角的正弦就是水力坡度i。由于潛水面的傾角一般很小，認(rèn)為正弦也可以用正切來(lái)代替。則可改寫(xiě)成：-dy/dx=？濁？自

設(shè)流過(guò)單位寬度的垂直截面的流量為q，而？自=q/？著y，？著為含水層的孔隙率。又令？濁'=？濁/？著，則：

（3）

式（2）、（3）是裘布依公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)。

構(gòu)成這基礎(chǔ)的假定條件概拈起來(lái)就是：

（1）在垂直截面中不同深度各點(diǎn)的水力坡度均相等；（2）該水力坡度就等于該截面的動(dòng)水曲面的曲面坡度。

以上兩點(diǎn)就是一般通稱(chēng)的裘布衣假定。除此之外，裘布衣還假定含水層是一平底的圓柱側(cè)面上保持常水頭h0；一完整井恰位于圓柱的軸心；井水面與井壁的潛水面相重合，即不存在“滲出段”（圖2）。這樣，圖1中的直角座標(biāo)應(yīng)易以圓柱坐標(biāo)；而垂直于x軸的垂直截面也應(yīng)代之以垂直于r平面的圓柱截面。該截面積為2？仔rh，通過(guò)該截面積的流量為Q，它與q的關(guān)系為Q=2？仔rq，于是，式（3）可變?yōu)椋?（4）

式中，Q由R流至rw時(shí)，一直保持常量，即與r無(wú)關(guān)。將上式積分，以圖2所示的邊界條件代入，且將？濁'易以k，式（5）即為推得潛水穩(wěn)定流的裘布依公式：

（5）

2.2 常規(guī)壓水試驗(yàn)

鉆孔壓水試驗(yàn)室用止水栓賽，把一定長(zhǎng)度（一般為5m）的孔段隔離開(kāi)，然后施加一定的水頭，向進(jìn)行該試驗(yàn)的鉆孔壓水，水從鉆孔壁的巖體裂隙向四周滲透，最終滲透水量趨于一個(gè)穩(wěn)定值。其方法常是自上而下隨著鉆孔的鉆進(jìn)分段進(jìn)行。當(dāng)保持一定壓力水頭，滲透流量趨于穩(wěn)定后，根據(jù)壓力水頭、穩(wěn)定流量和試驗(yàn)段長(zhǎng)度，即可計(jì)算巖體單位吸水量（？棕）值：

？棕=Q/SL （6）

式中：Q為壓入水量，單位為L(zhǎng)/min；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，單位為m；S為試驗(yàn)壓力，以水柱高度計(jì)，單位為m；？棕為單位吸水量，單位為L(zhǎng)/（min·m·m），國(guó)外常用呂榮（Lu）表示，1Lu一般相當(dāng)于單位吸水量 ？棕為0.01L/（min·m·m）時(shí)的滲透量。

3 工程應(yīng)用

遼寧省某地質(zhì)勘察中，需要查明相關(guān)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)。勘察資料顯示勘察區(qū)內(nèi)的第四系孔隙潛水主要受大氣降水、基巖裂隙水及地表水體補(bǔ)給，徑流條件較好，富水性較好，主要以徑流、蒸發(fā)方式排泄，且勘察區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水流向總體上是向東排入渾江，河漫灘區(qū)地下水與渾江水是互相補(bǔ)給關(guān)系。

3.1 野外抽水試驗(yàn)

由于鉆孔內(nèi)水量較小，故采用提筒進(jìn)行簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)。流量用具為圓桶，試驗(yàn)類(lèi)型為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)工作包括洗孔、安裝抽水設(shè)備和測(cè)試器具、量測(cè)靜止水位、試驗(yàn)觀測(cè)、水溫觀測(cè)、恢復(fù)水位觀測(cè)等。

此次野外試驗(yàn)中對(duì)每個(gè)孔均進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，并進(jìn)行了三個(gè)降深，以孔ZK3為例，利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的抽水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)鉆孔巖芯資料，表層的強(qiáng)風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，利用鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果與已有區(qū)域資料，根據(jù)測(cè)得的強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化巖體滲透系數(shù)，可以判定該鉆孔區(qū)域內(nèi)的巖體屬于弱透水巖體。

3.2 野外壓水試驗(yàn)

本次野外試驗(yàn)采用單栓塞壓水試驗(yàn)設(shè)備隨鉆井進(jìn)行。壓水試驗(yàn)工作包括洗孔、下置栓塞隔離試段、水位測(cè)量、儀表安裝和壓力、流量觀測(cè)等步驟。其中供水設(shè)備采用BW-160型活塞往復(fù)泵，最大流量160L/min，壓力1.8Mpa。試驗(yàn)中洗孔采用抽水和壓水聯(lián)合洗孔法。以鉆孔ZK4為例，本次勘察進(jìn)行的壓水試驗(yàn)，采用了單栓塞進(jìn)行止水，共完成11個(gè)壓水試驗(yàn)段。試驗(yàn)段長(zhǎng)度為5～10m，按三級(jí)壓力、五個(gè)階段進(jìn)行。利用常規(guī)壓水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的壓水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

壓水試驗(yàn)的結(jié)果表明，ZK4孔的P-Q曲線類(lèi)型表現(xiàn)為層流型，因此可以認(rèn)為裂隙狀態(tài)在試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生變化。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，微風(fēng)化巖體透水率為0.00～6.19Lu，大部分屬微透水～極微透水，局部為弱透水，并且透水性隨深度的增加而逐漸降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章結(jié)合遼寧省某地質(zhì)勘察的野外試驗(yàn)，測(cè)定了該地區(qū)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)，首先在試驗(yàn)鉆孔內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定含水層的滲透系數(shù)，判斷了巖體的滲透特性。其次，在不易進(jìn)行抽水試驗(yàn)的鉆孔中進(jìn)行了常規(guī)壓水試驗(yàn)，得出該鉆孔區(qū)域內(nèi)巖體的滲透系數(shù)及滲透特性。通過(guò)野外試驗(yàn)的成果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]李芳梨，陳培聰.水文地質(zhì)工作的重要性分析[J].工程技術(shù)，2008.

[2]周志芳，湯瑞涼.基于抽水試驗(yàn)資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

[3]于傳寧，宗先國(guó).利用抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)[J].地下水，2006.

[4]王錦國(guó)，周志芳.基于壓水試驗(yàn)資料的巖體透水性分形特征研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).

摘 要：為了提高工程的質(zhì)量，水文地質(zhì)問(wèn)題的勘察和研究在工程實(shí)際中顯得十分必要。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料以及常規(guī)壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。通過(guò)試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)勘察；抽水試驗(yàn)；壓水試驗(yàn)；滲透系數(shù)；滲透性特征

1 引言

實(shí)踐證明，在對(duì)工程勘察，設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中，水文地質(zhì)問(wèn)題始終是一個(gè)極為重要，且易于忽視的問(wèn)題。首先，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者之間互相聯(lián)系、相互作用，地下水既是巖土體的組成部分，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，地下水不僅影響巖土體工程特性，并且影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。其次，在實(shí)際的勘察工作中，勘探的成果較少直接涉及水文參數(shù)的利用，對(duì)于水文地質(zhì)問(wèn)題，在大多勘察中只是簡(jiǎn)單地對(duì)天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評(píng)價(jià)。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)，由于工程勘察中對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題研究不深入，設(shè)計(jì)中又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問(wèn)題，令勘察和設(shè)計(jì)處于難堪的境地。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。

2 試驗(yàn)方法及基本原理

2.1 抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)是指在選定的鉆孔中或豎井中，對(duì)選定含水層抽取地下水，形成人工降深場(chǎng)，利用涌水量與水位下降的歷時(shí)變化關(guān)系，測(cè)定含水層富水程度和水文地質(zhì)參數(shù)的試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)按孔數(shù)可分為單孔抽水試驗(yàn)、多孔抽水、群孔干擾抽水；按水位穩(wěn)定性分為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法；按抽水孔類(lèi)型分為完整井和非完整井。文中對(duì)試驗(yàn)鉆孔進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

現(xiàn)在人們?cè)谟?jì)算滲流參數(shù)、潛水井水位和流量時(shí)常用的穩(wěn)定流抽水公式是由法國(guó)水利學(xué)家裘布依于1863年提出的。裘布依為簡(jiǎn)化復(fù)雜的潛水流而作的裘布依假定至今仍是研究潛水流的一個(gè)有力的工具[4]。

裘布依根據(jù)普龍納的管渠水利學(xué)公式：

（1）

式中：i-渠底傾角的正弦。在管渠斷面不變時(shí)，該傾角應(yīng)與水面坡度相等；？字-水流的截面積；？棕-濕周；？自-流速；？琢、？茁-取決于界面糙度的系數(shù)。

裘布依將含水層假想為無(wú)數(shù)微細(xì)管渠的集合，其中任一管渠中的流速和水力坡度的關(guān)系均可用圖1表示，繼而又假定在一垂直截面（圖2中垂直于x軸的虛線）內(nèi)這些微細(xì)渠道均處于相同條件下，故在該截面內(nèi)任一孔隙，即任一微細(xì)渠道的水力坡度及流速均相同。由此得出式（1）中的i、？自，可以代表整個(gè)垂直截面上任一點(diǎn)水力坡度及流速。再則，在地下水流速很小的前提下，略去式（1）中的二次方項(xiàng)？茁？自2，即：

（2）

式（2）與達(dá)西定律相符合

裘布依認(rèn)為潛水層的底板是水平的，式（1）中的傾角可以用潛水面代替，而潛水面傾角的正弦就是水力坡度i。由于潛水面的傾角一般很小，認(rèn)為正弦也可以用正切來(lái)代替。則可改寫(xiě)成：-dy/dx=？濁？自

設(shè)流過(guò)單位寬度的垂直截面的流量為q，而？自=q/？著y，？著為含水層的孔隙率。又令？濁'=？濁/？著，則：

（3）

式（2）、（3）是裘布依公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)。

構(gòu)成這基礎(chǔ)的假定條件概拈起來(lái)就是：

（1）在垂直截面中不同深度各點(diǎn)的水力坡度均相等；（2）該水力坡度就等于該截面的動(dòng)水曲面的曲面坡度。

以上兩點(diǎn)就是一般通稱(chēng)的裘布衣假定。除此之外，裘布衣還假定含水層是一平底的圓柱側(cè)面上保持常水頭h0；一完整井恰位于圓柱的軸心；井水面與井壁的潛水面相重合，即不存在“滲出段”（圖2）。這樣，圖1中的直角座標(biāo)應(yīng)易以圓柱坐標(biāo)；而垂直于x軸的垂直截面也應(yīng)代之以垂直于r平面的圓柱截面。該截面積為2？仔rh，通過(guò)該截面積的流量為Q，它與q的關(guān)系為Q=2？仔rq，于是，式（3）可變?yōu)椋?（4）

式中，Q由R流至rw時(shí)，一直保持常量，即與r無(wú)關(guān)。將上式積分，以圖2所示的邊界條件代入，且將？濁'易以k，式（5）即為推得潛水穩(wěn)定流的裘布依公式：

（5）

2.2 常規(guī)壓水試驗(yàn)

鉆孔壓水試驗(yàn)室用止水栓賽，把一定長(zhǎng)度（一般為5m）的孔段隔離開(kāi)，然后施加一定的水頭，向進(jìn)行該試驗(yàn)的鉆孔壓水，水從鉆孔壁的巖體裂隙向四周滲透，最終滲透水量趨于一個(gè)穩(wěn)定值。其方法常是自上而下隨著鉆孔的鉆進(jìn)分段進(jìn)行。當(dāng)保持一定壓力水頭，滲透流量趨于穩(wěn)定后，根據(jù)壓力水頭、穩(wěn)定流量和試驗(yàn)段長(zhǎng)度，即可計(jì)算巖體單位吸水量（？棕）值：

？棕=Q/SL （6）

式中：Q為壓入水量，單位為L(zhǎng)/min；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，單位為m；S為試驗(yàn)壓力，以水柱高度計(jì)，單位為m；？棕為單位吸水量，單位為L(zhǎng)/（min·m·m），國(guó)外常用呂榮（Lu）表示，1Lu一般相當(dāng)于單位吸水量 ？棕為0.01L/（min·m·m）時(shí)的滲透量。

3 工程應(yīng)用

遼寧省某地質(zhì)勘察中，需要查明相關(guān)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)。勘察資料顯示勘察區(qū)內(nèi)的第四系孔隙潛水主要受大氣降水、基巖裂隙水及地表水體補(bǔ)給，徑流條件較好，富水性較好，主要以徑流、蒸發(fā)方式排泄，且勘察區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水流向總體上是向東排入渾江，河漫灘區(qū)地下水與渾江水是互相補(bǔ)給關(guān)系。

3.1 野外抽水試驗(yàn)

由于鉆孔內(nèi)水量較小，故采用提筒進(jìn)行簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)。流量用具為圓桶，試驗(yàn)類(lèi)型為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)工作包括洗孔、安裝抽水設(shè)備和測(cè)試器具、量測(cè)靜止水位、試驗(yàn)觀測(cè)、水溫觀測(cè)、恢復(fù)水位觀測(cè)等。

此次野外試驗(yàn)中對(duì)每個(gè)孔均進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，并進(jìn)行了三個(gè)降深，以孔ZK3為例，利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的抽水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)鉆孔巖芯資料，表層的強(qiáng)風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，利用鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果與已有區(qū)域資料，根據(jù)測(cè)得的強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化巖體滲透系數(shù)，可以判定該鉆孔區(qū)域內(nèi)的巖體屬于弱透水巖體。

3.2 野外壓水試驗(yàn)

本次野外試驗(yàn)采用單栓塞壓水試驗(yàn)設(shè)備隨鉆井進(jìn)行。壓水試驗(yàn)工作包括洗孔、下置栓塞隔離試段、水位測(cè)量、儀表安裝和壓力、流量觀測(cè)等步驟。其中供水設(shè)備采用BW-160型活塞往復(fù)泵，最大流量160L/min，壓力1.8Mpa。試驗(yàn)中洗孔采用抽水和壓水聯(lián)合洗孔法。以鉆孔ZK4為例，本次勘察進(jìn)行的壓水試驗(yàn)，采用了單栓塞進(jìn)行止水，共完成11個(gè)壓水試驗(yàn)段。試驗(yàn)段長(zhǎng)度為5～10m，按三級(jí)壓力、五個(gè)階段進(jìn)行。利用常規(guī)壓水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的壓水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

壓水試驗(yàn)的結(jié)果表明，ZK4孔的P-Q曲線類(lèi)型表現(xiàn)為層流型，因此可以認(rèn)為裂隙狀態(tài)在試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生變化。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，微風(fēng)化巖體透水率為0.00～6.19Lu，大部分屬微透水～極微透水，局部為弱透水，并且透水性隨深度的增加而逐漸降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章結(jié)合遼寧省某地質(zhì)勘察的野外試驗(yàn)，測(cè)定了該地區(qū)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)，首先在試驗(yàn)鉆孔內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定含水層的滲透系數(shù)，判斷了巖體的滲透特性。其次，在不易進(jìn)行抽水試驗(yàn)的鉆孔中進(jìn)行了常規(guī)壓水試驗(yàn)，得出該鉆孔區(qū)域內(nèi)巖體的滲透系數(shù)及滲透特性。通過(guò)野外試驗(yàn)的成果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]李芳梨，陳培聰.水文地質(zhì)工作的重要性分析[J].工程技術(shù)，2008.

[2]周志芳，湯瑞涼.基于抽水試驗(yàn)資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

[3]于傳寧，宗先國(guó).利用抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)[J].地下水，2006.

[4]王錦國(guó)，周志芳.基于壓水試驗(yàn)資料的巖體透水性分形特征研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).

摘 要：為了提高工程的質(zhì)量，水文地質(zhì)問(wèn)題的勘察和研究在工程實(shí)際中顯得十分必要。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料以及常規(guī)壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。通過(guò)試驗(yàn)的結(jié)果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)勘察；抽水試驗(yàn)；壓水試驗(yàn)；滲透系數(shù)；滲透性特征

1 引言

實(shí)踐證明，在對(duì)工程勘察，設(shè)計(jì)和施工的過(guò)程中，水文地質(zhì)問(wèn)題始終是一個(gè)極為重要，且易于忽視的問(wèn)題。首先，水文地質(zhì)和工程地質(zhì)二者之間互相聯(lián)系、相互作用，地下水既是巖土體的組成部分，又是基礎(chǔ)工程的環(huán)境，地下水不僅影響巖土體工程特性，并且影響建筑物的穩(wěn)定性和耐久性。其次，在實(shí)際的勘察工作中，勘探的成果較少直接涉及水文參數(shù)的利用，對(duì)于水文地質(zhì)問(wèn)題，在大多勘察中只是簡(jiǎn)單地對(duì)天然狀態(tài)下的水文地質(zhì)條件作一般性評(píng)價(jià)。在一些水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的地區(qū)，由于工程勘察中對(duì)水文地質(zhì)問(wèn)題研究不深入，設(shè)計(jì)中又忽視了水文地質(zhì)問(wèn)題，經(jīng)常發(fā)生由地下水引發(fā)的各種巖土工程危害問(wèn)題，令勘察和設(shè)計(jì)處于難堪的境地。文章利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和常規(guī)壓水試驗(yàn)對(duì)遼寧省某地區(qū)進(jìn)行了水文地質(zhì)勘察，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽壓水試驗(yàn)資料確定了該地區(qū)含水層的滲透系數(shù)，判定了該地區(qū)巖體的滲透特性。

2 試驗(yàn)方法及基本原理

2.1 抽水試驗(yàn)

抽水試驗(yàn)是指在選定的鉆孔中或豎井中，對(duì)選定含水層抽取地下水，形成人工降深場(chǎng)，利用涌水量與水位下降的歷時(shí)變化關(guān)系，測(cè)定含水層富水程度和水文地質(zhì)參數(shù)的試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)按孔數(shù)可分為單孔抽水試驗(yàn)、多孔抽水、群孔干擾抽水；按水位穩(wěn)定性分為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法；按抽水孔類(lèi)型分為完整井和非完整井。文中對(duì)試驗(yàn)鉆孔進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。

現(xiàn)在人們?cè)谟?jì)算滲流參數(shù)、潛水井水位和流量時(shí)常用的穩(wěn)定流抽水公式是由法國(guó)水利學(xué)家裘布依于1863年提出的。裘布依為簡(jiǎn)化復(fù)雜的潛水流而作的裘布依假定至今仍是研究潛水流的一個(gè)有力的工具[4]。

裘布依根據(jù)普龍納的管渠水利學(xué)公式：

（1）

式中：i-渠底傾角的正弦。在管渠斷面不變時(shí)，該傾角應(yīng)與水面坡度相等；？字-水流的截面積；？棕-濕周；？自-流速；？琢、？茁-取決于界面糙度的系數(shù)。

裘布依將含水層假想為無(wú)數(shù)微細(xì)管渠的集合，其中任一管渠中的流速和水力坡度的關(guān)系均可用圖1表示，繼而又假定在一垂直截面（圖2中垂直于x軸的虛線）內(nèi)這些微細(xì)渠道均處于相同條件下，故在該截面內(nèi)任一孔隙，即任一微細(xì)渠道的水力坡度及流速均相同。由此得出式（1）中的i、？自，可以代表整個(gè)垂直截面上任一點(diǎn)水力坡度及流速。再則，在地下水流速很小的前提下，略去式（1）中的二次方項(xiàng)？茁？自2，即：

（2）

式（2）與達(dá)西定律相符合

裘布依認(rèn)為潛水層的底板是水平的，式（1）中的傾角可以用潛水面代替，而潛水面傾角的正弦就是水力坡度i。由于潛水面的傾角一般很小，認(rèn)為正弦也可以用正切來(lái)代替。則可改寫(xiě)成：-dy/dx=？濁？自

設(shè)流過(guò)單位寬度的垂直截面的流量為q，而？自=q/？著y，？著為含水層的孔隙率。又令？濁'=？濁/？著，則：

（3）

式（2）、（3）是裘布依公式推導(dǎo)的基礎(chǔ)。

構(gòu)成這基礎(chǔ)的假定條件概拈起來(lái)就是：

（1）在垂直截面中不同深度各點(diǎn)的水力坡度均相等；（2）該水力坡度就等于該截面的動(dòng)水曲面的曲面坡度。

以上兩點(diǎn)就是一般通稱(chēng)的裘布衣假定。除此之外，裘布衣還假定含水層是一平底的圓柱側(cè)面上保持常水頭h0；一完整井恰位于圓柱的軸心；井水面與井壁的潛水面相重合，即不存在“滲出段”（圖2）。這樣，圖1中的直角座標(biāo)應(yīng)易以圓柱坐標(biāo)；而垂直于x軸的垂直截面也應(yīng)代之以垂直于r平面的圓柱截面。該截面積為2？仔rh，通過(guò)該截面積的流量為Q，它與q的關(guān)系為Q=2？仔rq，于是，式（3）可變?yōu)椋?（4）

式中，Q由R流至rw時(shí)，一直保持常量，即與r無(wú)關(guān)。將上式積分，以圖2所示的邊界條件代入，且將？濁'易以k，式（5）即為推得潛水穩(wěn)定流的裘布依公式：

（5）

2.2 常規(guī)壓水試驗(yàn)

鉆孔壓水試驗(yàn)室用止水栓賽，把一定長(zhǎng)度（一般為5m）的孔段隔離開(kāi)，然后施加一定的水頭，向進(jìn)行該試驗(yàn)的鉆孔壓水，水從鉆孔壁的巖體裂隙向四周滲透，最終滲透水量趨于一個(gè)穩(wěn)定值。其方法常是自上而下隨著鉆孔的鉆進(jìn)分段進(jìn)行。當(dāng)保持一定壓力水頭，滲透流量趨于穩(wěn)定后，根據(jù)壓力水頭、穩(wěn)定流量和試驗(yàn)段長(zhǎng)度，即可計(jì)算巖體單位吸水量（？棕）值：

？棕=Q/SL （6）

式中：Q為壓入水量，單位為L(zhǎng)/min；L為試驗(yàn)段長(zhǎng)度，單位為m；S為試驗(yàn)壓力，以水柱高度計(jì)，單位為m；？棕為單位吸水量，單位為L(zhǎng)/（min·m·m），國(guó)外常用呂榮（Lu）表示，1Lu一般相當(dāng)于單位吸水量 ？棕為0.01L/（min·m·m）時(shí)的滲透量。

3 工程應(yīng)用

遼寧省某地質(zhì)勘察中，需要查明相關(guān)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)。勘察資料顯示勘察區(qū)內(nèi)的第四系孔隙潛水主要受大氣降水、基巖裂隙水及地表水體補(bǔ)給，徑流條件較好，富水性較好，主要以徑流、蒸發(fā)方式排泄，且勘察區(qū)內(nèi)第四系孔隙潛水流向總體上是向東排入渾江，河漫灘區(qū)地下水與渾江水是互相補(bǔ)給關(guān)系。

3.1 野外抽水試驗(yàn)

由于鉆孔內(nèi)水量較小，故采用提筒進(jìn)行簡(jiǎn)易抽水試驗(yàn)。流量用具為圓桶，試驗(yàn)類(lèi)型為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)。試驗(yàn)工作包括洗孔、安裝抽水設(shè)備和測(cè)試器具、量測(cè)靜止水位、試驗(yàn)觀測(cè)、水溫觀測(cè)、恢復(fù)水位觀測(cè)等。

此次野外試驗(yàn)中對(duì)每個(gè)孔均進(jìn)行了抽水試驗(yàn)，并進(jìn)行了三個(gè)降深，以孔ZK3為例，利用穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的抽水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)鉆孔巖芯資料，表層的強(qiáng)風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，利用鉆孔抽水試驗(yàn)結(jié)果與已有區(qū)域資料，根據(jù)測(cè)得的強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化巖體滲透系數(shù)，可以判定該鉆孔區(qū)域內(nèi)的巖體屬于弱透水巖體。

3.2 野外壓水試驗(yàn)

本次野外試驗(yàn)采用單栓塞壓水試驗(yàn)設(shè)備隨鉆井進(jìn)行。壓水試驗(yàn)工作包括洗孔、下置栓塞隔離試段、水位測(cè)量、儀表安裝和壓力、流量觀測(cè)等步驟。其中供水設(shè)備采用BW-160型活塞往復(fù)泵，最大流量160L/min，壓力1.8Mpa。試驗(yàn)中洗孔采用抽水和壓水聯(lián)合洗孔法。以鉆孔ZK4為例，本次勘察進(jìn)行的壓水試驗(yàn)，采用了單栓塞進(jìn)行止水，共完成11個(gè)壓水試驗(yàn)段。試驗(yàn)段長(zhǎng)度為5～10m，按三級(jí)壓力、五個(gè)階段進(jìn)行。利用常規(guī)壓水試驗(yàn)的原理，計(jì)算得到的壓水試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

壓水試驗(yàn)的結(jié)果表明，ZK4孔的P-Q曲線類(lèi)型表現(xiàn)為層流型，因此可以認(rèn)為裂隙狀態(tài)在試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生變化。從試驗(yàn)結(jié)果中可以看出，微風(fēng)化巖體透水率為0.00～6.19Lu，大部分屬微透水～極微透水，局部為弱透水，并且透水性隨深度的增加而逐漸降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章結(jié)合遼寧省某地質(zhì)勘察的野外試驗(yàn)，測(cè)定了該地區(qū)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)，首先在試驗(yàn)鉆孔內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)資料確定含水層的滲透系數(shù)，判斷了巖體的滲透特性。其次，在不易進(jìn)行抽水試驗(yàn)的鉆孔中進(jìn)行了常規(guī)壓水試驗(yàn)，得出該鉆孔區(qū)域內(nèi)巖體的滲透系數(shù)及滲透特性。通過(guò)野外試驗(yàn)的成果分析可知，抽壓水試驗(yàn)是確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)是野外水文地質(zhì)工作中較為行之有效的方法。

參考文獻(xiàn)

[1]李芳梨，陳培聰.水文地質(zhì)工作的重要性分析[J].工程技術(shù)，2008.

[2]周志芳，湯瑞涼.基于抽水試驗(yàn)資料確定含水層水文地質(zhì)參數(shù)[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)，1999.

[3]于傳寧，宗先國(guó).利用抽水試驗(yàn)資料確定水文地質(zhì)參數(shù)[J].地下水，2006.

[4]王錦國(guó)，周志芳.基于壓水試驗(yàn)資料的巖體透水性分形特征研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).