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1試驗方法及基本原理

1.1抽水試驗抽水試驗是指在選定的鉆孔中或豎井中，對選定含水層抽取地下水，形成人工降深場，利用涌水量與水位下降的歷時變化關系，測定含水層富水程度和水文地質參數(shù)的試驗。抽水試驗按孔數(shù)可分為單孔抽水試驗、多孔抽水、群孔干擾抽水；按水位穩(wěn)定性分為穩(wěn)定流抽水試驗和非穩(wěn)定流抽水試驗方法；按抽水孔類型分為完整井和非完整井。文中對試驗鉆孔進行了穩(wěn)定流抽水試驗。現(xiàn)在人們在計算滲流參數(shù)、潛水井水位和流量時常用的穩(wěn)定流抽水公式是由法國水利學家裘布依于1863年提出的。裘布依為簡化復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有力的工具。裘布依根據(jù)普龍納的管渠水利學公式：式中：i-渠底傾角的正弦。在管渠斷面不變時，該傾角應與水面坡度相等；χ-水流的截面積；ω-濕周；υ-流速；α、β-取決于界面糙度的系數(shù)。裘布依將含水層假想為無數(shù)微細管渠的集合，其中任一管渠中的流速和水力坡度的關系均可用圖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）內這些微細渠道均處于相同條件下，故在該截面內任一孔隙，即任一微細渠道的水力坡度及流速均相同。由此得出式（1）中的i、υ，可以代表整個垂直截面上任一點水力坡度及流速。再則，在地下水流速很小的前提下，略去式（1）中的二次方項βυ2，即：裘布依認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，認為正弦也可以用正切來代替。則可改寫成：-dy/dx=ηυ設流過單位寬度的垂直截面的流量為q，而υ=q/εy，ε為含水層的孔隙率。又令η''''=η/ε，則：構成這基礎的假定條件概拈起來就是：（1）在垂直截面中不同深度各點的水力坡度均相等；（2）該水力坡度就等于該截面的動水曲面的曲面坡度。以上兩點就是一般通稱的裘布衣假定。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中的直角座標應易以圓柱坐標；而垂直于x軸的垂直截面也應代之以垂直于r平面的圓柱截面。該截面積為2πrh，通過該截面積的流量為Q，它與q的關系為Q=2πrq，于是，式（3）可變?yōu)椋菏街校琎由R流至rw時，一直保持常量，即與r無關。將上式積分，以圖2所示的邊界條件代入，且將η''''易以k，式（5）即為推得潛水穩(wěn)定流的裘布依公式：

1.2常規(guī)壓水試驗鉆孔壓水試驗室用止水栓賽，把一定長度（一般為5m）的孔段隔離開，然后施加一定的水頭，向進行該試驗的鉆孔壓水，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穩(wěn)定值。其方法常是自上而下隨著鉆孔的鉆進分段進行。當保持一定壓力水頭，滲透流量趨于穩(wěn)定后，根據(jù)壓力水頭、穩(wěn)定流量和試驗段長度，即可計算巖體單位吸水量（ω）值：ω=Q/SL（6）式中：Q為壓入水量，單位為L/min；L為試驗段長度，單位為m；S為試驗壓力，以水柱高度計，單位為m；ω為單位吸水量，單位為L（/min•m•m）,國外常用呂榮（Lu）表示，1Lu一般相當于單位吸水量ω為0.01L/（min•m•m）時的滲透量。

2工程應用

遼寧省某地質勘察中，需要查明相關巖體滲透系數(shù)及透水性等相關的水文地質參數(shù)。勘察資料顯示勘察區(qū)內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給關系。

2.1野外抽水試驗由于鉆孔內水量較小，故采用提筒進行簡易抽水試驗。流量用具為圓桶，試驗類型為穩(wěn)定流抽水試驗。試驗工作包括洗孔、安裝抽水設備和測試器具、量測靜止水位、試驗觀測、水溫觀測、恢復水位觀測等。此次野外試驗中對每個孔均進行了抽水試驗，并進行了三個降深，以孔ZK3為例，利用穩(wěn)定流抽水試驗的原理，計算得到的抽水試驗結果，見表1。根據(jù)鉆孔巖芯資料，表層的強風化基巖風化裂隙發(fā)育，利用鉆孔抽水試驗結果與已有區(qū)域資料，根據(jù)測得的強風化～中風化巖體滲透系數(shù)，可以判定該鉆孔區(qū)域內的巖體屬于弱透水巖體。

2.2野外壓水試驗本次野外試驗采用單栓塞壓水試驗設備隨鉆井進行。壓水試驗工作包括洗孔、下置栓塞隔離試段、水位測量、儀表安裝和壓力、流量觀測等步驟。其中供水設備采用BW-160型活塞往復泵，最大流量160L/min，壓力1.8Mpa。試驗中洗孔采用抽水和壓水聯(lián)合洗孔法。以鉆孔ZK4為例，本次勘察進行的壓水試驗，采用了單栓塞進行止水，共完成11個壓水試驗段。試驗段長度為5～10m，按三級壓力、五個階段進行。利用常規(guī)壓水試驗的原理，計算得到的壓水試驗結果，見表2。壓水試驗的結果表明，ZK4孔的P-Q曲線類型表現(xiàn)為層流型，因此可以認為裂隙狀態(tài)在試驗過程中沒有發(fā)生變化。從試驗結果中可以看出，微風化巖體透水率為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。

3結束語

文章結合遼寧省某地質勘察的野外試驗，測定了該地區(qū)巖體滲透系數(shù)及透水性等相關的水文地質參數(shù)，首先在試驗鉆孔內進行穩(wěn)定流抽水試驗，根據(jù)現(xiàn)場穩(wěn)定流抽水試驗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，在不易進行抽水試驗的鉆孔中進行了常規(guī)壓水試驗，得出該鉆孔區(qū)域內巖體的滲透系數(shù)及滲透特性。通過野外試驗的成果分析可知，抽壓水試驗是確定含水層水文地質參數(shù)是野外水文地質工作中較為行之有效的方法。

作者：鄭小林單位：江蘇省核工業(yè)二七二地質大隊