DZ-T 0132-1994 钻孔压水试验规程.pdf

uz中华人民共和国地质矿产行业标准D z/T 0 1 3 2 一9 4钻孔压水试验规程1 9 9 4 一 1 0 一 3 1 发布1 9 9 5 一 0 7 一 0 1 实施中华人民共和国地质矿产部发 布目次砚、J、少、.产、，产、.2、.矛、少、了、.尹、.产、，、卫产、，夕1 主题内容与适用范围 ”“，”.(12 试验方法“”(13 试段长度 “”(14 试验压力 ”(15 试验阶段 ”二”“.(16 试验钻孔与试验用水 ”.(17 试验设备与仪表，(28 洗孔 ，(29 试段隔离”，二”(21 0水 位 观 测 二 二 二 .I“(2n压 力 与 流 量 观 测 .!.一 t .(21 2 资料整理 (2附 录A 条文解释(参考件).(5中华人民共和国地质矿行业标准Dz/T 0 1 3 2-9 4钻孔压水试验规程主题内容与适用范围1.1 本规程规定了为测定岩体的透水性而进行的钻孔压水试验基本方法。1.2 本规程适用于工程勘察中的钻孔压水试验工作试验方法2.1 本规程采用吕荣试验法作为基本的钻孔压水试验方法。2.2 钻孔压水试验一般随钻孔的加深自上而下地分段进行。试段长度试段长度一般为 5 m.断层破碎带，岩溶洞穴等特殊孔段，应根据具体情况确定试段长度。相邻试段应互相衔接。JI，LC魂J33.33.试验压力压水试验采用 三级压力(h,p,p0，一 般分别为。.3 M P a,0.6 MP a 和1.O M P a e当试段埋深小于 3 0 m或岩体软弱破碎时，应适当降低试验压力。试验压力按公式(1)计算 P=p r 十p z 一P S*,，.。，.，一(1)4414243式中:P试验压力，M P a;pp 压力表指 示压力，M P a;P z 压力表中心至压力计算零线的水柱压力，MP a;P s 管路压力损失，MP a,4.4 压力计算零线的确定方法4.4.1 当 地下水位在试段以 下时，压力计算零线为通过试段中点的水平线。4.4.2 当地下水位在试段以上时，压力计算零线为地下水位线。4.4-3 当地下水位在试段以内时，压力计算零线为通过地下水位以上试段中点的水平线。4.5 管路压力损失宜根据实测资料确定。试验阶段5.1 压水试验一般分为五个阶段，其试验压力分别为P 3,p-P 3,P z,P I e5.2 当试段的透水率(e)小于 1 L u 时，可不进行降压阶段的试验试验钻孔与试验用水5.1 压水试验钻孔的孔径一般为5 9-1 5 0 m m o中华人民共和国地质矿产部1 9 9 4 一 1 0 一 3 1 批准1 9 9 5 一 0 7 一 0 1 实施 IDz/T 0 1 3 2-9 46.2 压水试验钻孔宜采用金刚石或合金钻进，严禁使用泥浆钻进。在碳酸盐类地层钻进时，应选用合 适的冲洗液。6.3 试验钻孔的孔口管管脚应进行止水。6.4 试验用水应保持清洁。7 试验设备与仪表止水栓塞应止水可靠，安装方便，止水段长度不小于七倍孔径。水泵应压力稳定，出水均匀，在 1 MP a 压力下流量能保持 1 0 0 L/m i n,压力表应反应灵敏，卸压后指针回零。工作压力宜保持在极限压力值的1/3 至 3/4 范围内。流量计应能在 1.5 MP a 压力下正常工作，量测范围为 1 0 0 L/m in，能测定正向和反向流量。水位计应灵敏可靠，不受孔壁附着水或孔内水滴的影响。试验用仪表应专门保管，不得与钻进共用，并应定期进行检验。洗孔717.2737475768一般孔段采用正循环法洗孔，洗孔钻具应下到孔底，流量应达到水泵的最大出力。岩粉堵塞较严重的孔段宜采用活塞抽吸法洗孔。洗孔结束的标准是孔口回水清洁，孔底沉淀物厚度小于。.2 m;试段隔离81828399 门止水栓塞定位要准确，应尽量安设在孔壁较完整的部位。9.2 当栓塞隔离无数时，可向上移动，其范围不超过上一次试验的塞位。1 0 水位观测1 0.1 试验前的水位观测工作一般应在试段隔离后的工作管内进行。1 0.2 水位观测时间间隔为 5 m i n。当水位呈下降趋势且连续两次其下降速度均小于5 c m/m in 时，观测工作即可结束，用最终读数确定压力计算零线。1 0.3 水位观测中如发现承压水等现象时，应按有关规定继续进行观测。压力与流量观测将试验压力调整到予定值并保持稳定，开始进行压力和流量观测。压力流量观测时间间隔为 1 或2 m i n，当压力保持不变，流量无持续增大趋势，且五次流量读数中们111112最大值与最小值之差小于最终值的1 0%，或最大值与最小值之差小于 1 L/m i n 时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。1 1.3 按予定的压力阶段及相应的压力值，重复上述试验过程，直至完成该试段的试验。1 1.4 在降压阶段，如出现回流现象，应记录回流情况，待回流停止，流量达到 1 1.2 条规定的标准，方可结束本阶段试验。1 1.5 在试验过程中，应对试验孔附近的井、洞、孔、泉等进行水位或流量观测。1 1.6 试验结束前，应在现场绘制p-Q曲线，以检验试验成果的正确性。1 2 资料整理1 2.1步骤。1 2.2试验资料整理包括校核原始记录，绘制p-Q曲线、确定 P-Q曲线类型和计算试段透水率(妇等绘制P-Q曲线。Dz/T 0 1 3 2-9 41 2.2.1 绘制p-Q曲线应采用统一的比 例尺，即纵轴(P轴)l m m为0.0 1 M P a,横轴(Q轴)l m m为1 L/min,1 2.2.2 曲线图上各点应标明序号，并依次用直线相连，升压阶段用实线，降压阶段用虚线。1 2.3 划分P-Q曲线类型1 2.3.1 确定p-Q曲 线类型的依据，是升压阶段p-Q曲 线的形状和降压阶 段p-Q曲线与升压阶段p-Q曲线之间的关系。1 2.3.2 P-Q曲线分为五种类型，即:A(层流)型、B(紊流)型,C(扩张)型,D(冲蚀)型和 E(充填)型，见表 1,1 2.4 计算试段透水率1 2.4.1 透水率(4)的单位为吕荣(L u)。当试验压力为 1 MP a，每米试段的压入流量为1 L/m i n 时，定义为 1 Lu,1 2-4.2 当p-Q曲线类型为A M,C型、D型和 E型时，透水率按公式(2)计算。Q,1 p,L式中:4 透水率，L u;L 试段长度，m;Q 3 第三阶段的流 量;L/m i n;p a 第三阶段的试验压力，MP a,1 2-4.3 当P-Q曲 线类型为B 型时，透水率按公式(3)和(4)计算。Q，1，_、L、_ 表 1类型名称A(层流)型B(紊流)型C(扩张)型D(冲蚀)型E(充填)型fi-Q曲线匕”区“口一”匕一 ais i zi;Q曲线特点升压曲线为通过原点的直线，降压曲线与升压曲线基本重合升压 曲线凸 向 Q轴，降压 曲线与升压曲线基本重合升 压 曲线凸 向 P轴，降压曲线与升压曲线基本重合升压 曲线 凸向 P轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈顺时针环状升压 曲线凸 向 Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆 时 针 环 状1 8 P 3I A Qa-1 P P z-1 g Q,(4)式中:、曲率系数;Q z 第二阶段的流量，L/m i n;D x 第二阶段的试验压力，MP a eD z/T 0 1 3 2-9 4其余符号的意义与 1 2.4.2 条相同。1 2.4.4 透水率取两位有效数字。小于。.1 0 L u 时记为零。1 2-4.5 每个试段的压水试验成果用透水率(q)和P-Q曲线类型代号表示，如。2 0 A,1 2 B,8.S D等。不能确定曲线类型的试段只用透水率表示。D z/T 0 1 3 2-9 4附录A条 文 解 释 (参考件)A l 主题内容与适用范围A l.1 主题内容 钻孔压水试验是将水压入用栓塞隔离的一定长度的孔段内，观测其压力与流量，以了解岩体透水性的 一种野外渗透试验方法。测定岩体透水性的方法较多，由 于压水试验简单易行，适应性强，在地下水位以 上和以下都可进行，可应用于较深的孔段，通 过分段试验能了 解岩体透水性在空间的变化，因此在工程 勘察中被广泛应用，是测定和评价岩体透水 性的主 要方法。A l.2 适用范围 本规程规定的方法，适用于水利水电、矿山、隧道等工程地质勘察中的压水试验工作。在灌浆等防渗处 理施工前、后，钻孔压水试验是确定灌浆参数 和检查灌浆质量的重要手段，为此目 的而进行的 压水试验 是否执行本规程，由 有关部门确定。A 2 试验方法A 2.1 本规程采用吕荣法作为基本的压水试验方法。我国建国初期，采用苏联 1 9 5 3 年规程推荐的压水试验方法。这种方法，过份强调理论上的合理性，忽视了实际上大量发生的岩体裂隙状态(开度、充填物的位置等)在试验过程中的变化，致使许多试验成果无法解释和使用，每次试验花费的时间也比较长。1 9 7 8年原水电部颁发试行的压水试验规程，采用了一阶 段试验，避开了一些矛盾，试验时间大量缩短.但现在看 来，似乎失之过简。目 前世界上没有统一的压水试验方法，但多数国 家采用吕 荣试验法。吕 荣试验法是1 9 3 3 年吕 荣(M L u g e on)首先提出的。初期的试验方法比较粗糙，在实践中经过多次修正而渐臻完善。这种方法主要特点是:a.采用多级压力，多阶段循环的试验方法;b.试验压力较大，最大压力通常为 1 MP a;c.每个阶 段的 试验时间较短，一般为l O m i n 左右;d.用吕 荣(L u)作为岩体透水 率的 单位。吕荣试验方法的优点是:a.能了解在不同压力下及最大压力前、后同一压力下岩体透水性的变化情况，所得资料更丰富，更全面;b 能取得多组数 据，可以相互校核，所得资料更为可靠;c.试验时间较短。钻孔 压水试验是一 项常规性试验，我国采 用国 际通用的试 验方法和计量 单位 是合情合理的，有利于国际间的 工程合作和技术交流。近年来，在岩石水力学理论 研究 和试验设备改进取得巨大 进展的 基础上，许多学者 提出并采用了 一些专门性的压水试验方法，以适应防渗设计对水文地质参数提出的更高要求。这些方法大致有:.根据裂隙调查资料设计钻孔方向，使钻孔与一组裂隙 正交，从 而单独求出该 裂隙 的渗透性。国 外一些工程(例如法国的 大麦森坝)就是据此 设计坝基的帷幕和排水设施的。我国的小浪 底工程也做过类似的试验。b.采用二至四个栓塞组成的试验器，隔离出二或三个试段，同时进行压水，其中上、下试段为辅助 sD z/T 0 1 3 2-9 4试段，渗流为三维流，中间试段为正式试 段，渗流为平面流。C.在压水试验孔附 近设置一批观测孔，孔内 安装双栓塞进行多孔压水试 验 以了解压水试验的 影响范围和岩体渗透性的非均质性和各向 异性。d 在压人水中加入示踪剂，以 测定渗透途径和渗透速度。e.以 压气代替压 水。压气试验的用途有两个方面，一是用于干燥岩石或冻 结岩石中，二是用于需要了 解岩体透气性的工程中，如 地下核电 站、水电站的 密闭 调压室等。f.高压压水试验(或水力劈裂试验)，试验压力可高达 I O MP a以上，用于研究岩体的应力状态及应力与透水性之间的关系。S.自由 振荡试验。短暂地输入压 缩空 气，使试段内的 地下水位 产生振荡，据此 计算岩体的渗透性。h.源 汇试验。在某一地质体两侧，分别进行压水和抽水试验，以了解 两侧的水力联系并 计算该地质体的渗透性。专门 性试验方法很多，且仍在不断 发展中。这些专门 性试验有鲜明的目 的性和针对 性，是对常 规压水试验的重要补充。A 2.2 钻孔压水试验通常采用自上而下逐段钻进，逐段压水的办法进行。除此之外，还有双栓塞试验方法，即 首先将整个或部分钻孔钻出，然后用双栓塞逐段隔离进行试验。这种方法的 优点是:a.试验工作与钻探工作可以部分或全部分离，因而费用较低;b某些操作步骤(如洗孔，地下水位测量等)可以合并进行，试验时间较短;c.可以 根据孔内 实际情况合理确定栓塞位置和 试段长 度，试验成果与地质条 件联系 较紧密，双栓塞试验存在的间题是:下栓塞的止水可靠性不易检验;由 于钻程较长，岩粉 堵塞裂隙的可能性增大。么卜 目 前我国已 研制出气压双栓塞，在结构上采取措施保证了下栓塞的工作可靠 性。但在全国 范围内，双栓塞应用仍不广泛。关于 双栓塞试验的裂隙堵塞影响问 题，国内 一些单位做过对比试验.成果表明，采用 金刚石钻 进工艺，岩粉堵塞裂隙致使双栓塞 试验成果偏小的出现机率不大，约为1 0%。但目 前可供比 较的 资料尚 不够充分，为慎重计，在国标中没有推荐双栓塞试验方法，有条件的单位可以采用，但一次钻进长度不宜超过4 0 m，且 应将钻孔 清洗干净。A 3 试段长度A 3.1 试验段是编制渗透剖面图，进行渗透计算的 基本单位。由于压水试验求得的透 水率 是该段的平均值，因此，试段过长，势必影响成果的 精度，试段过短，又会增加试验工作量。国 外有关规定中的 段长为3-5 m，多数为5。，与我国规定基本一致。A 3.2 试段长度选择应考虑实际地质条件，即不应使一个试段内 含有透水率相差悬殊的地质体，同时还应考 虑下一试段止 水栓塞的位置 和可靠性。因此，对断层破碎带、岩溶洞穴 等特殊孔段，应根据具体 情况确定试段长度。A 3.3 相邻试段应互相衔接，不应有漏试的孔段，以 保证资 料的完整性。必 要时试段可以有少 量重复。A 4 试验压力A 4.1 由 于吕 荣值的定义压力为I M P a，故试验的最大压力(p)一般应达到该值。为了使试 验成果均匀分布，其 余两 级压力(P l,P 2)应分别为1/3 p 2/3 pa，即一般为0.3 MP a 和0.6 M P a e 一般说来，确定最大试 验压力 可不考虑建筑物的规模，因为 压水试验影响 范围内 的压力分 布一 与 水工建筑物蓄水后地基内的压力分布情况完全不同，两者不具有可比性，个别工程如规模巨大，且地基内含有可 能被冲蚀的充 填物时，应视 具体 情况 进行专门 性试验。DZ/T 0132 一94A 4.2 当试段位置距岩面较近时，采用最大压力为I M P。进行试验，可能会导致岩体抬动变形，使所得的 渗透性失真。因此，多数国家都对岩面以 下一定深度内 的试 段所用的最 大试验压力(九)加以限制。国外 常采用的压力递增标准是每英 尺1 磅/英 寸，(l ps i pe r f o o t)，亦即每米0.o2 3 M P a。实际上，在压水试 验时，岩体 是否 会产生抬动变形，取决于很多因素。例如:a.裂隙中 渗透压力的 大小是岩体能否会产生抬动变形的关键，而渗透压力的分布情况与裂隙的性态(产状、延伸长度、宽 度、渗透 性的 变化等)有 关。试验时裂隙中 的渗透压力不是均匀 分布的，往往在孔壁附近较大，向远处迅速衰减，情况比较复杂。b.要使岩体上抬，除了 克服岩体的自 重压力外，还必须克服岩 体间银嵌、咬合作用 形成的 结构力，结 构力的大小与岩体强度、风化程度、裂隙 产状和裂隙发育程度有 关，其变化范围 较大。鉴于上述情况，本规程没有对浅埋试段的最大试验压力作出具体规定。在试验中，建议采取如下措施:在每个工程工作开始时，对浅埋试段进行少量试验，以确定不引起岩体变形抬动的试验压力;在岩层产状平缓、强度较低的沉积岩地区，下列数值可供参考:么阮 当 试段埋深小于1 5 m 时，p。=0.3 M P a;当试段埋 深为1 5 一3 om 时，户，=0 6 M pa。A4.3 试验压力 通常由 三部分组成，即 压力表指示压力(P，)、水柱压力(P:)和管路压力损失(p。)。公式(1)表示的是压力表安设在进水管上这种一般情况下的试验压力计算方法。如果采用双管柱栓塞，或压力表安设在与试段连通的测压管上，则丸=0。如采用安设在试段内 的压力传感器测压，则可直接测得试验压力。A 4.d 压力计算零线的确定方法对竖直和倾斜钻孔都可适用。不同情况下的压力计算零线确定方法见图 A工。一瓣。奢 一。译蕊 下-、广(3a)(l b)(Z b)图 Al 这些确定方法的前提是岩 体为均质的。显然，对于非均质岩体，上述原则只能是近 似的。当地下水位位于试段以内时，严格 地说，即使对 均质岩 体而言也是不正确的，但误差不大，故仍沿用过去的习惯做法，未予修改。A 4.5 管路压力损失的确定方法有两种，即公式计算和实际测定。用公式计算管路压力损失，因参数不易确 定，计 算结果往往矛盾较大，特别是当 钻杆和接头内径不 一致时计算误差更大。U z/T 0 1 3 2-9 4 管路压力损失 的实测方法是用压水试验实际使用的钻杆 先后配两套管路，其长度相同，但接头数差三付以 上。将不同流量的 水输入管路，测定流 量值和两 端的 压力差。绘制两套管 路的压 力损失与流量关系曲 线，量得两者的压力损失 差，由 此分别算出每付 接头和 每米钻杆的压力损失。将所得资料编 成图 表，供试验时使用。表A l是水利部东北勘测设计院实测的流量 压 力损失表(摘录)。所测定的钻杆内径为3 8 m m,接头内径为2 2 m m。从表中可以看出，管路压力损失随流量的 增大而急剧增大，且压力损失主要产生在接头部位。由 此可见，不计压力损失将使试验成果产生较大误 差，还可能 改变户 一 0曲 线形状，使B 型曲线的比例增大。表 Al流量 (L/mi n)每米钻杆压力损失 (k P a)每付接头压力损失 (k P a)2 50.1 0心.9 05 00.8 52.1 07 51.4 05.9 01 0 02.1 01 1.2 0A 5 试验阶段A 5.1 初期的吕 荣试验是用l ok g/c m 的压力进行一阶 段试验，后来人们逐渐认识到一阶段试验的局限性。大量的试验成果表明:在不同 的压力下，岩体裂隙内 的渗流状态是不相同的;在不同的压力下，岩体的裂隙状态会发生变化，因而其渗透性也会发生变化。a.阮 只有采用多级压力进行循环试验，将不同压力下的流量变化情况以及最大压力前、后同一压力下的流量变化情况进行分析，才能了解渗流状态和裂隙状态的具体情况，从而合理地确定岩体的渗透性。只做一阶段试验，特别是只做压力高达 1 MP a的一阶段试验，难以判断岩体是否已产生变形或冲蚀现象，所得成果是不够全面的。目前，国外多采用多级压力循环试验方法，但具休规定不尽一致。多数国家采用三级压力五个阶段，即逐级升压至最大压力，然后按原压力逐级下降(P,-P z-P a-P z-P,)。有的国 家采用四级压力七 个阶段，即P,-P z P 3 P+-P-P z-P,。美国垦务局采用五级压力八个阶段，即 P,-P z-P 3-P,-P s P,-P a P s。他们采用较多压力阶段的原因，是希望求出P-Q曲线的曲率系数。，并据此计算渗透性。日 本建设省的 吕荣试验技术方法 中规定为五级压力九个阶段，且对最大压力不加限制，而是企图通过试验求出流量突然增大时的临界压力。本规程采用三级压 力五个阶 段的 试验方法，这样既能达 到压水试验的基本目 的，又不致使试验时间过长。当某个工程认为有必要时，也可以采取较多的试验阶段A 5.2 当试段的透水 率小于1 L u 时，P-Q曲线 通常为直线，从工程的 实际需要和 试验可能达到的 精度出发，区分曲 线类型的意义不大，因 此，可以不 进行降 压阶 段的试验。国外资料中 也采用类似的方法。A 6 试验钻孔与试验用水A 6.1 试验钻孔的孔径对压水试验成果有一定影响，但一般来说，在通常的孔径(5 9-1 5 0 m m)范围内，这种影响很小，可以忽略不计.当孔径特大或特小时，其渗流边界条件差异较大，这类钻孔的试验成果与普通钻孔的试验成果之间的关系，应进行专门的对比试验。予以论证。A 6.2 为了减少岩粉堵塞，压水试验钻孔最好采用金刚石或合金钻进。泥浆钻进会使孔壁上形成一层Dz/T 0 1 3 2-9 4泥 膜，并堵塞裂隙，因 此压水试验钻孔严禁 使用泥浆钻进。在金刚石钻进中，通常 使用乳化冲洗液。乳化液由水、油和表面活 性剂 组成。乳化液破乳后，将产生大量的油 泥，泡沫和 胶状物，这些物质会 严重堵塞裂隙，妨碍水流通过。石灰岩、白 云岩 及其他含有 二价金属元素的岩石，对活 性剂有强烈的吸附作用。将产生严 重破 乳，故在这类岩石中 钻进时，应 选用合 适的冲洗液。A 6.3 为了使钻进冲洗液能从孔口返出，减少岩粉堵塞的机会，试验钻孔应下入孔口套管，并对套管脚进行止水。A 6.4 试验用水应保持清洁，防 止水中 物质进人岩石裂隙，影响试验成果质量。A 7 试验设备与仪表A T 1 止水栓塞是压水试验的关键设备。目前国内使用的止水栓塞有双管循环式，单管顶压式，水压式和气压式等几种类型。双 管循环式栓塞的优点是不必考 虑管路压力损失;缺点 是需下两套管路，安 装费时，钻孔较深时尤其如此，这种栓塞目前已很少采用。单管顶压式栓塞的优点是操作简单，但塞长较短，当孔壁岩石不太完整时，止水效果往往较差。水压式和气压式栓塞的共同特点是胶囊易与孔壁紧贴，接触 面积大，栓塞可以 做得较长，止水可靠性好，操作较方便，宜优先采用。但鉴于我国 各地区，各部门的 设备情况各不相同，故规程中只提出一般要求，未作具体规定。关于止水栓塞长度间题，东北勘测设计院曾进行电拟试验，比较不同栓塞长度的绕渗量大小(假设地层为均质体)。试验结果表明，当栓塞长度达到钻孔孔径的7.5 倍时，绕渗量所占比例不大，且随着栓塞加长，绕渗量下降的速度显著减缓。国外有人用数学模型研究栓塞长度的影响，也得出类似的结论。因此，规程中规定栓塞的止水段长度不小于试验钻孔孔径的七倍。A 7.2 本条对试验用 水泵提出了基本 要求。应当指出，供水能力为T O O L/m i。的水泵只 能使岩体透水率小于 2 0 L u的试段达到吕荣试验的定义压力 1 MP a。因此，岩体透水性较大的地区，特别是岩溶发育地区，宜选用供水能力更大的水泵。有条件的地方，宜采用电动离心泵。当使用往复式水泵时，应在出水口处安设容积不小于 5 L的稳压空气室，以提高出水口压力的稳定性。自 流供水压力稳定，调节方便，无疑是压水试验的最佳供水方式，条件允许时宜优先采用。A 7.3 近年来，我国新型测压仪表的研制工作取得了可喜的进展。在水利、能源系统现已通过鉴定的试段压力计有S C Y-1 型 钻孔压水试验测压仪和Z S-1 0 0 0 型水文地质综合测试 仪，这些 仪器不仅能直接量测试段内的实际试验压力，有的还具有 自 记、打印和计算功能。但这些仪表的普遍推广应用看来尚需较长的时间，目 前主要使用的测压仪器仍然是压力表，故本规程只对压力表提出了一些基本的技术要求。A 7.4 目前我国压水试验用的测定流量的仪表多为指针式水表，必须测读两次并进行计算才能求出一定时段的平均流量。吕荣试验法的流量测读时间间隔短(1-2 m in)，每阶段的试验时间也不长，用水表测流、读数、计算比较紧张，容易出错，要准确、及时地判断是否已达到试验结束标准有一定困难。适应试验工作的需要，应逐步推广采用能表示瞬时流量的直读式流量计，这种流量计国内已有厂家生产。和压力表一样，直读式流量计也有一定的流量适用范围，而实际 试验时，流量将在1-1 0 0 L/m in 的范围内 变化，工地应当有不同规格的全套流量计，根据不同情况分别选用。多阶段 循环 试验的降 压阶段，有时 会出 现水自 岩体流人钻孔的 现象(称为“回 流”)。要观察和记录回流情况，所用的流量计就必须能测定正向的和反向的流量。A 7.5 目 前我国的地下水位量测设备，大多是在导线的一端接测头，另一端接万 能表，无专用设备。由于N il 头绝缘不好，往往反应不灵，并常有误读，应尽快改进、提高A 了.6为了保持试盼仪表的精确性，应专管专用，格有羊规 宁.仪表应宁期送检A8 洗孔A 8.1 正循环洗孔法(亦称压水洗孔法)是从工作管内 送入清水，使孔内岩粉从工作管与孔壁之间的环 9D z/T 0 1 3 2 一94状间隙向上返出孔外，排粉效果随水流上返速度加快而增大，因此要求在洗孔时采用可能达到的最大水量。当 孔径大于9 1 m m时，岩粉上返速度较慢，应在孔底附 近安设接砂筒。孔径女 哗尸 强 渗漏段，用此 法洗孔效果较差，应进行堵漏或 换用其他洗孔方法。A 8.2 活塞抽吸洗孔法在供水水井中已 被广泛应用，其原理是快速上下提动活塞，使活塞以 下的 孔段产 生负 压，从 而 将附 在 孔 壁上 以 及 进 入 孔 壁 附 近 裂 隙 内 的 岩 粉 吸出。这 种 方 法 设 备 简 单，操 作 方 便。用金 刚石 钻进的钻孔，由 于孔壁 规整，活塞 提动 形成的 抽吸作用更大，因而效果更好。在岩石比 较破碎的 孔段，抽吸洗孔可能导 致孔壁 坍塌，不宜采用。此外，洗孔方法还有泵吸抽水洗孔法和压缩空气抽水洗孔法。受水泵吸程限制粼 泵吸抽水洗孔法效果往往不明 显。压缩空气抽水洗孔效果较好，有条件的地方 可以 采用。A 83 规程中未对洗孔时间作具体规定，而是提出洗孔标准，达到此标准，洗孔工作即可结束。A 9 试 段隔离A 9.1 选择 适当的 栓塞位置，对于 保证隔 离效果，提高 成果质量极为重要。国外有 关规定十分强调栓塞位置的 选择，如 英国 场地勘察标准 B S 5 9 3 0 1 9 8 1)中 要求在确定栓塞位置时，徐了仔细 观察岩心 外，还应进行测井或电视观测。A 9.2 当栓塞隔离 无效时，最常见的措施是移动塞位。考虑到试验孔段要连续，不出 现漏试，故规定只能向上移动，且不应超过上次试验的塞位。除 此之外，可供 选择的措 施还有起塞检查，换用 其他止水效果更好的栓塞等。当上述措施无 效时，可以灌制混凝土塞位。做法是先扩孔，将中细砂填入待试孔段，然后灌注水泥砂浆，形成长度大于2 m的混凝土段。待混凝土凝固后，钻开混凝土，将砂子冲出，即可将栓塞置放在混凝土段内。A 1 0 水位观测A 1 0.1 试验前的地下水位观测工作，其主要目 的，是确定水柱压力的起算点，即确定压力 计算零线。在水位观测问题上。看法不尽一致。例如，豪斯比(A.G.H ou l s b y)认为，在计算试验压力时，无需考虑水柱压力，当然也就不必测定地下水位。大多数学者则认为，初期的吕荣试验不考虑水柱压力的影响，成果过于粗糙，特别是在高山峡谷地区，地下水位埋藏较深的情况下，这样做将出现成倍的误差。至于如何进行 观测 飞 除日 本建设省的 吕 荣试 验技术准则 外，大多 未作具体规定。在 分析国内 外资料的基础上，本规程规定观测工作一般在试 段隔离后，在工作 管内 进行，理由 是:第一，测得的是试段内的水位，理论上合理;第二，只要有合适的仪器 并确定适当的标准，这样做并不费事;第三，更主要的，通过观测，有可能了解到岩体中含水层分布和变化等水文地质资料，这些资料甚至比一次压水试验更有价值。在 水文地质条件简单，有足够资料说明只存在一个含水层的地区，也可以用钻孔水位代替试段水位。A 1 0.2 水位观测结束标准的确定原则，是既使因水位观测未达稳定引起的压力误差控制在合理的范围内，又不致因此而花费过多的时间。为此，分别对下述两种情况进行估算:a试段位于天然地下水位以下 由于钻进给水的影响，孔内水位高于天然地下水位。栓塞隔离后，工作管内的水位逐渐下降，向天然地下水位接近。管内水位的下降速度取决于试段的透水率以及管内水位与天然地下水位的高差。这个过程，可视为一次变水头的压水试验，如图 A 2 所示。若试段长度为L(m)，工作管内径为r(c m),试段透水率为抓L u),则某一隘时管内水位与天然地下水位的高差H(m)与该瞬时水位下降速度n(c m/m in)之间的关系如下:1 0Dz/T 01 3 2-9 4。二 黑.，.，.(A 1)I UL q 图 A2 允许的H值应与 压力表的精度等级相适应。对于极限压力为1.S MP a 的压力表，允许误差为2 2.5-3 7.5 k P a，取 3 0 k P a，即相当于 H=3 m,若 L=5 m,r。二2 c m,则得H=0.2 5 二 g(A2)由此可得n,q 和 H之间的关系，见表A2,表*、2n(cm/min)之q(Lu)0.51.02.010.50.2 50.1 2 521.00.50.2 552.51 2 50.6 2 51 05.02.51.2 5 从上表可知，如取，二5 c m/m i n，则当 试段透水率q O.S O L u 时 均可满足H3 m，则该试段q O.5 0 L u,岩体的透水 性很小，超出了 仪表 精度和实际需要研究的范围。因 此，水 位观测结束标准定为 5 c m/rn i n 是合适的。b.试段位于天然地下水位以上 在 这种情况下，岩体本来是干燥的，由 于钻进时向 孔内 给水，使岩体中存在一个悬挂于天然地下水位之 上的 暂时性水体，在钻孔内 可以测到水位，且逐渐下降。这个暂时 性水体在压水试验过程中 是否 起作用，看法不尽相同，但多数人认为，由于钻进时间较长，这个水体的范围会大于压水试验的影响范围，因而可以 起与天然地下水位相似的作用，这一点已为 大量的 野外压水试验成果所 证实。在压水 试验期间，这个暂时 性水位的变化规律很 难精确 地表达。一般 地说，由于试 验水的加 入，将会出 现 水 位 下 降 速 度 减 慢、水 位 不 变 以 至 水 位 上 升 等 不 同 情 况。但 在 估 计 暂 时 性 水 位 对 压 水 试 验 的 影 响时，不妨假设最极端的情况，即在压水试 验过程中暂时 性水 位仍与压 水试验前相同的速度下降，且在整个试 验期间 速度不变。吕 荣试验的试验时间一般 为1 小时左 右，若水位允许 误差为3 m,则压水试验前孔内水位的允许下降速度为 S c m/m i n，也就是说，在这训情况下，水位观测结束标准也可以确定为 5 c m/mm,以上估 算无疑都是粗略的，但 这些估算结果表明，对于试验压力大，历时较短的吕荣试验而言，放宽水位测量标准，不为此花费过多的时间，不仅是必要的，而且是可能的.A 1 0.3 当 观测过程发现承压 水等水文地质现象时，观 测的目 的就不仅是确定压 力计算零线，而是进一D Z/T 0 1 3 2-9 4步收集资料，查明 水文地质问 题。为此应根据当地地 质条件和工程需要制定具体 要求，包括延长观测时间，安设长期观测装置等。A 1 1 压力与流f观测A 1 1.1 压力、流量观测工作有两种方式，一种 是调节压力使 其稳定不变，观测流量随时间的变化情况;另一种是调节流量使之稳定不变，观测压力随时间的变化情况。本规程采用前一种观测方法。对于目前常用的试验 仪表来 说，这种方法实际上是唯一可 行的。A 1 1.2 本条中有四个问题需要说明，即短时间试验成果的可靠性，观测间隔、观测结束标准和取值以及流量增大问题。1.短时间试验成果的可靠性 吕 荣压 水试验的一个重要特点，就是试验持续时间短。国外资料中规定不完 全相同，每 个阶 段大体上在5-1 0 m i n 之间。许多学者对压水试验达到稳定所需的时间进行了研究，一致认为，该时间与试段的渗透性成反比，即岩体 渗透性愈小，达到稳定所需的时间愈 长。从理论上分析，当试段位于地下水位以下，岩体原已处于饱和状态时，压水试验的流量需要经历一段时间之后才能达到稳定，其原因可能有两方面，一是当裂隙网互相切割，且大体上均匀分布时，压水使钻孔附近的地下水位上升，这部分岩体充水饱和需要一定时间;二是试段附近的岩体在压水时处于承压状态，在试验压力作用下，岩体产生弹性变形，具有一定的储水能力，这部分体积充水需要一定的时间。岩体渗透性愈小，补充水量所需的时间也就愈长。不论是哪一种情况，试验过程中流量都应当逐渐减小，最后趋沂于恒定值。因此，如果试验时间不足，则所得流量值应当偏大。一些学者用数学模型计算试验达到稳定(9 6 0 0)所需的时间，由于假设的边界条件不同，计算结果也有差异。例如，当岩体渗透性为0.1 m/d大致相当于I O L u)时，伯利斯(J.C.B l i s s)和拉许顿(K.R.R u s h-t on)为2 0.4 m i n，而布拉辛顿(F.C.B r a s s in g t on)和瓦特豪尔(S.Wa l t h a l l)为3 0 m i n,野外试验不可能达到9 6%的标准，而稳定所需的时间随着标准的放宽将显著缩短。因此，还应当从实际使用的角度出发，对延续时间为 l O m in 左右的试验成果的可靠性进行分析。由于我国吕荣试验的实际资料不多，故利用了豪斯比文中列举的四个坝址 8 1 1 次试验资料，以及布鲁斯(O.A.B r u c e)和米尔摩尔(J.P.Mi ll m or e)列举的基尔德(K i e l d e r)坝的 7 7 次试验资料，见表 A3。表中所列数字均为占总段数的百分比。曲 线类型划分采用豪斯比的方案，即分为A(层流)型、B(紊流)型,C(扩张)型、D(冲蚀)型和E(充填)型五种。五种类型的详细说明见A1 2-3 条。类A 3一井 3 Lu不 分ABCDEABCDE1 号 坝3 03 3701201 42832 号 坝1 75 2510331 12333号 坝81 1503624 65774号 坝2 21 6033581 181 68基尔德坝2 91 004001 21 31 21 64平均2 43 2511231 7474从试验成果可靠性的角度看，A,B,C三种类型在最大压力前、后同一压下的流量值相同或基本相D z/T 0 1 3 2 一9 4同，这不太可能是偶然的巧合，应当能 够说明，试验时间虽短，但对成果的精度影响甚小，从工程实际 使用的观点看，成果是可靠的。0型成果最大压力前的 流量小于最大压力后同一压力下流量(即Q$Q fQ;Q Z)，显然与试验延续时间不足，流量未达到完全稳定无关。只有 E成果最大压力前的流量大于最大压力后同一压力下的流 量(即Q s Q i r Q 1 Q 2,QQ,o P-Q曲线中的其他变化，对曲 线类型划分来说不是本质性的。D型曲 线说明，在试验压力作 用下，裂隙状态产生 变化，岩体渗 透性增大。这种变化是永久性的，不可逆的。由于 选择试 验压力时已 根据试段位置作了限制，因 而基本上排除了因压力过大 导致岩体抬动变形的可能性。因雌，流量突然增大，且不能 恢复原状，多半是由于 裂隙中充填物 被冲蚀，移动造成的。冲蚀型P-Q曲 线中 的升压曲线和降压曲 线都可 能出 现一些不同 的形态。如升压曲 线中的第一、第二两点与原点之间可能为直线，也可能为凸向 Q轴的曲线，分别说明在产生冲蚀作用之前的流态为层 1 4D Z/T 0 1 3 2-9 4流或紊流;降 压曲 线可能为凸向P 轴的曲 线(说明一部 分可恢复的弹性变形)，直线(层流)或凸向Q轴的曲线(紊流)。总之，从整个p-Q曲线的变 化中，可以看出 渗流对裂隙充填物的 冲蚀作用与试验压 力之间的 关系，这种冲蚀作用对原来 渗流形态的干扰，冲蚀作用的程度以及冲蚀后的 渗流形态等。5.E(充填)型 升压曲线凸向Q轴，降压曲线与升压曲线不重合，呈逆时针环状。E型曲 线的关键之点在于Q 4 z,Q s 2时，如检查计算无误，可取，=2,A 1 2-4-4 透水率取两位数字，与压水试验需要和可能达到的精度是相适应的。当q O.I O L u时，数字本身已无意义，记为零是合适的。A 1 2.4.5 吕荣试验是五阶段试验，因此，单纯用透水率大小来表示压水试验成果显然是不够全面的。本规程采用了英国基尔德坝的 成果表示方式，即同时表示 透水率和p-Q曲 线类型，这样可以 更全面地反映出该试段岩体的渗透特征和数值大小。事实上，p-Q曲线类型能揭示出岩体裂隙的某些工程特性，它们本身也具有一定的规律性。从表A 3 所列举的统计资料中 可以 看出，当透水率小于3 L u 时，p-Q曲 线以A型占 压倒优势，其余四 种类型很少出现。当透水率大 于3 L u 时，p-Q曲线以B 型为主，C,D,E 型三种类型也比渗 透性小时显著增加，而 A型由大大减少。许多学者研究了裂隙的渗透规律后得出，渗流形态与裂隙的开度，粗糙度和平直度有关。对于壁面平直，光滑的裂隙，当其开度小于。.1 5 m m时