DB21_T 1564.11-2007+岩土工程勘察技术规程压水试验规程.PDF

辽宁省地方标准f一、压水试验规程Specification for pump-in test DB21/T1564.11-2007 主编单位:辽宁有色勘察研究院批准部门:辽宁省建设厅施行日期2008年01月12日2007忧阳1总则1.0.1 为统一压水试验工作，保证试验质量，为岩土工程勘察提供准确的参数，特制定本规程。1.O.2 适用拖围本标准适用于岩土工程勘察中的常规性压水试验工作。1.O.3 测试目的及要求钻孔压水试验的目的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。同-I.程中的试验长度及试验总压力值应一致。1.0.4 压水试验，除执行本标准外，还应符合国家和本行业的标准规定。2 术语、符号2.1 术语2.1.1 钻子LJ.:五水试验WaterPressure test in borehole 用栓塞将钻孔隔离出一定长度的孔段，并向该孔段压水，根据压力与流量的关系确定岩体渗透特性的一种原位渗透试验。2.1.2 试段长度Lengthof test section 栓塞底部主孔底或两栓塞之间，试验时可以进人岩体的孔段长度。2.1.3 试段压力TestingpreS8ure 作用在实际平均压力。2.1.4 管路压力损失Pre8sure1088 of tube 水流经工作管路因水力摩阻而损失的压力值J2.1.5 栓事Packer将钻孔隔离出单独孔段的试验设备O.298 2.1.6 透水率Abso甲tionrate 表达试段岩体透水饨的指标。2.1.7 单位吸水量Spec凶cwatcr abso叩tion仕i力试验时，在单位水头压力卡，单位长度试验段每分钟所吸收的水量2.1.8 g荣(Lu)Lugeon unit 透水率的单位，当试段压力为lMPa时每米试段的压入水流量(Umin)。L 试段长度p-试段压力Pp一压力计指示压力ps一管路压力损失Lp一工作营长度d一工作管内径U一管内流速g 一重力加速度q一透水率。压人流量K一岩钵渗透系数H一试验水头r。一钻扎半径一单位吸水量2.2 符号3 仪器设备3.1 止水栓塞3.1.1 止水栓塞应符合下列要求:299 1 栓塞长度不小于8倍钻孔直径:2 止水可靠、操作方便。3.1.2 宜采用水压式或气压式枪塞。3.2 供水设备3.2.1 试验用的水泵应符合下列要求:1 工作可靠，压力稳定，出水均匀;2 在1Y1Pa压力下，流量能保持100Llmin。水泵:-H口应安装容积大于5L的稳压空气室。3.2.2 破水龙头外应有1-2层孔径小于2mm的过滤网。吸水龙头至水地底部的距离不小于0.3m。供水调节阀门应灵活可靠，不漏水，且不宜与钻进共用。3.3 量测设备3.3.1 测量压力的压力表和压力传感器应符合下列要求:l 压力表应反应灵敏，卸压后指针回零，量测范围应控制在极限压力值的1/33/4之间;2 JF力传感器的压力范围应大于试验压力。3.3.2 流量计应能在L5MPa压力F正常工作，量测范围同与水泵的出水量相匹配，井能测定正向和反向流量。3.3.3 宜使用能测量&力和流量的自动记录仪进行压水试验c3.3.4 水位计应灵敏可靠，不受-fL壁附着水或孔内滴水的影响。水位计的导线应经常检测。3.3.5 试验用的仪表应专门保管，小应与钻进共用，并定期进行检定.300 4 操作方法4.1 基本规忘4.1.1 试验方法与试段长度l 钻孔压水试验应随钻孔的加探自七而下地用1jI栓塞分段隔离进行。岩石完整、孔壁稳定的孔段，或有必要单强进行试验的孔段，可采用双枪塞分段进行。2 试段长度宜为Smo含断层破碎带、裂隙密集带、岩榕洞穴等的孔段，应根据具体情况确定试段长度。柑邻试段应互相衔接，可少量重叠，但不能漏段。残留岩芯可计人试段长度之内c4.1.2 压力阶段与压力值l 压水试验应按三级压力、五个阶段即Pl-P2一月P4(=p2)-P5(=PI),Pl p2 月进行(Pl、白、月二级压力有分别为0.3MPa、0.6MPa和lMPa。2 吁试段埋深较浅时白:适当降低试段压力，一般应为0.2MPa、0.4MPa和0.6MPao3 试段压力的确定应遵守下列规定:(1)当用安设在与试段连通的测压管上的压力计测压时，试段压力按下式计算:P=Pp+P z(4.1.2一1)式中P一试段压力(MPa);Pp一压力计指示压力(MP什;Pz一压力计中心至国力计算零绞t二柱压力(MPa)。(2)当用安设在进水管上-的压力川剧压时，试段压力按下式计算:p=Pp+Pz-PS(4.1.2-2).301 式中:凡管路压力损失(MPa);其余符号与式(3.2.3一1)相同。4 压力计算零线的确定应遵守下列规定:(1)当地下水位在试段以下时，压力计算苓线为通过试段中点的水平线;(2)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11点的水平线;(3)苟地下水位在试段以上时，压力计算零线为地下水位线。5 管路压力损失的确定应遵守下列规定:(1)当工作管内住一致，且内壁粗糙度变化4大时，管路压力损失可用下式计算:Ln,2 Po=一二.二.d 2g 式中PS一管路压力损失值(MPa);(4.1.2-3)一摩阻系数(=2 x 10-4-4 X 10-4MPalm);Lp-T作管长度(m);d一工作信内径(m);1!一管内流速(01/s);g一重力加速度(g=9.8m!S2)。(2)当工作管内径不-致时，管路压力损失应根据实测资料确定。实测方法按本标准附录A执行。4.1.3 试验钻孔1 压水i式验钻孔的孔径宜为59-150mmc 2 压水i式验钻孔宜采用金刚石或合金锚进，不应使用泥浆等护壁材料钻进口在碳酸盐类地层钻进时，应选用合适的冲洗准。试验钻孔的套管脚必须止水。3 在同一地点布置两个以上钻孔(孔距10m以内)时，应先完成拟做压水试验的钻孔C.302.4.1.4 试验用水与试验人员1 试验用水应保持清洁，当;1源的泥沙含量较多时，应采取沉淀措施。2 钻孔压水试验人员应经过专门培训，持证上岗。4.2 试验程序4.2.1 现场试验工作应包括洗孔、下置栓塞隔离试段、水位测量、仪表安装、压力和流量观测等步骤。4.2.2 试验开始时，应对各种设备、仪表的性能和工作状态进行检查，发现问题立即处理。4.3 洗孔4.3.1 洗孔应采用压水法，洗孔时钻具应F到孔底，流量应达到水泵的最大压力。4.3.2 洗孔应至孔口田水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束。4.3.3 当孔门无回水时，洗孔时间不得少于15mio4.4 试段隔离4.4.1 下栓主前应对压水i式验工作管进行检查，不得有破裂、弯曲、堵塞等现象。接头处应采取严格的止水措施。4.4.2 采用气压式或水压式栓塞时，充气(水)压力应比最大试段压力p3大0.2-0.3MPa，在试验过程中充气(水)压力应保持不变。4.4.3 栓塞应安设在岩石较完整的部位，定位应准确。4.4.4 当栓塞隔离无效时，应分析原因，采取移动栓塞、更换栓塞或灌制混凝土塞位等措施。移动栓塞时只能向上移，其范围不应届过上一次试验的塞位。灌匍tl昆凝土塞位的方法按本标准附录B执行c 303.4.5 水位观测4.5.1 下栓塞前应首先观测一次于L内水位，试段隔离后，再现测工作管内水位。4.5.2 工作管内水位观测应每隔5min进行1次。当水位下降速度连续两次均小于5cm/mn时，观测工作即可结束，用最后的观测结果确定压力计算霉线n4.5.3 在工作管内水位观测过程巾如发现承压点时，应观测承压水位。当承压水位高出管口时，应进行压力和漏水量观测。4.6 压力和流量观测4.6.1 在向试段送水前，应打开排气阀，待排气阀连续出水后，再将其关闭。4.6.2 流量观测前应调整调节阀，使试段压力达到预定值并保持稳定。4.6.3 流量观测工作应每隔1-2min进行1次。当流牵无持续增大趋势，且5次梳量i卖数中最大值与最小值之差小于最终值的10%，或最大值与最小值之差小于lUmin时，本阶段民验即可结束，取最终值作为计算值c4.6.4 将试段压力调整到新的预定值，重复上述试验过程，直到完成该试段的试验。4.6.5 在降压阶段，如出现水由岩体向孔内回流现象，成记录回流情况，待回流停止，流量达到5.5.3规定的标准后方可结束本阶段试验。4.6.6 在试验过程中，对附近受影响的露头、丹、嗣、孔、泉等应进行观测。4.6.7 在压水试验结束前，应检查原始记录是否齐全、正确，发现问题必须及时纠正。304 5 资料整理5.0.1 试验资料整理应包括校核原始记录，绘制P-Q曲线，确定P-Q曲线类型和计算试段透水卒等。5.0.2 绘制P-Q曲线时，应采用统一比例尺，即纵坐标(P轴)lmm代表O.OlMPa，横坐标(Q轴)lmm代表1mm。曲线图上各点应标明序号，并依次用直线相连.71压阶段用实线，降压阶段用虚钱。5.0.3 试段的P-Q曲线类型应根据升压阶段P-Q曲线的形状以及降压阶段P-Q曲线与升压阶段P-Q曲线之间的关系确定。P-Q曲线类型划分及曲线特点见表5.0.30 P-Q曲线类型及曲线特点表表5.0.3类型名称A(层流)型B(紊流型C(扩张)型D(冲蚀型E(充填j型pQ曲线L二LL k二坦J。Q升i主曲升J运曲升压曲升压曲升压幽线为通过原线凸向Q剿，线凸向P轴，线凸向P骗，线凸向Q轴，曲线特点点的直线，降压曲线与降压曲线与降压曲线与降压曲线与降压曲线与升压曲线基升压曲线基升E巨曲线不升压曲线不开压曲线基本重合本重合重合，呈眼重合，呈逆本重合时针环状时针环状5.O.4 当尸-Q曲线中第4点与第2点、第5点与第l点的流量值，绝对差不大于1T/min 戎相对差不大于5%时，可认为基本重合。5.0.5 试段透水率采用第兰阶段的ffi力值(尺)和流量值(Q3)按二式计算:。3q=一LP3(5.0.5).305.式中q一试段的透水率(Lu);L一试段长度(m);Q3第二阶段的计算流量(Umin);P3一第三阶段的试段压力(MPa)。试段透水率取两位有放数字。5.0.6 每个试段的试验成果，应采用试段透水率和P-Q曲线的类型代号(加括号)表示，如0.23(A)、12(B)、8.5(町等。5.0.7 当某一工程或某一地段的压水试验成果中，出现较多的试段P-Q曲线为C形或D形时，应结合该工程或该地段的地质资料和钻孔岩心情况进行分析，并在工程地质报告中加以说明cS.O.8 单位吸水量应按下式计算:-一L.P 式中:单位吸水量(Umin.m2);Q一钻孔压水的稳定流量(min);P一该试段压水时所加的总压力(N/cm2);L一试段长度(m)。(5.0.8)S.O.9 当需要根据压水试验成果计算岩体渗透系数时，可按本标准附录C的公式计算。5.0.10 压水试验记录宜采用统一的格式，按本标准附录D执行。.306.附录A管路压力损失测定A.0.1 当使用钻杆作为单管桂栓塞的工作管，且钻杆内径与接头内径不一致时，应实测管路压力损失。A.O.2 测定压力损失所用的钻杆和接头应与实际使用的规格一致。A.0.3 测试管路为两套，每套管路总长度不少于40m，第一套与第三套的长度相差不大于O.2m，但接头数相差3副以上。A.O.4 管路应平置于地面，末端高于首端，两端安装压力表，末端安装流量计，流量计后的出水口庇抬高1-2m，实测两端压力衷的高差。A.O.5将不同流量的水输入管路，流量范围10-100Ll mln，由!点不少于15个，宫路两端的压力差即为该流量下的管路压力损失。A.O.6 每套管路的实测工作应进行两次，取其千均值。A.O.7 绘制两套管路的压力损失与流量关系曲线，量得各流量值相应的Ps Q 压力损失差P，(图A)。圈A压力损失与流量关系曲线A.O.8 各种流量下每副接头的压力损失用下式计算:P P,;=一(A.O.8)n 式中:凡一某流量下每副接头的压力损失(MPa);P，-该流量下两套管路的压力损失差(MPa);n一两套管路接头数之差。A.O.9 从各种流量下的管路压力损失中减去接头的压力损失，计算出各种流量下每米钻杆的压力损失值。.307.A.O.10 编制出各种流量1每米钻杆及每副接头的压力损失图或表。附录B混凝土塞位灌制法B.0.1 当岩石风化破碎，枪塞止水困难时，可采用灌制混凝土塞f枉法进行压水试验OB.o.2 用较大孔径(其直径比下部拟进行压水试验的孔段宦径至少大20mm)钻入风化破碎岩石内2m以上。B.0.3 向孔底注入水泥砂浆，高度不小于2mo必要时将护壁套管插至孔底。B.0.4 待凝足够时间后，钻开混凝土及下部孔段，将枪塞置于1昆凝土段或套管内进行压水试验。B.0.5 如待试于L段己钻开，则在扩孔灌注混凝土之前，应首先用中粗砂将待试孔段填实。钻开?昆凝土后，清除试段内填哇!、，进行压JJ(试验3附录C用压水试验成果计算岩体渗透系数C.0.1 当试段位于地下水位以下，透水性较小(q lOLu),P-Q曲线为A(层流)型时，可接下式计算岩体渗透系数:K:;:.ln主27rHLf 式中K岩体渗透系数(m/d);Q 压人流量(min);H一试验水头(m);L一试段长度(m);r一钻孔半径(m)0 c.O.2 当试段位于地下水位以下，透水性较小，P-Q曲、EF咱 OU FU/，、308.线为B(紊流)型时，可用第一阶段的压力P.(换算成水头值.以米汁)和流量Q.代入式(c.O.1)近视计算惨透系数叫c.O.3 当透水性较大时，宜采用其他水文地质试验方法测定岩体渗透系数c附录D钻孔压水试验记录表格D.O.l 表。1、表D2每个钻孔一页，表Dl为钻孔压水试验记录册封面格式，表D2为钻孔压水试验成果表格式c表D3、表D4为每个试段一页啕表D3为试段安装记录及P-Q由线格式，表D4为试段记录格式。D.0.2 钻孔结束后，应将上述记录表格装订成册并存档。.309.310 工程阶段钻孔压水试验记录钻孔编号钻于L位置坐标:地耐高理施工机组值班地质员项日负责人试验日期:年月日至勘察单位xx x x x咒xx 表D1年月日钻孔压水试验成果表表D2试验段P-Q试段试验日期编号|深度(m)I试段长度|高程(m)曲你型透水率起1止(m)起1止q(Lu)试验情况综合说明:值班地质员:项目负责人:311.衰。3-一号孔一-一试段安装记录洗孔情况试段描述中全塞类型工作管记录r.7.K效果曲线类型透水率lf-算 312.号钻孔E水试验记录表表D4试段编号:一一自m至m 段长m 水柱压力MPa 时间压力流量时间压力流量(min)(MPa)mm 压(min)(MPa)I./min 压居l总力阶压隔 时间力i表71妻t 流段时分表损力压!可损失失力数量力价压压，总主革流力段时分损 表失力 损失压力量一-一i 一一一1 一水1tJ:观测记录表时间测点至测点地面至水位高出;j(i立备时分深度地面深度r王(m)(m)(m)下-寒前下塞卜一一后.313 附录E本规程用词说明E.0.1 为便于在执行本规和条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下:(1)表示很严格，非这样做不可的用词:正面词采用必须反面i可采用严禁。(2)表示严格，在正常情况下均应这样做的用词:正面词采用应反面词采用不应或不得。(3)表示允许稍有选择，在条件许可时，首先应这样做的用词:正面词采用宜反面词采用不宜表示允叶有选择，在一定条件下可以这样做的用词采用可。E.O.2 规程中指定应按其他标准、规范执行时，写法为应符合的规定或应按执行.314 条文说明1总则测定岩体渗透a性的方法有压水试验、注水试验、抽水试验等，其中压水试验是最常用的在铀孔内进行的岩体原位渗透试验。压水试验成果主耍用于评价岩体的惨透特性(透水率大小及其在不同压力下的变化趋势)，并作为渗控设计的基本依据。当条件简单时，也可用于渗漏计算。3 仪器设备3.1 止水栓塞3.1.1 试验结果表明，当栓塞长度达到7.5倍钻孔孔径时，绕渗量增加速度喊缓。伯利斯(J.仨.Bliss)和拉许顿(K.R.Ru日hton)用数学模型研究栓塞长度的影响，得出类似的结论。因此，规程中规定止水栓塞长度不小于试骑钻孔孔径的8倍。此外，从保持枪塞附近岩体的渗流稳定性角度出发，也要求栓塞有一定的长度O3.1.2 水压式和气压式栓塞的共同特点是胶囊易与孔壁紧贴，即使在孔壁不太平直的情况卜，也能实现面接触，且栓塞较长、止水可靠性好，对不同孔径、孔深的钻孔均能适应，操作比较方便。因此本标准建议优先选用气压式或水压式栓塞。3.2 供水设备3.2.1 对供水设备的基本要求是压力稳定、出水均匀，在lMPa压力下流量能保咛100Umino应当指出，上述供水能力只能使岩体透水率小于20Lu的试段达到预定的最大试验压力lMPao因此，当岩体透水性普遍较大肘，应选用供水能力更大.316 的水泵03可采用往复式水泵时，h立在出水口处安设容积不小于5L的宿、压空气室，以提高出水口压力的稳定性。3.2.2 为了保持试验用水清洁，吸水龙头外应包设i:H虑网，并与水池底部保持不小于o.3川的距离。供水调节阀门应灵活可靠，使压力能迅速调整至预定值。3.3 量测设备3.3.1 压力表目前仍是主要的测压工具。为了保证量测精度，压力表的量测范围应控制在极限压力值的1/3至3/4之间。鉴于吕荣试验所用的压力值变化幅度较大，为满足t述要求，试验期间应更换压力表。当用压力传感器测定试验压力时，其量测范围应大于最大试验压力。3.3.2 目前我国在压水试验时所用的流量计实际上是表示累计水莹的水表，这种水表只有和测时计联合使用，才能算出流量值。少部分单位采用电磁式流量计，效果较好。值得说明的是用普通水表作压水试验，在试验压力较大时，存在安伞隐患c因此，规程规定流量计应在1.5MPa压力下能正常工作。在压水试验降压阶段，有时会出现回流，为了记录回流情况和消除回流的影响，要求流量计能1m远正、反向流量。3.3.3 为了提高压水试验工作技术水干，保证用水试验成果质量，规程规定宜使用自动记录仪进行压水试验。3.3.4 地下水位培m设备，要求测头绝缘良好能灵敏可靠地反映地下水位的真实位置，不受孔壁附着水或孔内水滴的影响。导线易变形伸长，故1世经常检im，.317.4 操作方法4.1 基本规定4.1.1 试验方法与试段长度1 常用的压水试验方法是用单栓塞隔离试段，随着钻孔的加深自上而下分段进行。本标准推荐此方法作为基本的压水试验方法。同时还规定，可以使用双栓靠进行压水试验，其主要优点是:(1)试验工作和钻探工作可以部分或全部分离，因而可提高工效;(2)可以根据孔内实际情况合理地确定栓塞置放位置和试段长度，试验成果与地质条件之间的相关性较好。2 本标准规定试段长度宜为5m。试验段是编制渗透剖面图的基本单位。目前的压水试验，求得的透水率是试段的平均值，如试段过长，势必影响成果的精度;如试段过短，又会增加压水试验的次数和费用。国外有关规程中规定的试段长度在3-6m之间，多数为5m，与我国规定基本上一致。在实际操作时，由于诸多因素的影响，试段长度通常不是整数。对于地质掏造条件特殊(如断层、裂隙密集带、岩溶洞穴等)的孔段，应根据具体情况确定试段的位景和长度，同时还应考虑下一试段栓塞止水的可靠性。4.1.2 压力阶段与压力值1 本条规定压水试验按三级压力、五个阶段进行。原因如下:(1)多阶段试验的目的大量试验资料表明，压水试验时的压力流量关系并非都是线性的。多阶段循环试验，就是通过测定试段的压力一流量的关系，分析其产生变化的原因，测定岩体的透水性，判断岩体在灌.318.浆期间及运行期间在水(浆)压力可能出现的状态改变。多阶段试验还提供了资料相互校核的机会，提高了资料的可靠性。(2)压力阶段数英国场地勘察标准(BS5930:1981)采用三级压力五个阶段，即Pl-p2-p3-P4(=p2)一月(=Pl),PI p2 P30 美网里务局原位测定岩体渗透性的压水试验建议方法(RTH381)采用五级压力八个阶段，即Pl-p2-p3-P4-P5-P6(=Pl)-p7(阿)-P8(P5),P1 月p3 P4 P5。其目的是通过试验较准确地求得P-Q曲线的非线性度m(lgP一19Q图上的斜率)。日本建设省昌荣试验技术准则)(1984)采用五级压力九个阶段，即Pl-P2一月一P4月-P6(=P4)-P7(=P3)-P8(二月)-月(=Pl),Pl p2 侣Q5 例。(2)解释: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。流量显著增大且不能恢复原状，多半是由于岩石劈裂且与原有的裂隙相通或裂隙中的充填物被冲蚀、移动造成的。5 E(充填)型(1)曲线特征:P-Q曲线中，升压曲线为直线或内向Q轴的曲线，降1王曲线与升压曲线不重合，位于升压曲线的左侧，整个P-Q曲线呈逆时针环状。E型曲线的关键之点在于Q4Q室，Q5 Ql 0(2)解释:试验期间裂隙状态发生了变化，岩体渗透性减小，这种减小太多是由于裂隙被部分堵塞造成的o此外，如裂隙处于 324 学封闭状态，当被水充满后，流量ElP逐渐减小，甚至趋近于零。其曲线特点是:升压曲线凸向。轴，降压曲线凸向P轴05.0.5 本条规定了试段透水率的计算方法及其精度透水率取第兰阶段压力，流量数据(P3、Q3)进行计算，主要原因是该组数据最接近于吕荣值的定义压力。透水率取两位有效数字，这与压水试验可能和需要达到的精度是一致的。5.0.6 P-Q曲线类型是反映试段岩体渗透特性的重要资料，本条规定同时用透水率和P-Q曲线类咽来表示该试段的压水试验成果。5.O.7 当P-Q曲线为C型或D型时，表明在最大试验压力(凹)范围内，流量出现显著增大，试段的裂隙状态产生变化(梨隙扩张线丑为jC型或D型的试段比例较大，作为一种地凰质-现象应当寻引|起足够言贾袁视O此时应结合该工程或该地段的地质情况(地层-轩性、地质构选斗溶等)租钻子L岩心情况进行分忻，找出流量显著增大的地质原囚，可./，:工程地质报告中加以说明。必要时可在勘探阶段或灌浆试验中安排一定数量的专门性试验，确定岩体的临界压力。5.O.8 单位吸;，K量是指该试验每分钟的漏水量与段长L和压力P乘积之比。一个压力点试验求出的值，往往低于实际的值，对工程而言是偏于安全的。下面给出单位吸水量与岩石裂隙系数的关系，见表5.0.80单位吸水量与裂醋系数的关系表5.0.8单位吸水量裂隙系数岩体评价0.001 0.5 0.g 破碎岩体注:裂隙系数是岩石弹性模最与岩体弹性模量之差与岩辛1模量的比值丁.325 5.0.9 在各种教科书和于册中，计算渗透系数的公式很多，如霍斯列夫(Horslev)公式、莫伊(Moye)公式、巳布什金(Ea6YlIIKMH)公式等。这些公式都以渗流服从达西定律为基本前提，只是对边界条件的假设不同。因此，不同公式的计算结果，差别大致在土20%之内。而当岩体渗透性较大时，用压水试验法和抽水试验法求得的渗透系数相差可达数十倍至百余倍。因此，仅当透水率较小(q lOLu)，且P-Q曲线为A(层流)型时，才可以用附录C所列的霍斯列夫公式计算渗透系数。.326.