中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 610072
摘要：钻孔压水试验是测定裂隙岩体的渗透性能的一种原位测试方法，以便进行岩土的渗透性分级，为坝基及其它建筑物防渗设计，排水设计提供主要的水文地质参数。
关键词：钻孔压水试验；影响因素；渗透性；栓塞、
1、前言
钻孔压水试验是用栓塞将钻孔隔离出一定长度的孔段，并向该孔段压水，根据一定时间内压入水量和施加压力大小的关系来确定岩体透水性的一种原位渗透试验[1]。钻孔压水试验按水利水电工程钻孔压水试验规程进行，测试段长 ５ m，采用逐级加压的方式对试验段加压，每级压力稳定时间为 ５ min，分 ０ → ０ ．３ → ０ ．６ → １ ．０ → ０ ．６ → ０ ．３ MPa ５ 个压力阶段进行试验。试验全采用单栓塞止水，每 ５ m 一个试验段。压水试验的主要成果是透水率和 P ～ Q 曲线。透水率采用最大压力阶段的压力值和流量值，由下式计算：
q ＝Q/L S
式中：q为岩体透水率；Q 为最大压力阶段流量，L／min；L 为试验段长度 m；S 为最大压力阶段压力值。压水试验采用多个压力阶段，因为在不同的压力下，岩体裂隙内的渗流状态是不相同的，岩体裂隙的状态（开度、充填物的位置等）会发生变化，因而其渗透性也会发生变化。根据压水试验，得出各级压力与流量之间的关系，画出 P ～ Q 关系曲线，再依曲线形状可以分为 ５ 种类型：A 型（层流型）、B 型（紊流型）、C 型（扩容型）、D 型（冲蚀型）、E 型（充填型）。每种曲线代表一种渗流形式。另外，还有与这 ５ 种曲线都不同的不规则型。影响压水试验成果的因素较多，归纳总结主要表现为以下几方面。
2压水影响因素
2.1施工设备：不同施工钻进工艺对压水成果有一定影响：金刚石钻进成孔是目前使用较广的造孔工艺，此法造孔的孔壁光滑完整，产生的岩粉也较少，其次是合金钻头钻进，而碾砂钻进成孔、潜孔锤钻进成孔等工艺因其所造成的钻孔孔壁粗糙，且在钻进过程中机械破碎严重，岩粉也较多，容易堵塞岩层裂隙，同时也加大了洗孔的难度，故不宜采用。
供水设备目前勘探钻孔多采用双缸或三缸往复式水泵供水，这种泵流量和压力具有较大的脉动性，不能满足压水试验要求供水设备要出水均匀、压力稳定的要求。因此压水试验应在水泵出口处安装稳压空气室，其容积应大于5L；保证供水水泵出水均匀，压力稳定，并能保持压力表指针的摆动幅度允许偏差为正负2格最小刻度。
2.2栓塞设备：栓塞隔离的有效性决定着压水试验成败的关键，试验中确定栓塞有效性的方法为先测定稳定水位，下入栓塞使其工作后，在压水试验过程中，采用万用表测定孔内水位是否有变化，如果孔内水位上升较大或水返出钻孔孔口，说明栓塞工作失效或有存在绕塞渗漏的可能性。这时需要对照栓塞位置岩芯或有条件时查看孔内电视，看是否有陡裂存在，判断是绕塞渗漏还是栓塞失效，从而重新设置栓塞位置，使其有效性得以保证。对于岩体破碎段或栓塞止水困难段，可以适当增加段长变化位置或设置混泥土塞。混泥土塞的设置，水泥待凝时间长，影响造孔进度，且在扫孔过程中钻进需平稳，避免造成混泥土塞的破坏。
2.3读数误差：目前压水试验流量和压力测读多为人工操作，由于供水设备具有上述脉动性强的特征，使得人工记读存在采集数据不稳定、误差大、数据处理效率低、劳动强度高的问题，造成数据精度不高。为避免这方面的误差，有条件尽量采用集成化、读数精度高的自动采集仪，如流量计、压力计直接测读。
2.4计算过程：压力零点的取值，规范已明确规定，影响取值的关键因素是地下稳定水位的量测准确性。沿程压力损失的计算，当压水流量值（一般Q≥15L/min）较大时，必须考虑到压力损失给压水试验透水率的计算带来较大的误差，特别是低压压水试验，压力损失占比高，从而影响到P~Q曲线的分类[2]。吕荣值计算压力阶段的选择：规范规定采用最大压力阶段下的流量值和压力值进行计算。但是随着压力的增高，各种软弱结构面可能会张开或扩展，从而影响裂隙岩体的渗透性[3]，张新敏等[4]和蒋中明等[5]通过对高压压水试验孔周围岩体中的水流形态分析研究，张世殊[6]钻孔常规压水与高压压水试验成果比较，表现出对于同一试验段，高压压水试验计算的岩体透水率反而比常规压水试验计算的透水率小，有必要探讨高压压水条件下渗透系数的计算方法与取值问题。
实例：
坝区河床ZK102、ZK106钻孔在相同段内分别开展了常规压水试验及高压压水试验，主要了解高水头压力下岩体透水率。高压压水试验采用的最高压力为5MPa，试验压力依次为1.0－3－5－3－1.0MPa。压水试验成果见表1
从统计表中可以看出，在Lu＜1常规压水33段，占比80%，高压压水35段，占比76%，Lu=1~3的常规压水占比1段，占比2.4%，高压压水7段，占比15%；Lu＞3的常规压水占比7段，占比17%，高压压水1段，占比2.1%。总体表现高压压水计算吕荣值偏小与常规压水吕荣值。
3结论：
1、岩体的渗透系数是反映岩体渗透性大小最本质的水力学参数，也是设计的依据。影响岩体渗透性的因素多种多样，常规压水试验过程及成果资料整理计算只要严格按《水利水电工程钻孔压水试验规程》进行，结果能满足生产性要求。
2、栓塞的有效性是压水试验成功与否的关键，试验过程中要有其保证措施。
3、高压压水与常规压水渗透系数的计算方法有待研究与探讨。
参考文献
[1]DLT 5331-2005 水电水利工程钻孔压水试验规程
[2]刘 萍 郑文晓：压水试验中压力损失的计算方法及探讨
[3]张有天． 岩石水力学与工程［M］． 北京：中国水利水电出版社，2005．
[4]张新敏，蒋中明，冯树荣，等． 岩体高压压水试验的渗透系数取值方法探讨［J］． 水力发电学报，2011，30（1）：115 ～159．
[5]蒋中明，冯树荣，傅胜，等． 某水工隧洞裂隙岩体高水头作用下的渗透性试验研究［J］． 岩土力学，2010，31（3）：673 ～676．
[6]张世殊． 溪洛渡水电站坝基岩体钻孔常规压水与高压压水试验成果比较［J］． 岩石力学与工程学报，2002，21（3）：385 ～387．
[7]高建祥：（1977~）工程师，主要从事工程地质工作
论文作者:高建祥
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/24
标签：压力论文; 栓塞论文; 钻孔论文; 渗透性论文; 透水论文; 裂隙论文; 常规论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;