水文地质参数的野外试验研究范文

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1试验方法及基本原理

1.1抽水试验抽水试验是指在选定的钻孔中或竖井中，对选定含水层抽取地下水，形成人工降深场，利用涌水量与水位下降的历时变化关系，测定含水层富水程度和水文地质参数的试验。抽水试验按孔数可分为单孔抽水试验、多孔抽水、群孔干扰抽水；按水位稳定性分为稳定流抽水试验和非稳定流抽水试验方法；按抽水孔类型分为完整井和非完整井。文中对试验钻孔进行了稳定流抽水试验。现在人们在计算渗流参数、潜水井水位和流量时常用的稳定流抽水公式是由法国水利学家裘布依于1863年提出的。裘布依为简化复杂的潜水流而作的裘布依假定至今仍是研究潜水流的一个有力的工具。裘布依根据普龙纳的管渠水利学公式：式中：i-渠底倾角的正弦。在管渠断面不变时，该倾角应与水面坡度相等；χ-水流的截面积；ω-湿周；υ-流速；α、β-取决于界面糙度的系数。裘布依将含水层假想为无数微细管渠的集合，其中任一管渠中的流速和水力坡度的关系均可用图1表示，继而又假定在一垂直截面（图2中垂直于x轴的虚线）内这些微细渠道均处于相同条件下，故在该截面内任一孔隙，即任一微细渠道的水力坡度及流速均相同。由此得出式（1）中的i、υ，可以代表整个垂直截面上任一点水力坡度及流速。再则，在地下水流速很小的前提下，略去式（1）中的二次方项βυ2，即：裘布依认为潜水层的底板是水平的，式（1）中的倾角可以用潜水面代替，而潜水面倾角的正弦就是水力坡度i。由于潜水面的倾角一般很小，认为正弦也可以用正切来代替。则可改写成：-dy/dx=ηυ设流过单位宽度的垂直截面的流量为q，而υ=q/εy，ε为含水层的孔隙率。又令η''''=η/ε，则：构成这基础的假定条件概拈起来就是：（1）在垂直截面中不同深度各点的水力坡度均相等；（2）该水力坡度就等于该截面的动水曲面的曲面坡度。以上两点就是一般通称的裘布衣假定。除此之外，裘布衣还假定含水层是一平底的圆柱侧面上保持常水头h0；一完整井恰位于圆柱的轴心；井水面与井壁的潜水面相重合，即不存在“渗出段”（图2）。这样，图1中的直角座标应易以圆柱坐标；而垂直于x轴的垂直截面也应代之以垂直于r平面的圆柱截面。该截面积为2πrh，通过该截面积的流量为Q，它与q的关系为Q=2πrq，于是，式（3）可变为：式中，Q由R流至rw时，一直保持常量，即与r无关。将上式积分，以图2所示的边界条件代入，且将η''''易以k，式（5）即为推得潜水稳定流的裘布依公式：

1.2常规压水试验钻孔压水试验室用止水栓赛，把一定长度（一般为5m）的孔段隔离开，然后施加一定的水头，向进行该试验的钻孔压水，水从钻孔壁的岩体裂隙向四周渗透，最终渗透水量趋于一个稳定值。其方法常是自上而下随着钻孔的钻进分段进行。当保持一定压力水头，渗透流量趋于稳定后，根据压力水头、稳定流量和试验段长度，即可计算岩体单位吸水量（ω）值：ω=Q/SL（6）式中：Q为压入水量，单位为L/min；L为试验段长度，单位为m；S为试验压力，以水柱高度计，单位为m；ω为单位吸水量，单位为L（/min•m•m）,国外常用吕荣（Lu）表示，1Lu一般相当于单位吸水量ω为0.01L/（min•m•m）时的渗透量。

2工程应用

辽宁省某地质勘察中，需要查明相关岩体渗透系数及透水性等相关的水文地质参数。勘察资料显示勘察区内的第四系孔隙潜水主要受大气降水、基岩裂隙水及地表水体补给，径流条件较好，富水性较好，主要以径流、蒸发方式排泄，且勘察区内第四系孔隙潜水流向总体上是向东排入浑江，河漫滩区地下水与浑江水是互相补给关系。

2.1野外抽水试验由于钻孔内水量较小，故采用提筒进行简易抽水试验。流量用具为圆桶，试验类型为稳定流抽水试验。试验工作包括洗孔、安装抽水设备和测试器具、量测静止水位、试验观测、水温观测、恢复水位观测等。此次野外试验中对每个孔均进行了抽水试验，并进行了三个降深，以孔ZK3为例，利用稳定流抽水试验的原理，计算得到的抽水试验结果，见表1。根据钻孔岩芯资料，表层的强风化基岩风化裂隙发育，利用钻孔抽水试验结果与已有区域资料，根据测得的强风化～中风化岩体渗透系数，可以判定该钻孔区域内的岩体属于弱透水岩体。

2.2野外压水试验本次野外试验采用单栓塞压水试验设备随钻井进行。压水试验工作包括洗孔、下置栓塞隔离试段、水位测量、仪表安装和压力、流量观测等步骤。其中供水设备采用BW-160型活塞往复泵，最大流量160L/min，压力1.8Mpa。试验中洗孔采用抽水和压水联合洗孔法。以钻孔ZK4为例，本次勘察进行的压水试验，采用了单栓塞进行止水，共完成11个压水试验段。试验段长度为5～10m，按三级压力、五个阶段进行。利用常规压水试验的原理，计算得到的压水试验结果，见表2。压水试验的结果表明，ZK4孔的P-Q曲线类型表现为层流型，因此可以认为裂隙状态在试验过程中没有发生变化。从试验结果中可以看出，微风化岩体透水率为0.00～6.19Lu，大部分属微透水～极微透水，局部为弱透水，并且透水性随深度的增加而逐渐降低。

3结束语

文章结合辽宁省某地质勘察的野外试验，测定了该地区岩体渗透系数及透水性等相关的水文地质参数，首先在试验钻孔内进行稳定流抽水试验，根据现场稳定流抽水试验资料确定含水层的渗透系数，判断了岩体的渗透特性。其次，在不易进行抽水试验的钻孔中进行了常规压水试验，得出该钻孔区域内岩体的渗透系数及渗透特性。通过野外试验的成果分析可知，抽压水试验是确定含水层水文地质参数是野外水文地质工作中较为行之有效的方法。

作者：郑小林单位：江苏省核工业二七二地质大队