第2章 水文地质试验与观测
1 概述
在岩体上或岩体内修建水工建筑物时，必须研究建筑物附近及其影响范围内岩体的透水性。测定岩体渗透性的方法有压水试验、抽水试验、注水试验和连通试验等。这些试验统称水文地质试验，都是在钻孔内进行的原位渗透试验。
2 压水试验
2.1 概述
(1) 钻孔压水试验的主要任务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。
(2) 本规程适用于水利水电工程地质勘察中的常规性压水试验工作。
(3) 钻孔压水试验除应符合本规程外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。 2.2 基本概念
(1) 钻孔压水试验
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) 试段长度
栓塞底部至孔底或两栓塞之间，试验时水可以进入岩体的孔段长度。 (3) 试段压力
作用在试段内的实际平均压力。 (4) 管路压力损失
水流经工作管路因水力摩阻而损失的压力值。 (5) 栓塞
将钻孔隔离出单独孔段的试验设备。 (6) 透水率
表达试段岩体透水性的指标。 (7) 吕荣(Lu)
透水率的单位，当试段压力为1MPa时每米试段的压入水流量(L/min)。 (8) 符号含义
L——试段长度(m)； P——试段压力(MPa)； Pp——压力计指示压力(MPa)； Ps——管路压力损失(MPa)； Lp——工作管长度(m)； d——工作管内径(m)
2
v——管内流速(m/s)； g——重力加速度，g＝9.8m/s； q——透水率(Lu)； Q——压入流量(L/min)； K——岩体渗透系数(m/d)； H——试验水头(m)； ro——钻孔半径(m)。 2.3 基本规定
2.3.1 试验方法与试段长度
(1) 钻孔压水试验应随钻孔的加深自上而下地用单栓塞分段隔离进行。岩石完整、孔壁稳定的孔段，或有必要单独进行试验的孔段，可采用双栓塞分段进行。 (2) 试段长度宜为5m。
含断层破碎带、裂隙密集带、岩溶洞穴等的孔段，应根据具体情况确定试段长度。 相邻试段应互相衔接，可少量重叠，但不能漏段。残留岩芯可计入试段长度之内。 2.3.2 压力阶段与压力值
(1) 压水试验应按三级压力、五个阶段[即P1－P2－P3－P4(=P2)—P5(＝P1)，P1 1 当用安设在与试段连通的测压管上的压力计测压时，试段压力按式(2.3—1)计算： P＝Pp+Pz (2.3—1) 式中 P——试段压力(MPa)； Pp——压力计指示压力(MPa)； Pz——压力计中心至压力计算零线的水柱压力(MPa)。 2 当用安设在进水管上的压力计测压时，试段压力按式 (2.3—2)计算： P=Pp+PZ－PS (2.3—2) 式中 Ps——管路压力损失(MPa)； 其余符号同式(2.3—1)。 (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，压力计算零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中点的水平线； 3 当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 当工作管内径一致，且内壁粗糙度变化不大时，管路压力 损失可用式(2.5)计算： (2.5) -4 -4 式中 λ——摩阻系数，λ＝2×10MPa/m～4×10MPa/m； lP——工作管长度(m)； d——作管内径(m)； v——管内流速(m/s)； 2 g——重力加速度，g＝9.8m/s。 2 当工作管内径不一致时，管路压力损失应根据实测资料确定。实测方法按本规程附录A执行。 2.3.3 试 验 钻 孔 (1) 压水试验钻孔的孔径宜为59mm～150mm。 (2) 压水试验钻孔宜采用金刚石或合金钻进，不应使用泥浆等护壁材料钻进。在碳酸盐类地层钻进时，应选用合适的冲洗液。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。 2.3.4 试验用水与试验人员 (1) 试验用水应保持清洁，当水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。 2.4 试 验 设 备 2.4.1 止 水 栓 塞 2.4.1.1 止水栓塞应符合下列要求： 1 栓塞长度不小于8倍钻孔直径； 2 止水可靠、操作方便。 2.4.1.2 宜采用水压式或气压式栓塞。 2.4.2 供 水 设 备 2.4.2.1 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1MPa压力下，流量能保持100L/min。 水泵出口应安装容积大于5L的稳压空气室。 2.4.2.2 吸水龙头外应有1层一2层孔径小于2mm的过滤网。吸水龙头至水池底部的距离不小于0.3m。供水调节阀门应灵活可靠，不漏水，且不宜与钻进共用。 2.4.3 量 测 设 备 (1) 测量压力的压力表和压力传感器应符合下列要求： 1 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1/3～3/4； 2 压力传感器的压力范围应大于试验压力。 (2) 流量计应能在1.5MPa压力下正常工作，量测范围应与水泵的出力相匹配，并能测定正向和反向流量。 (3) 宜使用能测量压力和流量的自动记录仪进行压水试验。 (4) 水位计应灵敏可靠，不受孔壁附着水或孔内滴水的影响。 水位计的导线应经常检测。 (5) 试验用的仪表应专门保管，不应与钻进共用，并定期进行检定。 2.5 现场试验 2.5.1 试 验 程 序 2.5.1.1 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。 2.5.1.2 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。 2.5.2 洗 孔 2.5.2.1 洗孔应采用压水法，洗孔时钻具应下到孔底，流量应达到水泵的最大出力。 2.5.2.2 洗孔应至孔口回水清洁，肉眼观察无岩粉时方可结束。 当孔口无回水时，洗孔时间不得少于15min。 2.5.3 试 段 隔 离 2.5.3.1 下栓塞前应对压水试验工作管进行检查，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。 2.5.3.2 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0.2MPa～0.3MPa，在试验过程中充气(水)压力应保持不变。 2.5.3.3 栓塞应安设在岩石较完整的部位，定位应准确。 2.5.3.4 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，其范围不应超过上一次试验的塞位。灌制混凝土塞位的方法按本规程附录B执行。 2.5.4 水 位 观 测 2.5.4.1 下栓塞前应首先观测1次孔内水位，试段隔离后，再观测工作管内水位。 2.5.4.2 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2次均小于5cm/min时，观测工作即可结束，用最后的观测结果确定压力计算零线。 2.5.4.3 在工作管内水位观测过程中如发现承压水时，应观测承压水位。当承压水位高出管口时，应进行压力和涌水量观测。 2.5.5 压力和流量观测 2.5.5.1 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。 2.5.5.2 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。 2.5.5.3 流量观测工作应每隔lmin～2min进行1次。当流量无持续增大趋势，且5次流量读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1L/min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。 2.5.5.4 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。 2.5.5.5 在降压阶段，如出现水由岩体向孔内回流现象，应记录回流情况，待回流停止，流量达到本规程5.5.3规定的标准后方可结束本阶段试验。 2.5.5.6 在试验过程中，对附近受影响的露头、井、硐、孔、泉等应进行观测。 2.5.5.7 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。 2.6 试验资料整理 2.6.1 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率等。 2.6.2 绘制P－Q曲线时，应采用统一比例尺，即纵坐标(P轴)lmm代表0.01MPa，横坐标(Q轴)lmm代表1L/min。 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。 2.6.3 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2.0.3。 表2.0.3 P－Q曲线类型及曲线特点表 类型名称 A(层流)型 B(紊流)型 C(扩张)型 D(冲蚀)型 E(充填)型 P-Q曲线 升压曲线为通过原点的直曲线特点 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 2.6.4 当P－Q曲线中第4点与第2点、第5点与第1点的流量值绝对差不大于1L/min或相对差不大于5％时，可认为基本重合。 2.6.5 试段透水率采用第三阶段的压力值(P3)和流量值(Q3)按式(2.0.4)计算： q= Q3 (2.0.4) LP3式中q——试段的透水率(Lu)； L——试段长度(m)； Q3——第三阶段的计算流量(L/min)； P3——第三阶段的试段压力(MPa)。 试段透水率取两位有效数字。 3 抽水试验 3.1 概述 3.1.1 为统一水利水电工程钻孔抽水试验方法，确定含水层渗透性及了解相关水文地质条件，制定本标准。 3.1.2 本标准适用于水利水电工程地质勘察中的钻孔抽水试验工作。 3.1.3 本标准的引用标准主要有以下标准： 《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50287) 《供水水文地质勘察规范》(GB 50027) 《水利水电工程钻探规程》(SL 291) 《水利水电工程地质观测规程》(SL 245) 3.1.4 水利水电工程钻孔抽水试验除应符合本标准外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。 3.2 基本概念 (1) 降深 抽水时的地下水位下降值，为天然静水位与动水位之差。 (2) 钻孔抽水试验 从钻孔中抽水并根据其出水量与降深的关系，确定含水层渗透性及了解相关水文地质条件的一种原位试验方法。 (3) 稳定流抽水试验 抽水过程中，要求出水量和动水位同时出现相对稳定，并延续一定时间的抽水试验。 (4) 非稳定流抽水试验 抽水过程中，保持出水量固定，观测动水位变化；或保持降深固定，观测出水量变化的抽水试验。 (5) 抽水孔 试验中用作抽水的钻孔。 (6) 观测孔 试验中专门设置的用作观测动水位的钻孔。 (7) 完整孔 进水段完全穿透含水层的抽水孔。 (8) 非完整孔 进水段仅穿入含水层一部分的抽水孔。 (9) 单孔抽水试验 只在一个抽水孔中抽水并测量出水量与降深值的抽水试验。 (10) 多孔抽水试验 除在一个钻孔中抽水和测量出水量与降深外，还布置观测孔观测动水位的抽水试验。 (11) 降落漏斗 在抽水孔周围形成的漏斗状地下水位面(水压面)的下降区域。 (12) 动水位 抽水过程中随出水量和时间变化而变化的地下水位(水头)。 (13) 过滤器 设置于抽水孔中进水段部位，用于护壁、滤水和防止涌砂的装置。 (14) 符号含义 B——越流因数。