岩体渗透参数快速测试技术

周志芳王锦国河海大学地球科学与工程学院岩体渗透参数快速测试技术2013年度水利水电工程地质勘察管理与技术研讨会一、岩体渗透性特点二、常用的测试技术三、振荡试验测试原理四、振荡试验测试渗透系数张量五、测试系统（仪器）报告提纲岩体渗透性特点强烈的非均质性获得各种渗透性介质的参数，需要大量的试验！岩体渗透性特点强烈的各向异性岩体中任意一点的渗透系数为一张量，如何通过测试获得？岩体渗透性特点多尺度特性裂隙岩体岩块尺度结构面尺度岩体尺度一、岩体渗透性特点二、常用的测试技术三、振荡试验测试原理四、振荡试验测试渗透系数张量五、测试系统（仪器）报告提纲常用的测试技术压水试验常规压水试验高压压水试验交叉孔压水试验三段压水试验优点：直观、与工程灌浆联系紧密

可适用于非饱和带、低渗透性岩体缺点：耗时相对较长、成本高

不能直接得到渗透系数常用的测试技术抽水试验稳定流抽水试验非稳定流抽水试验注水试验优点：经典理论、可直接求得渗透系数缺点：耗时较长、成本高

大多数低渗透性岩体中不适用一、岩体渗透性特点二、常用的测试技术三、振荡试验测试原理四、振荡试验测试渗透系数张量五、测试系统（仪器）报告提纲振荡试验测试原理基本概念通过瞬间井孔内微小水量的增加（或减少）而引起井水位随时间的变化规律确定含水层水文地质参数的一种简易方法。气压激振水流振荡波渗流运动激发钻孔内水位变化的方式有：抽水式、注水式、气压等。振荡试验测试原理优缺点优点：更简便、经济；精度完全能够满足实际测定含水层渗透系数的需要。缺点：无法在非饱和带进行试验。适用范围适用于确定井孔附近小范围含水层的水文地质参数；测试范围：1.0×10-6cm/s~2.6×10-1cm/s（介质的阻尼系数介于0.2~5之间）计算原理假设：(1)承压含水层等厚，含水层顶、底板隔水；(2)含水层均质、各向同性；(3)柱坐标系的原点取为含水层顶面与井孔轴线的交点；(4)试验井为完整井；(5)井孔100％有效。承压含水层中振荡试验示意图振荡试验测试原理振荡试验测试原理无量纲关系曲线图无量纲阻尼系数小于1时，系统欠阻尼；大于1时，系统是过阻尼反应。等于1时，系统为临界阻尼。无量纲阻尼系数大于5时，惯性的影响可忽略，这时适用Cooper法。小于0.2时，适用VanderKamp的近似解。本方法适用无量纲阻尼系数介于0.2～5.0之间。振荡试验测试原理与抽水试验的比较振荡试验的水位动态过程一般都在很短的时间内完成，无论是承压还是无压含水层，反映的是含水层的弹性释水或贮水性能。由于井内是“微水”变化，因此井孔内变化水头的影响范围一般只局限在井孔试段附近的含水层，确定的参数也只代表井孔试段附近含水层的渗透性。

抽水试验反应的是影响半径范围内岩土体的渗透特性。振荡试验测试原理与抽水试验的比较振荡试验测试原理与压水试验的比较（a）岩性分布

（b）裂隙分布

（c）压水试验渗透系数

（d）Slugtest渗透系数起始~终止埋深/m试段长度/mLu值渗透系数/(cm/s)K1/K2岩性结构面发育情况SlugtestK1压水试验K245.4~50.75.30.649.60×10-68.39×10-61.14含杏仁玄武岩50.7~56.05.30.323.13×10-44.20×10-674.5251.2~52.7m一条倾角15°裂隙61.5~66.55.00.511.74×10-47.38×10-623.58角砾熔岩66.0~67.5m，倾角20°错动带66.5~72.56.00.554.88×10-48.33×10-658.5872.5~78.15.60.629.00×10-66.66×10-61.3572.5-73.4m玄武岩，73.4-78.1角砾熔岩78.1~83.65.50.505.32×10-58.81×10-66.04含杏仁玄武岩83.6~88.85.20.662.00×10-57.84×10-62.55角砾熔岩88.8~93.74.90.596.80×10-57.15×10-69.51微晶玄武岩93.7~99.35.60.553.36×10-51.26×10-626.6793.7-95.0m微晶玄武岩，95.0-99.3m角砾熔岩95.0m一条倾角15°裂隙99.3~105.46.10.951.91×10-56.54×10-62.9299.3-103.3m微晶玄武岩，103.3-105.4m角砾熔岩105.4~110.26.00.483.35×10-51.67×10-52.01105.4-108.5m角砾熔岩，108.5m以下微晶玄武岩108.5m以下柱状节理发育110.2~116.36.11.291.97×10-52.24×10-50.88微晶玄武岩116.3~121.65.31.664.77×10-51.22×10-53.91微晶玄武岩121.6~126.44.80.932.39×10-51.32×10-51.81微晶玄武岩126.4~132.46.01.022.95×10-56.76×10-64.36微晶玄武岩132.4~138.46.00.503.36×10-57.78×10-64.32微晶玄武岩振荡试验测试原理与压水试验的比较岩体钻孔中Slugtest反应的是较小尺度范围内裂隙的导水特性，获得的渗透系数是裂隙渗透系数在试段岩体上的平均；压水试验中压力值较大，反应的是较大尺度范围岩体的导水特性，即压力影响范围内岩体裂隙组成的裂隙网络的导水特性，渗透系数的大小主要受裂隙延续性和连通性控制。

振荡试验测试原理与压水试验的比较当试验段发育的裂隙延伸范围大于Slugtest影响范围而远小于压水试验影响范围时，采用Slugtest获得的渗透系数将远大于压水试验获得的渗透系数；当试验段裂隙延伸很差甚至不发育裂隙，此时采用两种试验得到的渗透参数在同一量级范围内。一、岩体渗透性特点二、常用的测试技术三、振荡试验测试原理四、振荡试验测试渗透系数张量五、测试系统（仪器）报告提纲振荡试验测试渗透系数张量渗透系数张量当量渗透系数裂隙产状振荡试验测试渗透系数张量钻孔中裂隙产状的获得图

井下钻孔图像识别定向系统确定裂隙产状振荡试验测试渗透系数张量由振荡试验获得不同倾角裂隙渗透系数理论推导振荡试验测试渗透系数张量试验验证30度裂隙面上土工布布置图土工布上铁丝网布置图铁丝网上覆盖水泥布置图30度裂隙模型中隔离板布置图30度裂隙面上覆水泥整体浮起图30度裂隙模型整体实物图一、岩体渗透性特点二、常用的测