钻孔压水试验是按每孔都要试验吗

帷幕灌浆每个孔都需进行压水试验吗?还是采用一个灌浆压力就行？

是的，固结灌浆只是提高岩体整体性或者做为帷幕灌浆的盖重，所以只需要抽部分进行控制孔深就可以了，如果比设计的大了，就适当加深，固结灌浆的要求透水率较大。帷幕灌浆每个孔都需要进行试验，帷幕主要是防渗，如果局部出现漏灌，则可能发生渗透破坏，所以每个孔分段进行压水试验。现场试验，一般采用单点法，即一个压力段就可以了。

压水试验法

压水试验法是国内外长期用来测量和评价岩层渗透性的有效方法。因为在各种野外原地水力试验方法中(压水试验、注水试验和抽水试验)压水试验方法有其独特的优越性：操作简单、迅速，地下水位以上和以下均可使用，在同一钻孔中进行分段压水还可以测得岩层渗透性柱状剖面图，对矿床水文地质分层尤其对双层水位矿床具有不可替代的作用。尽管压水试验方法还有某些缺点，比如未考虑溶隙的方向和各向异性特点等，在双层水位矿床水文地质工作中，大多数情况下是可以满足矿山防治水需要的，这种方法仍不失为一种实际可行的好方法。

图6-1 a.双管压水器具；b.单管压水器具

(一)单孔单栓塞压水试验法

目前，国内外经常采用的是双管单栓塞压水试验器具(图6-1a)。这种压水试验器具的最大缺点：当钻孔较深时，双层管操作比较麻烦。故作者又将其改为单管单栓塞压水试验器具(图6-1b)。单管单栓塞压水试验器具的工作原理同双管单栓塞压水试验器具相同，只不过单管器具将加压的螺杆移到孔内栓塞的上部，而双管器具是在钻孔孔口。这样做的好处是操作简单，免去了双管的麻烦(深孔尤为突出)。试验时，孔内栓塞靠人力或机械旋转施加压力，使橡胶栓塞膨胀压紧孔壁，在栓塞与孔底之间形成一个封闭的压水区域。压水试验时，水从进水管进入压水段，水的压力则从孔口的压力表读取，在不考虑各向异性时，渗透系数可按下式计算：

双层水位矿床地下水深层局部疏干方法的理论与实践

式中：h为压水段的水头值(m)；Q为压水量(m³/d)；L为压水段长度(m)；K为渗透系数(m/d)；r为压水段半径(m)。

应该指出，单孔压水试验测得的渗透系数为压水段的平均渗透系数，更不是各向异性岩层的渗透系数。对双层水位矿床的研究，大多数情况下，只要搞清了溶隙含水层的平均渗透性，基本可以满足矿山生产的需要。因此，在矿床水文地质勘探初期，采取单孔压水试验方法，在矿床范围内根据勘探阶段的不同，选取一定比例的地质钻孔进行单孔分层压水试验，并据此作出钻孔渗透性柱状及剖面图，在充分考虑其他地质资料和物探资料的条件下，一般情况下便能够判断出矿床是否具有双层水位流，矿床是否是双层水位矿床。突变型双层水位矿床可以，渐变型双层水位矿床也可以。

如何根据单孔分层压水试验资料来判断矿床是否存在双层水位呢?其方法如下。

首先作出钻孔渗透性状柱剖面图，再在渗透性剖面图中，选择具有如下渗透特征的孔段：

(1)具有“V模式”渗透性特征的孔段，即渗透性具有“大—小—中”三元结构的孔段；

(2)具有“L模式”渗透性特征的孔段，即渗透性具有“大变小—突然膨大”的二元结构的孔段；

(3)整个钻孔的渗透性具有自上而下逐渐减少的特征。

不管上述哪种特征的孔段，只要能够具备下述条件之一，则可判断矿床能够形成双层水位流。

①具有1、2两项特征的钻孔可以在剖面中相互联系起来，既可以把同一个剖面中有一种模式的孔段联系起来，也可以在同一剖面中把两种以上的模式联系起来；②渗透性被联系起来的剖面，至少有一组空间上与矿体存在着密切的相互关系(比如剖面距离矿体比较近，在矿床开采的影响范围以内)；③渗透性具有逐渐减少特征的钻孔深度应足够大。

具有上述条件的矿床应该是双层水位矿床。

(二)其他压水试验法

单孔单栓塞压水试验法所得的结果，尽管比较粗糙，但因其方法操作简单、方便既可在地下水位以上进行，也可以在地下水位以下进行，而且还可以在同一钻孔中方便地进行分段多次压水，能够获得地层渗透性柱状图或剖面图，对于双层水位矿床的水文地质评价在大多数条件下可以满足矿山需要。当然，对于一些技术要求比较高的工程项目，单孔单栓塞压水试验的结果有时满足不了工程计算精度的要求，比如水工渗流计算等。因此，下面简单介绍几种更科学、更准确、更能够充分考虑岩体各向异性的试验方法。

1.校正系数法

1978年罗克哈等人提出了校正系数法，1989年田开铭和万力教授对罗克哈等提出的校正系数法进行了改进，并提出了一套具体的计算方法，还编制了程序，应用十分方便。

校正系数法是以裂隙测量法的计算结果为基础，利用单栓塞压水试验数据就可以求得比较粗略的各向同性渗透张量。较单纯的单孔单栓塞压水试验方法前进了一大步。这种方法的优点是简单易行。但它必须有裂隙测量的计算结果作前提，否则，无法计算。这种方法提供结果的准确性，在很大程度上取决于压水试验结果的精度。因此，它们也是一个粗略的方法。但相对我国具体的勘探水平而言，校正系数法仍不愧为一个有效的方法，特别是对于利用水文地质部门几十年来所积累的大量压水试验资料，把这些资料由各向同性转换成工程需要的各向异性渗透资料，具有很大的实际意义和实用价值(具体方法见《各向异性裂隙介质渗透性的研究与评价》一书)。

2.三段压水试验

三段压水试验的方法，是1972年由路易斯提出。基本思路是用压水试验分别确定单组裂隙的渗透系数，再根据每组裂隙的产状把渗透系数叠加，就可以求得岩体的总渗透张量。这种方法的关键在于其独特的压水试验器具——三段压水试验器(图6-2)。

图6-2 三段压水试验与器具

三段压水法，要求压水孔平行于裂隙组的交线方向，因此，选孔前必须要求对试验点周围的岩体进行裂隙测量，以确定裂隙组的产状，并求出裂隙组的交线方向。如果只有两组裂隙，则压水孔只要求平行于其中一组，与另一组可以相交。观测孔不能离压水孔太远，观测孔段只能在径向流场中，所以这种钻孔的位置通常只能靠在一起，试验场地范围受到限制，不宜太大。

由于三段压水试验要求压水孔与裂隙组的交线平行，尤其要求仅能与一组相交，所以当裂隙组超过三组时，就很难满足这种条件。三段压水试验与其他方法相比，技术设备太复杂且造价高。只适宜于做一些标准试验，很难在大规模的生产工程中推广应用。在双层水位矿床水文地质勘探中应用就更困难了。

3.交叉孔压水试验法

1985年谢赫(Hsieh P.A)提出了交叉孔压水试验方法。这种方法不要求预先了解裂隙发育情况，钻孔布置方法可以任意布置，不受限制。该方法的最大特点是技术方法简单，只要利用上述广泛采用的单栓塞压水试验器就可以。该方法的最大缺点是计算复杂。虽然谢赫(Hsieh P.A)给出了多种条件下的理论公式，但在计算渗透张量的过程中，他只给出了非稳定流条件下的求解方法(假定压水段和观测段都是一个点)，1989年万力教授又给出了交叉压水求解稳定流公式计算渗透张量的方法，并编制成程序，排除了谢赫(Hsieh P.A)方法中手工图解法的麻烦和不确定性，这种方法是一种大有前途的方法。

4.抽水试验法

传统水文地质抽水试验的方法，无论是稳定流还是非稳定流理论，只能解决各向同性的水文地质参数，对于各向异性含水层基本无能为力。据抽水试验获得的资料只能在一些特殊条件下才能反求参数，用来预测矿坑涌水量。

1966年由帕拉普斯(Papadopulos I.S.)首先提出在各向异性含水层中的井流公式，并提出了一阶渗透张量的计算方法。同年，汗吐斯(Hantugh M.S.)利用坐标变换法把一系列各向同性的非稳定井流公式转换为各向异性条件下的井流公式。维依(Ways)又提出了三维各向异性渗透系数的确定方法。纽曼(Neuman S.P.)提出了三孔两次抽水确定平面渗透张量的方法。1989年田开铭与万力教授又根据汗吐什的各向异性越流承压含水层不完整井非稳定流公式，用单纯形法和数值积分反求出三维各向异性渗透张量，并编有通用程序。

理论上虽然已经提出了许多各向异性渗透井流计算公式，但能够实际应用的却很少，方法还很不成熟，基本处于理论研究阶段。实际上，裂隙含水层中渗透性的非均质性和各向异性，两者在实际工程中对水位的影响很难分别开来，要想分别求得两者的影响，理论上需要进行不同钻孔的多次水力试验，才有可能得出比较合理的各向异性渗透系数，既麻烦又费钱，实际意义不大。压水试验，尤其是单栓塞压水试验造价低，操作简单，使用方便，易于大面积采用，地下水位以下和以上都可以使用，还可以在同一钻孔中进行多段次重复试验，相对于抽水试验更为经济、合理、方便、实用。

5.渗透性各向异性岩层双层水位深度的计算方法

如果我们在一个存在巨厚含水层矿床中，可以初步判断为渐变型双层水位矿床，而且可以通过一定手段(如：野外裂隙测量、压水试验或抽水试验)获得各向异性渗透主值的变化规律，那么，便可以通过下述方法初步确定出渐变型双层水位的产生深度。

例如，万力教授等对金岭铁矿铁山的3个剖面通过裂隙测量，根据大裂隙系统与小裂隙系统的相似性原理，最终提供的岩石渗透张量各向渗透主值的回归计算结果如表6-2，据此，可以求出产生双层水位的埋深和标高。

根据岩层水平渗透主值与垂直渗透主值随埋深增加而会逐渐交于某一深度S_α的规律，可以初步确定出双层水位形成的深度。

前面第三章第四节中已经说明，S_α点是各向异性溶隙含水层产生双层水位的位置。因此，可以采取下述方法求取S_α点的深度：

首先假定K_n=K_h，并据此计算出各条剖面中若干S_α点的位置，再据下述4种方法之一确定出矿床产生双层水位的深度：

①以S_α值最大值代表矿床产生双层水位的深度；②以所有S_α值的算术平均值代表矿床产生双层水位的深度；③选择S_α值平均值最大的剖面代表矿床产生双层水位的深度；④在联结所有S_α点的曲面上，工程实际位置与曲面相互重叠的最低位置即代表产生双层水位的深度。铁山矿床的计算结果见表6-2和表6-3。

表6-2 岩石渗透张量各渗透主值回归计算结果表

注：据田开铭，各向异位裂隙介质渗透性的研究与评价。

表6-3 各向异性渗透性岩层中双层水位深度计算表

钻孔压水试验与注水试验区别

1、钻孔压水试验是在钻孔中进行的一种试验，通过在钻孔中加压，观察地下水涌出情况来判断地下水的水位、水压及渗透系数等参数。主要用于测定岩土层中的渗透性能，确定地下水位和水压等参数，以判断地下水资源的储量和供水能力。
2、而注水试验则是将水注入地下，然后观察不同位置上升的水位变化，推算出地下水的渗透能力和水文参数。主要用于探测地下水流动规律、补给能力以及地下水与地表水之间的关系，提供地下水资源评价的基础数据。

钻孔压水试验的方法和试段长度

具体做法是在钻进过程中或钻孔结束后，用栓塞将某一长度的孔段与其余孔段隔离开，通过输水设备（水泵）用不同的压力向试验段内送水（图13-12），使之从孔壁的裂隙向周围的岩体内渗透，经过一段时间后，其渗透水量最终趋向于一个稳定值，测定其相应的流量值，并据此计算岩体的透水率。

图13-12 压水试验示意图

可按下式计算试段透水率

水文地质学基础

式中：q为试段的透水率（Lu）；Q₃为计算流量（L/min）；P₃为试段压力（MPa）；L为试验段的长度（m）。

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。

对于地质构造条件特殊（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置和长度，同时还应考虑下一试段栓塞止水的可靠性。

试验技术要求

必须采用清水钻进，压水前要用高压水将钻孔冲洗干净。钻孔要垂直，孔壁应呈规整的圆柱状，平直光滑。覆盖层与基岩之间要使用套管止水。

按规范规定，采用自上而下分段压水，每钻一段，停钻作一段压水试验，试验段长度一般为5m，但对于构造破碎带、节理密集带、岩溶洞穴等透水性较强的地段，可按具体情况适当减小试验段的长度，单独进行压水试验。同一试验段不宜跨越透水性相差悬殊的两种岩体。

根据《水利水电工程钻孔压水试验规程》规定，一般要求总压力值为30m水头，若达不到此要求时，应尽量采用其中较大的压力值。在同一建筑场地中，各段所采用的压力值应一致，以便对试验成果进行分析和对比。

每次安装压水栓塞之前必须测定地下水稳定水位，以便确定试验段的计算压力零线。然后，把压力调到规定数值并保持稳定后，每10min测读一次压入流量。当记录流量达到稳定流量时，则以最终流量作为计算流量。