钻孔高压压水试验专题报告.doc

目目 录录 1 工工程程概概况况 1 2 高高压压压压水水试试验验的的目目的的 3 3 高高压压压压水水试试验验布布置置 3 4 高高压压压压水水试试验验方方法法 4 4 1 钻孔 试段隔离和钻孔冲洗 4 4 2 钻孔高压压水试验方法 4 5 试试验验点点地地质质条条件件 6 6 高高压压压压水水试试验验资资料料整整理理 7 6 1 高压压水试验压力损失计算 7 6 2 高压压水试验岩体透水率计算 8 6 3 高压压水试验 P Q 曲线绘制及类型判断 9 7 高高压压压压水水试试验验成成果果分分析析 9 7 1 ZK481 钻孔高压压水试验成果分析 9 7 1 1 ZK481 钻孔常规压水试验成果分析 10 7 1 2 ZK481 钻孔高压压水试验成果分析 10 7 2 ZK530 钻孔高压压水试验成果分析 12 7 2 1 ZK530 钻孔常规压水试验成果分析 13 7 2 2 ZK530 钻孔高压压水试验成果分析 13 7 3 ZK532 钻孔水力劈裂及高压压水试验成果分析 15 7 3 1 水力劈裂试验成果分析 15 7 3 2 常规压水试验成果分析 16 7 3 3 高压压水试验成果分析 17 8 结结论论 19 1 1 工工程程概概况况 糯扎渡水电站枢纽位于云南省澜沧县和思茅市交界的澜沧江上 是澜沧江中 下游河流梯级开发二库八级中的第五级 电站初拟装机容量5850MW 最大坝 高 261 5m 正常蓄水位为 812m 总库容约 239 54 108m3 为不完全多年调节 水库 在澜沧江中下游八座梯级电站中 无论是装机容量 水库容积和发电量均 属最大 国家电力公司昆明勘测设计研究院于2000 年 5 月开始进行本电站可行性研 究阶段的勘测 设计和研究工作 并在2001 年 11 月完成 云南省澜沧江糯扎 渡水电站可行性研究阶段枢纽布置格局与坝型选择报告 同年 12 月审查并选 定粘土心墙堆石坝方案 坝址区澜沧江流向S40 E 河道略向西南方向凸出 两岸河谷呈不对称的 V 字形 坝基部位的基岩主要为花岗岩 局部有花岗斑岩岩脉 由于受后期 岩浆热液侵入和断层构造的作用 花岗岩发生明显的蚀变作用 坝基部位断层发育 主要有两组 N10 30 E NW 60 80 N10 40 W SW 50 70 右岸坝基 680m 高程以上部位分布有 F12 F13断层 见附图 1 上述两断层及其影响带构成的构造岩及构造蚀变岩等组 成了宽度为几十米到百余米的构造软弱岩带 在构造软弱岩带内岩体风化深 各 级结构面发育 而且多夹泥或附有泥质薄膜 构造软弱带内岩石抗压强度及岩体 变形模量较低 尤其在 勘线的 F12 F13和 F14 F5断层交汇部位 岩体性状最 差 根据平面地质调查和平硐节理统计 坝区发育的节理按产状主要分两组 N10 40 W SW 55 80 延伸长度一般小于5m 部分达 20m 30m 间距 20cm 60cm 节理面起伏 粗糙 一般闭合至微张 少数节理 面上有泥膜 卸荷带张开宽度1mm 5mm 充填岩屑和泥 N30 60 E NW 80 90 延伸长度一般 1m 5m 部分长者数十 米 间距 20cm 50cm 节理面起伏 粗糙 一般闭合至微张 少数张开节理局部 集中发育形成张裂隙带 延伸长度10 m 20m 甚至更长 张裂隙多夹有数毫 米至数厘米厚度的橙红色软塑状泥 除以上两组陡倾角节理外 还有以下两组中等倾角节理在一些部位 如 勘线 PD203 PD204 较发育 N10 50 W SW 或 NE 30 55 延伸 1m 6m 间距 20cm 60cm 节理面多起伏 粗糙 闭合至微张 有少量节理张开夹泥 N10 50 E NW 或 SE 30 55 延伸长度 2m 4m 间距 10cm 划 80cm 节面多起伏 粗糙 闭合至微张 一般无充填 偶见夹泥现象 坝址区花岗岩岩体风化复杂 主要表现在 不同部位的风化差异 左岸及河床风化均一而且较浅 右岸风化复杂且深 囊状风化 囊状风化带多沿断层交汇带 节理密集带及岩性变化部位发育 以坝址右岸多见 槽状风化 受构造影响 岩体中的强风化和弱风化上部 弱风化上部与弱 风化下部岩体常相间出现 在剖面上表现为槽状风化 槽状风化在坝址右岸很发 育 坝址两岸岩体的卸荷深度差异较大 左岸较浅 一般深度为10m 30m 右岸较复杂 大致以高程680m 为界 以上部位卸荷强烈 深度大 可达 20m 70m 以下部位卸荷浅 一般深度15m 40m 坝址区水文地质条件简单 澜沧江为本区最低排泄基准点 虽然坝址区左右 两岸都有冲沟发育 但只有左岸的勘界河和右岸的火烧寨沟为常年流水 其余均 为季节性的流水 在澜沧江两岸未发现泉水出露 表明地下水位埋深较大 根据坝址区各种岩体特征和地下水的运移条件 将坝址区地下水介质分为 散体结构 孔隙 裂隙结构 裂隙网络结构和脉状结构四种类型 各类型介质中 地下水的活动特征可参阅相关报告 大气降雨及外围地下水为坝址区地下水的补给源 大气降雨通过地表入渗到 地下 经过赋存和运移后以基岩裂隙水或孔隙水的形式排向澜沧江 大气降水为 坝址区地下水的主要补给源 对地下水动态影响最大 地下水位升降与降雨同步 地下水位线与地形线基本一致 在接近澜沧江部位水位平缓 中部较陡 到山顶 部位地下水位又变平缓 坝址区岩体的透水性与岩性和岩石的风化程度 岩体结构类型有关 粉砂岩 及泥岩等透水性较弱 花岗岩的透水性较强 而同一岩石中如果风化强烈 岩体 破碎的 岩体透水强烈 一般为强透水或中等透水 在风化微弱 岩石完整的岩 体中其透水能力微弱 一般为微透水或弱透水 坝址区地下水及地表水化学成分中阴离子以HCO3 为主 其次为 SO42 离 子 Cl 离子的毫克当量百分比一般不超过10 阳离子以 Ca2 为主 K Na 和 Mg2 的含量相差不大 形成地下水中主要的离子群 坝址区地表水及 地下水其水质类型多属重碳酸钙型水 部分为重碳酸钙镁型水或重碳酸钙钾钠型 水 根据混凝土环境水侵蚀性鉴定标准 坝址区地下水和地表水对混凝土均无侵 蚀性 2 2 高高压压压压水水试试验验的的目目的的 糯扎渡水电站坝前水位高达212m 坝基岩体承受的水压力巨大 由此需对 河床坝基和坝址右岸构造软弱岩带的岩体进行钻孔高压压水试验 以了解岩体在 高水头压力下产生劈裂的临界水压力 岩体裂隙对高压水流长时间冲蚀作用的抗 御能力等 对左岸压力管道部位的岩体进行钻孔高压压水试验 了解岩体在不同的高压 水流下的透水性变化情况 岩体在高水头压力作用下的变形方式 以及岩体裂隙 对高压水流长时间冲蚀作用的抵御能力等 为压力管道的设计提供可靠的资料 3 3 高高压压压压水水试试验验布布置置 本次钻孔高压压水试验在3 个钻孔中完成 研究河床坝基岩体的钻孔布置在 坝址 勘线左岸思澜公路内侧 高程625 01m 钻孔编号 ZK530 深度 151 58m 研究坝址右岸构造软弱岩带岩体的钻孔布置在坝址 勘线右岸下游 侧 高程 724 05m 钻孔编号 ZK481 深度 152 90m 研究左岸地下厂房压力 管道部位岩体的钻孔在左岸山顶平台上 高程852 53m 编号 ZK532 深度 300 30m 高压压水试验钻孔表 座标 m 编号孔深 m 钻孔位置 XYH ZK481152 90坝址 线右岸下游侧2508131 3717649814 92724 05 ZK530151 58坝址 线左岸上游2508327 6217650035 11625 01 ZK532300 30地下洞室 1 钢管道2508550 5817650265 33852 53 钻孔高压压水试验钻孔布置见附图1 4 4 高高压压压压水水试试验验方方法法 4 4 1 1 钻钻孔孔 试试段段隔隔离离和和钻钻孔孔冲冲洗洗 高压压水试验钻孔的开孔 用 110mm 的合金钻具钻穿地表松散堆积层及 全风化或强风化岩石 并下入 108mm 套管保护孔壁 然后采用 91mm 及 75mm 金刚石钻具造孔 一般在进尺5m 左右后停止钻进 取出钻具进行钻孔 压水试验 钻孔压水试验必需将试验段和上部已经试验的孔段隔离开来 按照国内已有 的工程经验 止水栓塞长度大于8 倍钻孔直径时 可以有效地减小栓塞漏水 并且继续增加栓塞长度对于降低绕栓塞渗漏意义不大 根据上述经验并且结合本 工程的实际 我们采用特制的橡胶栓塞 在 91mm 钻孔中用 8 个栓塞中间加 有钢质垫片作为止水栓塞 在 75mm 钻孔中用 6 个栓塞中间加有钢质垫片作 为止水栓塞 通过在试验过程中从工作管外测量孔内地下水变化情况 表明止水 效果良好 可有效地将试验段与上部已经试验的孔段隔离 在ZK530 钻孔中 由于上部部分试验段成果不好或者试验过程中受到其他因素影响 在下部试验完 成后 对上部部分试验段采用双栓塞及水压双栓塞止水隔离试验段 重新进行压 水试验 从试验中的情况来看 栓塞止水效果较好 由于压水试验采用钻杆作为工作管 钻杆接手在车制加工时很难绝对吻合 在长期使用过程中变形较大 可能成为试验用水渗漏的一个途径 在现场试验过 程中 首先在钻杆接手部位缠绕棉线 并且抹上黄油 然后再扭紧钻杆 经过检 查 这种方法能有效地解决试验用水从钻杆接手部位的渗漏 由于采用金刚石钻进 孔壁一般较光滑 孔内岩粉不多 同时钻进过程中大 流量的冲洗液以及钻具升降过程中形成的脉冲水流都对钻孔冲洗有利 当到达压 水试验位置后 只需下入压水试验工作管 先不加压力或采用较小的压力 放水 冲洗 30min 左右 即可达到钻孔压水试验中对钻孔冲洗的要求 4 4 2 2 钻钻孔孔高高压压压压水水试试验验方方法法 对于坝址 勘线左岸和右岸的两个钻孔 钻孔编号ZK481 和 ZK530 的高 压压水试验 在前三或四个试验段由于岩体较破碎 只进行了常规的三级压力五 个阶段的压水试验 即0 30 MPa 0 6 0MPa 和 1 00MPa 压水试验 其下的试 验段开始逐级加压 最高试验压力为3 0MPa 压力梯级为 0 30 MPa 或 0 50 MPa 共进行七级压力十三个阶段的压水试验 试验压力逐级增加 依次为 0 30MPa 0 60MPa 1 00MPa 1 50MPa 2 00MPa 2 50MPa 3 00MPa 2 50MP 2 00MPa 1 50MPa 1 00MPa 0 60MPa 0 30MPa 在试验的初期由 于试验设备的原因 少部分试段未能达到3 00MPa 的压力就进行降压阶段试验 在 ZK481 中由于地下水位已超过30m 试验段的自然压力已超过0 30MPa 所以未进行 0 30MPa 压力阶段的试验 从0 60MPa 开始试验 降压阶段试验 同样到 0 60MPa 结束 钻孔高压压水试验采用长江科学院研制的GJY 型和 GJY 型灌浆自动 记录仪现场记录 调节回水阀门使压力尽可能接近每一个阶段设计压力 或者让 设计压力居于压力变化范围的中间 每5min 或 2min 记录一个流量 每一个压 力阶段不少于 5 个数据 当连续四个流量达到现行的 水利水电工程钻孔压水 试验规程 SL 25 92 中有关流量稳定的要求 即可进行下一级压力的试验 为 方便压水试验资料整理 根据灌浆自动记录仪现场记录数据 现场手工填写压水 试验记录表并进行岩体透水率计算 同时绘制P Q 即压力 流量 曲线并判断 曲线类型 从而分析试验的准确性 在左岸压力管道部位的钻孔 ZK532 高压压水试验 考虑到工期 费用以 及设备能力等方面的因素 本孔中的高压压水试验分两步进行 首先进行常规的钻孔压水试验 即0 30MPa 0 60MPa 1 00MPa 0 60MPa 0 30MPa 三级压力五个阶段的压水试验 由于钻孔中地下水位低 当地下水位埋 深大于 30m 时 只进行 0 60MPa 和 1 00MPa 两级压力三个阶段的压水试验 当 连续四个流量达到现行的 水利水电工程钻孔压水试验规程 SL 25 92 中有 关流量稳定的要求 即可进行下一级压力的试验 当地下水位埋深大于100m 时 只进行一个压力阶段的压水试验 压力以充水到孔口让压力表产生微动为宜 每 10min 读取一个流量 当连续四个流量达到现行的 水利水电工程钻孔压水 试验规程 SL 25 92 中有关流量稳定的要求 即可结束此次试验 常规的钻孔 压水试验由我院自行完成 高压压水试验及岩体水力劈裂试验委托给国家地震局地壳应力研究所完成 根据本孔揭露的钻孔岩芯及工程特点 选择了7 个试验段进行水力劈裂试验 同时选取定 3 个试验段进行单压力长时间的压水试验 在我院地质六队与岩土工 程大队的配合下 国家地震局地壳应力研究所于2002 年 7 月 25 日到 8 月 3 日完成现场试验工作 在8 月中旬提交了 云南省糯扎渡水电站水压致裂三维 地应力测试与岩体水力劈裂试验报告 5 5 试试验验点点地地质质条条件件 钻孔高压压水试验在三个钻孔中进行 各个钻孔揭露的地质条件不同 ZK481 布置在坝址 勘线右岸下游侧 地面高程724 05m 钻孔深度 152 90m 全孔均为花岗岩 揭露到F13及小断层一条 孔深0 00m 67 07m 和 84 31m 99 68m 为构造软弱岩带 ZK481 钻孔基本地质条件表 深度 m m 岩性风化程度岩体结构地质描述 0 00 23 36花岗岩全风化散体结构 岩芯呈砂土状 夹碎块 构造软弱 岩带 23 36 63 84花岗岩强风化 散体结构碎 裂结构 岩芯破碎 节理发育 受F13 44 13m 46 54m 影响 孔深 38 16m 54 60m 花岗岩蚀变强烈 构造软弱岩带 63 84 67 07花岗岩 弱风化上 部 镶嵌碎裂结 构 岩芯破碎 花岗岩有轻微的蚀变 构造软弱岩带 67 07 84 31花岗岩 弱风化下 部 次块状结构岩芯完整 节理较发育 84 31 99 90花岗岩 弱风化上 部 碎裂结构 岩芯破碎 节理发育 有轻微的蚀 变 构造软弱岩带 99 90 114 98花岗岩 弱风化下 部 镶嵌碎裂结 构 岩芯较完整 节理较发育 114 98 152 90花岗岩 微风化 新 鲜 次块状及块 状结构 岩芯完整 节理不发育 ZK530 布置在坝址 勘线左岸的思澜公路内侧 地面高程625 01m 钻孔 深度 151 58m 全孔均为花岗岩 仅揭露一条挤压面 岩芯完整 以整体结构为 主 其次是镶嵌碎结构 次块状和块状结构 ZK530 钻孔基本地质条件表 深度 m m 岩性风化程度岩体结构地质描述 0 00 3 66花岗岩强风化碎裂结构岩芯破碎 节理发育 3 66 14 25花岗岩弱风化上部 次块状及镶嵌 碎裂结构 岩芯较破碎 节理较发育 14 25 30 71花岗岩弱风化下部镶嵌碎裂结构岩芯较破碎 节理发育 30 71 42 54花岗岩微风化 新鲜 块状结构岩芯完整 节理不发育 42 54 44 70花岗岩镶嵌碎裂结构岩芯较破碎 节理发育 44 70 109 88花岗岩整体结构岩芯完整 节理不发育 109 88 116 58花岗岩次块状结构 岩芯完整 节理不发育或 较发育 116 58 151 58花岗岩 微风化 新鲜 整体结构岩芯完整 节理不发育 ZK532 布置在坝址左岸山顶平台 为地下厂房压力管道部位 地面高程为 852 53m 钻孔深度 300 30m 钻孔揭露的地质体条件复杂 列表如下 ZK532 钻孔基本地质条件表 深度 m m 岩性风化程度岩体结构地质描述 0 00 1 66粘土Qdl坡积层 粉质粘土 1 66 4 13泥质粉砂岩全风化散体结构 4 13 8 30强风化 8 30 15 79 砂岩 细砂 岩 砂砾岩弱风化上部 碎裂结构 T2m1 2的砂岩 细砂岩及砂砾岩 互层 岩芯破碎 呈土状或碎 块状 节理发育 节理性状差 15 79 42 67 粉砂岩 砂 岩 弱风化上部 碎裂结构镶 嵌碎裂结构 42 67 50 08泥质粉砂岩次块状结构 50 08 54 58泥岩碎裂结构 54 58 64 63角砾岩 弱风化下部 次块状和镶 嵌碎裂结构 T2m1 1的砂岩 细砂岩 粉砂岩 泥岩及角砾岩 发育5 条层间 挤压面或挤压带 由片状岩及 碎裂岩组成 部分已经泥化 岩芯破碎 局部较破碎 多呈 碎块状 局部呈土状 节理发 育 局部节理较发育 节理性 状差 64 63 71 88花岗岩弱风化下部 镶嵌碎裂结 构 岩芯破碎 呈碎块状 节理发 育 71 88 104 34次块状结构岩芯较完整 节理较发育 104 34 137 40 花岗岩 夹 有数段辉绿 玢岩脉和石 英脉 弱风化下部镶嵌碎裂及 碎裂结构 岩芯破碎 呈碎块状 节理发 育 123 72m 124 80m 为一断 层 137 40 162 50花岗岩弱风化下部 块状及次块 状结构 岩芯较完整或完整 节理较发 育或不发育 162 50 178 91 花岗岩 夹 石英脉 弱风化下部 碎裂及镶嵌 碎裂结构 岩芯破碎 呈碎块状 节理发 育 178 91 254 72 花岗岩 夹 辉绿玢岩脉 微风化 新 鲜 块状及次块 状结构 镶嵌 碎裂结构 岩芯较完整或完整 局部破碎 节理较发育或不发育 局部发 育 局部节理性状较差 254 72 300 30花岗岩 微风化 新 鲜 块状及次块 状结构 岩芯较完整或完整 节理较发 育或不发育 6 6 高高压压压压水水试试验验资资料料整整理理 6 6 1 1 高高压压压压水水试试验验压压力力损损失失计计算算 现在的钻孔压水试验都是使用钻杆作为工作管 其外径统一为 50mm 内径为 38mm 钻杆接手外径统一为 50mm 内径为 22mm 由于试验用 水在工作管内过水断面不一致 加上钻杆可能有铁锈或者加工时残留的铁刺等 造成试验用水在工作管内的阻力加大 从而造成钻孔孔口压力与试验段压力差异 较大 现在已有的钻孔压水试验压力损失计算方法中 比较好的方法为现场试验 测定单位长度的钻杆及钻杆接手在不同流量条件下的压力损失值 然后根据试验 时钻杆长度和钻杆接手个数计算压力损失 由于现场试验往往要花费很长时间 而且受试验用水的影响较大 因此这种方法操作起来比较困难 糯扎渡水电站钻探使用的钻杆均为我院统一车制加工的 规格统一 内壁基 本光滑 试验时按公式Ps L d v2 2g 计算工作管路的压力损失 式中 为水的摩阻系数 其值在2 10 4 4 0 10 4MPa m 之间 计算时取 3 0 10 4MPa m L 为工作管长度 m 包括钻杆和钻杆接手的长度 d 为工作管内径 m 其值取钻杆内径和接手内径的加权平均值 v 为工作管内水的流速 m s 采用流量 m3 s 除以等效过水断面 m2 之商计算 g 为重力加速度 其值为9 81m s2 各试验段的压力损失计算见附表一和附表二 6 6 2 2 高高压压压压水水试试验验岩岩体体透透水水率率计计算算 压水试验共有七级压力十三个阶段 一般选用最大压力阶段的流量和压力计 算岩体的透水率 岩体透水率的单位为吕荣 Lu 其定义为在 1 00MPa 的试验 压力条件下 平均每米试验段的渗透水量为1 0l min 按照现行的 水利水电 工程钻孔压水试验规程 SL 25 92 要求 结合本次试验方法 试验段岩体透水 率用公式 q Qmax L pmax 计算 为了对试验段岩体在不同压力条件下的渗透状 态进行对比 同时按公式q Q3 L p3 计算在 1 00MPa 压力阶段时试验段岩体 透水率 考虑到试验的精度及岩体透水性评价的要求 岩体透水率取两位有效数 字 当透水率小于0 1Lu 时记为 0Lu 上述二式中 q 为试验段岩体的透水率 Lu Q3 为 1 00MPa 压力阶段对应的计算流量 l min Qmax 为最大压力阶段对应的计算流量 l min P3 为 1 00MPa 压力阶段对应的试段压力 MPa Pmax 为最大压力阶段对应的试段压力 MPa L 为试验段的长度 m 各个钻孔每个试验段的岩体透水率见附表一和附表二 6 6 3 3 高高压压压压水水试试验验 P P Q Q 曲曲线线绘绘制制及及类类型型判判断断 根据每个试验段压水试验过程中不同压力和对应的流量绘制P Q 曲线 纵 轴为压力 P MPa 横轴为流量 Q l min 常规压水试验部分 P 轴 1mm 0 01MPa 最大值为 1 00MPa Q 轴 1mm 1 0l min 最大值为 100 l min 高压压水试验部分压力和流量的刻度放大3 倍 即 P 轴 1mm 0 03MPa 最大值为 3 00MPa Q 轴 1mm 3 0l min 最大值为 300 l min P Q 曲线在升压阶段用实线连接 降压阶段用虚线连接 根据每个试验段绘制的P Q 曲线 从升压阶段曲线和降压阶段曲线的关系 以及 P Q 曲线的变化情况 判断P Q 曲线类型 P Q 曲线的类型按照现行的 钻孔压水试验规程 SL 25 92 中提供的五种类型 即A 层流 型 B 紊流 型 C 扩张 型 D 冲蚀 型和 E 充填 型 各种曲线的特点可参阅上述规范 在 判断了 P Q 曲线的类型后 标注在岩体透水率之后 如12 D 0 25 A 5 2 E 等 当压水试验在最大压力阶段压入流量仍为0 l min 时 不必绘制 P Q 曲线 只用岩体的透水率表示 各个钻孔每个试验段的P Q 曲线及曲线类型见附图2 及附图 3 7 7 高高压压压压水水试试验验成成果果分分析析 高压压水试验成果分析应依据钻孔地质条件 结合试验条件及试验过程 多 因素分析试验成果 7 7 1 1 Z ZK K4 48 81 1 钻钻孔孔高高压压压压水水试试验验成成果果分分析析 钻孔布置于坝址右岸 勘线下游 20m 左右 孔口高程 724 05m 钻孔深度 152 90m 完成了 4 段常规压水试验和21 段高压压水试验 全孔岩性为中细粒花岗岩 岩石坚硬 岩体破碎 受构造影响 孔深 38 16m 54 60m 花岗岩中矿物蚀变明显 以高岭土化和绢云母化为主 岩石结构 较疏松 岩体完整性差 孔深0 00m 67 07m 和 84 31m 99 68m 位于坝址右岸 的构造软弱岩带内 构造发育 岩石破碎并伴有矿物蚀变 其中孔深 44 13m 46 54m 为 F13断层破碎带 倾角40 50 由石英脉和碎裂岩 挤压 片状岩组成 有少量的糜棱岩和断层泥 断层破碎带胶结差 松散 孔深 98 70m 99 68m 为一小断层 产状不明 由石英脉及碎裂岩组成 破碎 见 附图 4 孔深 0 00m 27 70m 为全风化 底部有4m 余的强风化 花岗岩 散体结构 岩芯呈砂土状 夹有少量碎块状岩芯 为保证钻进和压水试验的正常进行 此段 未进行钻孔压水试验 并下入 108mm 套管保护孔壁 孔深27 70m 47 72m 为强风化花岗岩 碎裂结构 顶部有10m 余的散体结构 岩体 只进行了常规 的压水试验 孔深47 72m 152 90m 随着地质条件的逐渐变好 完成了21 段 高压压水试验 7 1 1 ZK481 钻孔常规压水试验成果分析 本钻孔进行了 4 段常规压水试验 前三个试验段岩体透水率大于10Lu 属于中等透水岩体 P Q 曲线为 A 型 表明试验过程中岩体裂隙未发生变化 第四试验段 孔深 42 72m 47 72m 岩体透水率为 1 2Lu 为弱透水岩体 P Q 曲线同样为 A 型 表明试验过程中岩体裂隙未发生变化 地下水在裂隙中流态为 层流型 见附表一和附图 2 7 1 2 ZK481 钻孔高压压水试验成果分析 高压压水试验在不同的地质条件下进行 试验过程中地质体的变化情况和地 下水的渗流条件也会发生变化 分段分析如下 孔深 47 72m 67 72m 的第 5 第 6 第 7 第 8 和孔深 92 72m 97 72m 的第 14 试验段位于构造软弱岩带内 为强风化及弱风化上部花岗岩 主要为碎裂 结构 底部有 3m 多的镶嵌碎裂结构 岩体 岩体透水率在3Lu 9Lu 之间 为 弱透水岩体 从 P Q 曲线过程来看 在压力小于1 00MPa 或 0 60MPa 时 P Q 曲线为一条直线 表明裂隙状态没有发生变化 水的流态为层流 随着压力的 增加 裂隙状态发生改变 产生了轻微的抬动 同时裂隙中的充填物被部分冲刷 压水流量开始增加 流态变为紊流型 随着时间的增加 裂隙中的充填物已被冲 刷干净 此时增大压力 流量增加很小 在降压阶段由于裂隙产生了轻微的抬动 和充填物已被冲刷干净 压水流量比同一级压力在升压阶段的流量要大一些 P Q 曲线在升压阶段和降压阶段不能重合 曲线类型为D 型 见附表一和附图 2 位于孔深 122 72m 132 72m 段的第 20 和 21 试验段 为微风化的花岗岩 次块状结构岩体 缓倾角和陡倾角节理发育 节理微张或闭合 部分陡倾角节理 张开 多充填钙质薄膜 偶尔有铁锰质或高岭土 岩体透水率在6Lu 8Lu 之 间 为弱透水岩体 从P Q 曲线过程来看 在压力小于1 00MPa 或 1 50MPa 时 P Q 曲线基本上为一条直线 表明裂隙状态基本上没有发生变化 水的流态 为层流 随着压力增加 陡倾角节理产生轻微抬动 同时部分裂隙充填物被冲刷 压水流量开始增加 流态变为紊流型 第20 试验段随着压力增加 压水流量不 断增大 在降压阶段压水流量比同一级压力在升压阶段的流量要大一些 P Q 曲线在升压阶段和降压阶段不能重合 曲线类型为D 型 表明裂隙已产生了塑 性变形而且其中的充填物已被冲刷干净 试验过程不可逆 第21 试验段随着 压力增加 压水流量开始阶段增加较大 之后裂隙中的充填物已被冲刷干净 压 水流量随压力增加增大较少 P Q 曲线降压阶段在压力大于1 50MPa 时与升压 阶段基本重合 表明裂隙产生了弹性变形 试验过程是可逆的 在压力小于 1 50MPa 时降压阶段压水流量比同一级压力升压阶段的流量要大一些 P Q 曲 线类型为 D 型 表明裂隙已产生了塑性变形而且其中的充填物已被冲刷干净 试 验过程不可逆 见附表一和附图 2 孔深 72 72m 77 72m 的第 10 试验段为弱风化下部花岗岩 次块状结构岩 体 当压力小于 1 50MPa 时 压水流量很小 当压力大于1 50MPa 时 压水 流量猛增 到 2 50MPa 时流量又突降 降压阶段压水流量变小 到2 50MPa 时降为 0l min 直至结束 P Q 曲线类型为 E 型 孔深 82 72m 87 72m 的第 12 试验段为弱风化下部花岗岩 次块状结构岩体 在压力小于2 50MPa 时 P Q 曲线基本呈直线型 在2 50Mpa 后流量突然降低 同样在降压阶段压水流量变 小 在 2 50MPa 时降为 0l min 直至结束 P Q 曲线类型为 E 型 这两个试验段 为异常情况 分析产生试验异常的原因 可能是钻孔冲洗不干净 岩体裂隙被岩 粉堵塞所致 见附表一和附图 2 孔深 132 72m 137 72m 的第 22 试验段为微风化花岗岩 块状结构岩体 岩体透水率为 2 6Lu 为弱透水岩体 在压力小于2 50Mpa 时 压水流量小于 5 0l min P Q 曲线呈一条直线 当压力增到3 00Mpa 时 压水流量增至 25l min P Q 曲线斜率突然降低 在降压阶段压水流量均比升压阶段同一级压力 时的流量大 10l min 左右 P Q 曲线类型为 D 型 试验过程表明在压力小于 2 50Mpa 时岩体和裂隙均未发生变化 水的流态为层流 而当压力增到 3 00Mpa 时 岩体出现新的裂隙或原有裂隙被扩张 压水流量大增 导致降压阶 段压水流量均比升压阶段同一级压力时的流量大10l min 左右 见附表一和附 图 2 除上述 14 个试验段外 在弱风化下部和微风化 含少部分弱风化上部 的 块状 次块状结构岩体中进行了11 段次的高压压水试验 压水流量很小 水的 流态是层流 P Q 曲线类型为 A 型 试验成果表明岩体在3 00Mpa 压力下未 产生新的裂隙 原有的裂隙也没有被扩张 见附表一和附图 2 综上所述 ZK481 钻孔高压压水试验成果表明 在强风化 弱风化上部及构 造蚀带 由于岩体较破碎 包括部分微风化的次块状结构岩体 当有很高的压 力时 岩体中的裂隙会产生扩张 同时裂隙中的充填物也会被水流带走 造成压 水流量的增大 根据试验成果 临界压力较低 一般为0 60MPa 1 00MPa 一般曲线表现为 D 型 冲蚀型 在微风化和弱风化下部的花岗岩中 大部分岩体 完整 在 3 00Mpa 的压力下一般不会产生新的裂隙 原有裂隙一般是闭合的或者 被铁质和钙质充填 也不会被扩张 但在部分地段产生较小的新裂隙或者原有裂 隙被扩张 且规模一般很有限 其临界压力也较高 一般弱风化下部岩体在 1 50MPa 左右 微风化 新鲜岩体在 2 50MPa 左右 其曲线类型一般为D 型 冲蚀型 另外 在高压力下岩体透水率与1 00MPa 压力下的岩体透水率变化 规律不强 总体在同一范畴内 在高压力条件下岩体透水率略有升高的占试验段 的 38 1 略有降低的占 23 8 基本保持不变的占38 1 7 7 2 2 Z ZK K5 53 30 0 钻钻孔孔高高压压压压水水试试验验成成果果分分析析 钻孔布置于坝址左岸 勘线上游 5m 10m 的思 茅 澜 沧 公路内侧 孔口高 程 625 01m 钻孔深度 151 58m 共计完成三段常规压水试验和43 段高压压水 试验 由于本孔临近澜沧江 其水平距离小于20m 在垂直深度小于50m 以内 受 N40 50 W SW 65 80 和 N10 25 E SE 15 30 两组节理 的影响 压水试验流量很大 为了尽可能达到设计压力 克服了试验设备能力的 限制 先后采用单台GJY 型灌浆自动记录仪 缩小试验段长度 使用较大量 程的水表 两台 GJY 型灌浆自动记录仪并联等办法 最后换用GJY 型灌 浆自动记录仪 保证了高压压水试验的完成 为了试验成果真实 可靠 在全孔 试验完成后又选择了数个试验段进行原位复测及委托国家地震局地壳应力研究所 进行重复试验 以检验先前的试验成果 表明试验效果良好 见附表二 该孔为中细粒花岗岩 岩石结构致密 坚硬 其中孔深111 30m 112 70m 花岗岩中矿物蚀变明显 以钠黝帘石化和高岭土化为主 矿物浑浊 结构较疏松 花岗岩风化程度轻微 绝大部分为微风化 岩体完整 以块状结构和整体结构为 主 见附图 5 孔深 0 00m 4 64m 为强风化花岗岩 碎裂结构 岩芯破碎 以碎块状和短柱 状为主 为保证钻进和压水试验的正常进行 此段未进行钻孔压水试验 孔深 4 64m 19 64m 为弱风化上部及弱风化下部花岗岩 为次块状结构及镶嵌碎裂结构 岩体 只进行了常规的压水试验 从孔深19 64m 开始 完成了 43 段高压压水 试验 7 2 1 ZK530 钻孔常规压水试验成果分析 前三次压水试验为常规压水试验 成果表明岩体的透水率较大 12Lu 及 25Lu 为中等透水岩体 P Q 曲线类型为 A 型和 B 型 表明压入的水流在岩 体裂隙中呈层流或紊流状态 裂隙状态在压水试验过程中没有发生变化 试验过 程是可逆的 见附表二和附图 3 7 2 2 ZK530 钻孔高压压水试验成果分析 由于压水试验段数多 试验跨越不同地质条件 其试验结果也不一样 分别 分析如下 孔深 19 64m 24 64m 为弱风化下部花岗岩 镶嵌碎裂结构 上述两组节 理频率均大于 2 条 m 而且节理张开 充填铁锈及铁锰质 部分充填厚度 1mm 左右的次生泥 岩体的透水率为17Lu 为中等透水岩体 P Q 曲线类型 为 D 型 表明在压水试验过程中 裂隙中的冲填物尤其是次生泥被水流冲蚀带走 造成裂隙宽度增加 加上上覆岩体厚度小 岩体可能产生抬动 使压水流量增大 较快 而且产生的抬动是不能恢复原有状态的 由此在降压阶段的流量比升压阶 段同一级压力的流量大10l min 30l min 见附图 3 孔深 24 64m 59 64m 主要为微风化 上部约 5m 为弱风化下部 花岗岩 上述两组节理较发育 节理性状差异较大 多数闭合或被钙质和硅质胶结 岩体 结构以次块状结构和整体结构为主 部分为镶嵌碎裂结构 岩体中裂隙状态各不 相同 对压入的水流态影响较大 透水率变化亦较大 在总共13 段的压水试 验中 有两段岩体透水率小于1Lu 为微透水岩体 P Q 曲线类型为 A 型 有 六段岩体透水率小于10Lu 为弱透水岩体 五段岩体透水率在10Lu 到 100Lu 之间 为中等透水岩体 P Q 曲线类型多数为 B 型 成果表明在压水试验过程 中地下水基本上呈紊流状态 岩体和裂隙状态没有发生改变 孔深 51 64m 53 64m 在试验压力小于 0 60MPa 时压入流量增加 试验压力在 0 60MPa 2 00MPa 阶段压入流量逐渐减小 之后压力增加则压入流量也同步增加 但在 2 50MPa 3 00MPa 压力阶段压入流量没有变化 降压试验阶段在 2 50MPa 3 00MPa 压力阶段压入流量仍然没有变化 但在2 50MPa 压力以下 流量普遍较升压阶段同一级压力时大10l min 30l min 直到试验结束 P Q 曲线类型为 D 型曲线 试验过程表明在压力小于2 00MPa 时地下水呈紊流状 态 岩体裂隙状态没有发生改变 当压力继续增加 局部裂隙规模部分被扩大或 原先的胶结节理重新破裂 造成压入水量增加 并且降压试验阶段的流量较升压 阶段同一级压力时增大许多 见附图 3 孔深 59 64m 73 58m 和孔深 77 58m 151 58m 为微风化花岗岩 主要为 整体结构岩体 仅在孔深109 88m 116 58m 为次块状结构岩体 压水试验成果 是大部分岩体透水率小于1 0Lu 为微透水岩体 只有三段岩体透水率在 1 0Lu 到 10Lu 之间 是弱透水岩体 P Q 曲线类型全部为 A 型 这表明在这 个区段内压水试验过程中岩体和裂隙均没有发生变化 地下水呈层流状态在裂隙 中运动 见附图 3 孔深 73 58m 77 58m 为微风化 整体结构岩体 但发育有3 条陡倾角 节理 节理面平直 粗糙 节理被钙质及铁锰质胶结 压水试验过程显示 在压 力小于 2 00MPa 时 压入水流量为8 5l min P Q 曲线基本呈一条直线 当压 力增至 2 50MPa 时流量增大到 80l min 之后压力增至 3 00MPa 流量增大到 130l min 即在 2 50MPa 压力后流量呈直线等比增加 但P Q 曲线为一条平缓 的直线 降压阶段流量在1 00MPa 以上比升压阶段同一级压力时大 30l min 60l min 在 1 00MPa 以下流量跟升压阶段同一级压力时相差不大 岩体 透水率为 11Lu P Q 曲线类型为 D 型 表明在压力小于2 50MPa 时地下水流 态稳定 岩体和裂隙状态没有发生变化 当压力大于2 50MPa 时岩体中被胶结 的裂隙被重新破裂及扩张 造成压水流量大增 流态改变 在压力降至 1 00MPa 时 重新破裂的裂隙可能恢复到了原有状态 使地下水的运动没有受影 响 见附图 3 综上所述 ZK530 在孔深 59 64m 以上 地下水流动受岩体中的裂隙状态影 响 在 3 00MPa 压力下岩体和裂隙状态一般不会发生改变 在孔深59 64m 以 下地下水流动基本不受裂隙状态影响 在3 00MPa 压力下仍然能够平稳地流动 但在孔深 51 64m 53 64m 和孔深 73 58m 77 58m 处在水压力超过 2 00MPa 后 岩体中局部裂隙被扩张或者原有的裂隙状态被破坏 但规模较小 只会对本试验 段地下水活动有影响 试验成果还表明 在孔深59 64m 以上 在高压力条件下水流表现为紊流型 其透水率较 1 00MPa 压力时有所降低 但从量级上看 两者基本处于同一范畴 在孔深 59 64m 以下 其高压力条件下与P 1 00MPa 时的透水率相比 无明显 变化 7 7 3 3 Z ZK K5 53 32 2 钻钻孔孔水水力力劈劈裂裂及及高高压压压压水水试试验验成成果果分分析析 ZK532 布置在坝址左岸山顶平台 为地下厂房压力管道部位 地面高程为 852 53m 钻孔深度 300 30m 为查明地下厂房压力管道部位岩体在高水头压力 条件下的渗透特性及变化情况 在钻孔中进行了水力劈裂试验和高压压水试验 并由我院先期完成全孔的常规压水试验 7 3 1 水力劈裂试验成果分析 根据钻孔揭露地质条件 结合工程部位特性 在孔深159 76m 278 79m 范 围内 选取 7 个试验段进行水力劈裂试验 试验结果汇总如下表 ZK532 水力劈裂试验成果汇总表 试段位置 m m 试验段地质条件 劈裂压 力 MPa 劈裂流量 l min 岩体透水 率 Lu 159 76 162 86 花岗岩 弱风化下部 次块 状结构 岩芯完整 节理较 发育 RQD 0 90 3 17151 53 186 16 189 26 花岗岩 微风化 次块及块 状结构 岩芯完整 节理较 发育 RQD 0 90 5 34110 66 231 87 234 97 辉绿玢岩 微风化 块状结 构 岩芯完整 节理不发育 RQD 1 0 18 0090 16 246 00 249 10 花岗岩 微风化 块状结构 岩芯完整 节理较发育 RQD 0 90 6 00150 80 262 00 265 10 花岗岩 微风化 次块状结 构 岩芯较完整 节理发育 RQD 0 70 5 70150 85 271 06 274 16 花岗岩 微风化 次块状结 构 岩芯完整 节理较发育 RQD 0 90 6 00100 54 275 69 278 79 花岗岩 微风化 块状结构 岩芯完整 节理不发育 RQD 1 0 7 0080 37 从试验成果可以得出如下几点 孔深 159 76m 162 86m 试验段较其余试验段条件差 试验劈裂压力低 相应岩体透水率大 微风化花岗岩中岩体的劈裂压力在5 0 7 0MPa 之间 并且随着埋深增 加其劈裂压力略有增大 微风化花岗岩中岩体劈裂后 岩体透水率均小于1 0Lu 表明原有裂隙 挤压紧密 连通性差 劈裂裂隙规模很小 7 个试验段的 P Q 曲线均突向 P 轴 升压阶段与降压阶段曲线不重合 呈顺时针环状 属冲蚀型 D 孔深 231 87m 234 97m 试验段为微风化的辉绿玢岩 块状结构 劈裂压 力为 18 00MPa 比同条件花岗岩高 说明辉绿玢岩的抗拉强度较花岗岩高 7 3 2 常规压水试验成果分析 钻孔深度 300 30m 从孔深 32 29m 开始共进行了 55 次压水试验 其中孔 深 52 92m 以上的 4 个试验段按照现行的 钻孔压水试验规程 SL 25 92 进行 三级压力五个阶段试验 孔深52 92m 107 48m 这 11 个试验段由于地下水埋深 大于 30m 只进行 0 60MPa 1 00MPa 0 60MPa 二级压力三个阶段试验 水位 及流量观测仍然按照现行的 钻孔压水试验规程 SL 25 92 中有关要求执行 孔深 107 48m 185 27m 钻孔中地下水位已低于60m 压水试验参照 SDJ 78 中 相关要求进行 试验压力为1 00MPa 孔深 185 27m 300 30m 钻孔中地下水位 已低于 100m 压水试验同样参照SDJ 78 中相关要求进行 试验压力统一为 1 50MPa 各试验段岩体透水率见附图6 试验成果分析如下 孔深 32 29m 37 29m 为弱风化上部的粉砂岩 碎裂结构 岩体透水率大 于 100Lu 为强透水岩体 孔深 37 29m 72 48m 为弱风化上部及弱风化下部的粉砂岩 泥岩及角砾 岩 花岗岩 镶嵌碎裂结构夹次块状结构 局部为碎裂结构 岩体透水率在 10Lu 20Lu 间 为中等透水岩体 孔深 72 48m 107 48m 为弱风化下部花岗岩 次块状结构 岩体透水率在 5Lu 10Lu 间 为弱透水岩体 孔深 107 48m 300 30m 为弱风化下部及微风化花岗岩 次块状及镶嵌碎 结构为主 部分为块状或碎裂结构 岩体透水率小于2 0Lu 尤其是孔深 185 27m 以下孔段已接近 1 0Lu 为弱透水岩体 已接近于微透水岩体 由此可见 岩体透水率随着深度增加而降低 由强透水岩体 中等透水岩体 弱透水岩体向微透水岩体过渡 这与钻孔揭露地质条件是基本一致的 7 3 3 高压压水试验成果分析 高压压水试验的目的是为了确定在实际水压力作用下 岩体的透水特性 以 了解试验段岩体的完整性和与附近裂隙的联通性 高压压水试验的方法是用双栓塞隔离试段 试验段长度3 10m 栓塞止水 压力为 5 00MPa 用 4 00MPa 的恒定压力向试段注水30 分钟 每分钟读取一 次流量 如果岩体透水率低 则用6 00MPa 的恒定压力再次注水30 分钟以上 观测流量及压力随时间的变化情况 选取了 3 个试验段进行了