钻孔高压压水试验专题报告Word文件下载.docx

1、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，N1030E，NW6080；N1040W，SW5070。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

2、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：N10W，SW55，延伸长度一般小于5m，部分达20m30m，间距20cm60cm，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1mm5mm，充填岩屑和泥。N3060E，NW8090，延伸长度一般1m5m，部分长者数十米，间距20cm50cm。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。50W，SW或NE30

3、55，延伸1m6m，间距20cm60cm，节理面多起伏、粗糙，闭合至微张，有少量节理张开夹泥。E，NW或SE30，延伸长度2m4m，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

4、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20m70m；以下部位卸荷浅，一般深度15m40m。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

5、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

6、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 高压压水试验的目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

7、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 高压压水试验布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编号孔深（m）钻孔位置座标（m）XYHZK481152.90坝址线右岸下游侧2508131.3717649814.9272

8、4.05ZK530151.58坝址线左岸上游2508327.6217650035.11625.01ZK532300.30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 高压压水试验方法4.1 钻孔、试段隔离和钻孔冲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

9、，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

10、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。4.2 钻孔高压压水试验方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

11、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0.30MPa0.60MPa1.00MPa1.50MPa2.00MPa2.50MPa3.00MPa2.50MP2.00MPa1.50MPa1.00MPa0.60MPa0.30MPa。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

12、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

13、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10

14、0m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

15、岩体水力劈裂试验报告。5 试验点地质条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0.00m67.07m和84.31m99.68m为构造软弱岩带。ZK481钻孔基本地质条件表深度（mm）岩性风化程度岩体结构地质描述0.0023.36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23.3663.84强风化散体结构碎裂结构岩芯破碎，节理发育，受F13 （44.13m46.54m）影响，孔深38.16m 54.60m花岗岩蚀变强烈，构造软弱岩带

16、63.8467.07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67.0784.31弱风化下部次块状结构岩芯完整，节理较发育84.3199.90碎裂结构岩芯破碎，节理发育，有轻微的蚀变，构造软弱岩带99.90114.98岩芯较完整，节理较发育114.98152.90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0.003.66岩芯破碎，节理发育3.6614.

17、25次块状及镶嵌碎裂结构岩芯较破碎，节理较发育 14.2530.71岩芯较破碎，节理发育30.7142.54块状结构42.5444.7044.70109.88整体结构109.88116.58岩芯完整，节理不发育或较发育116.58151.58ZK532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0.001.66粘土Qdl坡积层，粉质粘土1.664.13泥质粉砂岩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。4.138.30砂岩、细砂岩、

18、砂砾岩8.3015.7915.7942.67粉砂岩、砂岩碎裂结构镶嵌碎裂结构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。42.6750.0850.0854.58泥岩54.5864.63角砾岩次块状和镶嵌碎裂结构64.6371.88岩芯破碎，呈碎块状，节理发育71.88104.34花岗岩，夹有数段辉绿玢岩脉和石英脉岩芯较完整，节理较发育，104.34137.40镶嵌碎裂及碎裂结构岩芯破碎，呈碎块状，节理发育，123.72m124.80m为一断层

19、137.40162.50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162.50178.91花岗岩，夹石英脉碎裂及镶嵌碎裂结构178.91254.72花岗岩，夹辉绿玢岩脉块状及次块状结构,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254.72300.306 高压压水试验资料整理6.1 高压压水试验压力损失计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，

20、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210-44.010-4MPa/m之间，计算时取3.010-4MPa/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

21、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。6.2 高压压水试验岩体透水率计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/（Lpmax）计算，为了对试验

22、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/（Lp3）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。6.3 高压压水试验P-Q曲线绘制及类型判断根据每

23、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

24、（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 高压压水试验成果分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。7.1 ZK481钻孔高压压水试验成果分析钻孔布置于坝址右岸勘线下游20m左右，孔口高程724.05m

25、，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38.16m54.60m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0.00m67.07m和84.31m99.68m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44.13m46.54m为F13断层破碎带，倾角40，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98.70m99.68m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0.00m27

26、.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27.70m47.72m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47.72m152.90m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42.72m47.72m）岩体透水

27、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47.72m67.72m的第5、第6、第7、第8和孔深92.72m97.72m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3Lu9Lu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