某水工隧洞裂隙岩体高水头作用下的渗透性试验研究

结合某抽水蓄能电站高压引水隧洞裂隙岩体的高压压水试验、常规压水试验和室内试验,分析了裂隙岩体在高水头条件下渗透流量与压力关系所反映的岩体渗透特性变化规律;在定量计算基础上探讨了裂隙岩体渗透系数与压力的相互关系。通过对比高压压水试验、常规压水试验和室内试验得到的渗透系数,分析了环境应力状态和压力变化对渗透系数取值影响的原因。研究结果表明,高水头作用下裂隙岩体的渗透系数明显大于低水压条件下的渗透系数,室内试验渗透系数因应力解除影响而大于原位压水试验渗透系数值。     

水压式双栓塞止水压水技术的研究与实践

国内工程钻孔压水多结合造孔采用单栓塞止水,按0.3、0.6和1.0MPa3个压力点5个压力阶段进行试验,我们称其为常规压水试验。目前,进行勘测设计和施工的高坝高水头电站、抽水蓄能电站已有多座,查明岩体在实际水头作用下的透水率和渗透特性是工程设计的一项重要工作。因为一些低压力下不渗透的岩层在高压下可能渗透甚至会产生水力劈裂,常规压水试验结果已不能完全满足工程设计的需要。为此,我们研制了水压式双栓塞止水压水技术。实践证明,该技术具有止水效果好、操作简单、可在终孔后连续进行试验等优点。本文给出了使用该技术进行的常规压水、高压压水和水力劈裂三个方面的试验资料,简单分析了这些试验资料在工程设计中的作用和意义。     

多种高压压水测试方法在某抽水蓄能电站的应用研究

常规的岩体裂隙渗透性测试方法无法满足抽水蓄能电站工程设计的需要,为研究在高水头压力下岩体裂隙的透水特性,针对某抽水蓄能电站不同工程利用部位的岩体承载特性,进行了不同方法的高压压水测试,分别为变压力长时程高压压水、四循环高压压水、多阶段高压压水及逐级加压至岩体裂隙张开试验。这些试验方法的应用,不仅真实反映了该电站裂隙岩体在不同加压载荷下的渗透特性,而且可以评价岩体的各类结构面抵御水头压力的能力,为工程设计提供合理的依据。     

多种高压压水测试方法在某抽水蓄能电站的应用研究

常规的岩体裂隙渗透性测试方法无法满足抽水蓄能电站工程设计的需要,为研究在高水头压力下岩体裂隙的透水特性,针对某抽水蓄能电站不同工程利用部位的岩体承载特性,进行了不同方法的高压压水测试,分别为变压力长时程高压压水、四循环高压压水、多阶段高压压水及逐级加压至岩体裂隙张开试验。这些试验方法的应用,不仅真实反映了该电站裂隙岩体在不同加压载荷下的渗透特性,而且可以评价岩体的各类结构面抵御水头压力的能力,为工程设计提供合理的依据。     

蒲石河抽水蓄能电站上水库裂隙岩体渗透张量的确定

本文提出了一种既能反映裂隙岩体的渗透特性,又相对准确的确定裂隙岩体渗透张量的方法。首先通过裂隙在空间展布状况的测量,用统计学方法初步确定裂隙岩体的渗透张量,获得渗透主值及主方向,然后根据野外压水试验得到的岩体透水率,利用巴布什金公式计算各试段岩体的渗透系数,求出修正系数,从而得到研究区裂隙岩体的修正渗透张量。并运用上述方法对蒲石河抽水蓄能电站上水库坝址区裂隙岩体的渗透张量进行了计算。结果表明,该方法能较好地刻画裂隙岩体渗透性的各向异性特征,可为岩体渗透性分区及防渗帷幕的优化提供科学依据。     

高水压力作用下裂隙岩体渗透性的变化研究

渗透系数是表征裂隙岩体透水性能的一个重要参数,当水压力较小时,岩体的渗透系数变化不明显,但在高水压力条件下,岩体的渗透系数会发生明显变化,这给我们在进行渗流分析时带来了一定的困难,因为多数情况下是将渗透系数当作定值来计算的。在高压水条件下,基于非达西流方程,推导了裂隙岩体的渗透系数与水压力之间的表达式,并给出了常规压水或低水压力、高压压水时水力劈裂前后渗透系数的计算公式。现场压水试验结果表明,当岩体发生水力劈裂后,渗透系数增加明显,此时可以通过压水量和水压力的变化量来计算裂隙岩体的渗透系数。通过几个抽水蓄能电站的高压压水试验结果验证了裂隙岩体水力劈裂前后渗透系数的变化规律,并与实际裂隙岩体的渗透系数进行了比较,其误差在10%左右,表明本文给出的渗透系数表达式的合理性和准确性,为水利水电工程的渗流分析及渗漏量的计算提供了渗透系数选择的依据。     

高压压水试验在深钻孔中的应用

常规压水试验一般按三级压力、五个阶段进行。三级压力一般分别为0.3,0.6,1 MPa。但对于水库大坝、深埋地下工程等水头很高的工程而言,常规压水试验结果不能反映实际水头压力作用下岩体的渗透特性。试验在某花岗岩地区500 m深孔中进行,因此选定压力阶段为2,4,6 MPa。试验段长度取为6.5 m,钻孔中共取21个典型区段进行高压压水试验,试验结果表明,高压压水试验能很好地反映岩体透水性的变化规律。该地区属低渗透岩体,因此在该地下工程灌浆处理裂隙岩体时最小灌浆压力值应不小于5 MPa。     

裂隙岩体高压压水试验水-岩耦合过程数值模拟

为了解高压水渗流作用对裂隙岩体应力和变形的影响,结合黑麋峰抽水蓄能电站岩体高压压水试验的渗压及变形测试成果,采用多孔连续介质全耦合理论,研究了试验区岩体测点在压水孔加压和卸压过程中的孔隙压力和位移变化过程。通过对测点位移和渗压随时间变化过程的计算值和实测值对比研究,验证了所采用的水-岩耦合数值模型的合理性。研究表明：在压水孔内的水压力和岩体孔隙压力的共同作用下,岩体内的应力大幅度增加;压水过程中,岩体因渗流作用产生了较大的位移,停止压水后的一段时间内,由于岩体中还存在一定的孔隙水压力和水压力梯度,从而导致岩体内仍存在部分变形值,且该部分变形值并非是压水孔卸载后岩体内的塑性残余变形;高压水渗流作用下的岩体耦合效应对工程应力和围岩变形有重大影响,考虑水-岩耦合效应的岩体稳定性评价结果对工程设计更具指导意义     

高压压水试验在某抽水蓄能电站中的应用

简述了高压压水试验方法及其在某抽水蓄能电站中的应用结果,并结合该孔中的水压致裂法地应力试验测试结果进行了分析,高压压水试验的成果与该孔水压致裂法地应力测试结果得到了相互验证。     

基于钻孔高压压水试验非线性流模拟计算错动带渗透参数

高坝大库建设过程中,往往需要确定工程区附近岩土体在高水头作用下的渗透参数,钻孔高压压水试验是其中最常用的方法之一。与其他试验相比,高压压水试验具有很高的水头和渗流速度,很容易出现非线性渗流,这种情况下达西流公式不再适用,因此,亟需一种基于钻孔高压压水试验确定非线性参数的求解方法。本文建立了钻孔高压压水试验的非线性流数学模型,采用有限差分的方法,得到了阶梯水头变化情况下非线性流数学模型的数值解,并验证了该数值解的准确性。在此基础上讨论了非线性参数对水头和流速的影响,结合白鹤滩水电站玄武岩错动带现场高压压水试验,进一步验证了该方法的可靠性。结果表明,当非线性参数k和径向距离r保持不变时,非线性参数β越大则试验过程中的水头h和流速v都越小;当非线性参数β和径向距离r保持不变时,非线性参数k越大则试验过程中的水头h越小、流速v越大;且较大的β和k均会使得高压压水试验能更快地趋于稳定状态。如果仍按照达西流公式进行计算,将会高估透水介质中的水头,进而高估玄武岩错动带结构面抵抗渗透破坏的能力,最终对工程稳定性产生不利影响。在白鹤滩水电站进行的钻孔高压压水试验过程中地下水发生了非线性运动,求得C₂错动带的非线性参数β=1.62 min ·m-1,k=9.60×10-3m ·min-1,该方法对于现场确定错动带非线性参数有较好的适用性。     

近水平层状坝基岩体渗透结构及其工程意义

查明坝基岩体的渗透结构对于大坝工程防渗方案的制定具有重要意义。以黄河古贤水利枢纽工程近水平分布的红层坝基岩体为研究对象,使用“连续、高分辨率”压水试验数据处理与统计方法,分析了岩体透水率与高程、岩性及顺层剪切带的关系,阐明了坝基岩体的渗透结构,提出了工程防渗建议。研究发现,坝基岩体渗透结构表现出结构性和随机性双重特征。结构性表现为岩体透水率随高程的降低而减小;随机性表现为岩体透水率会因岩性和剪切构造等随机变化。对于河床及滩地坝基岩体,风化卸荷带底高程在450 m附近,1 Lu关键透水率指标界线的底高程位于340 m附近。对于岸坡坝基岩体,3 Lu关键透水率指标界线的底高程位于560～580 m。在坝基勘察深度范围内,350～360 m高程段连续分布具有一定厚度的软岩类岩体,剪切构造不发育且岩体透水微弱,可视为相对隔水层,对坝基防渗帷幕优化设计具有指示意义。文章提出的统计、分析方法具有一定普适性,可为类似工程所借鉴。     

天荒坪电站引水岔管的高压灌浆施工

天荒坪抽水蓄能电站为高水头电站，其地下引水系统的岔管承受的最大动水头达887米，采用固结灌浆的压力为9．0MPa，由于岔管的结构特殊，受力条件复杂，在该部位进行高压灌浆施工稍有不慎就可能对隧洞产生不利影响，通过生产性高压灌浆试验，优选可靠的灌浆参数和施工工艺，使引水岔管的高压灌浆施工得以顺利进行。     

小断面裸岩隧洞超高压灌浆试验研究

水电工程建筑物超高压灌浆是一个全新的课题。天荒坪第二抽水蓄能电站天然落差约730 m,为研究以及探索水工隧洞高水头作用对隧洞围岩的整体性和抗变形能力的影响,在天荒坪PDX1探洞进行压力高达12 MPa的灌浆试验,由于所采取施工方法和措施均较恰当,促使整个灌浆顺利进行,获得了合理的灌浆程序和参数,为高压水头大型混凝土衬砌水道灌浆提供实践依据。     

蒲石河抽水蓄能电站上库三维渗流数值模拟

根据蒲石河抽水蓄能电站上库的地质及水文地质条件,建立了裂隙岩体三维渗流数值模拟模型,计算分析了水库-岩体系统地下水运动规律及各种运行工况下的上库渗漏量和渗流场的分布特征。将模拟计算区地下水流系统概化为非均质各向异性三维稳定地下水流系统,综合利用压水试验得到的平均渗透系数值和统计学方法得到的渗透张量方向,获得裂隙岩体的渗透系数张量。数值模拟结果表明,正常蓄水位运行工况下,整个库区均未进行防渗处理时,上库总渗漏量为5832.92m3/d,防渗后渗漏量减少了3571.27m3/d。     

淮南板集煤矿F512断层导水性分析及地面注浆加固

板集煤矿F512断层落差70m,存在着导通上覆新生界松散层水与下伏太原组岩溶水的威胁,同时,断层带的破碎岩体也将对巷道掘进和支护带来困难。该矿先后施工了3个水文地质钻孔进行抽水和压水试验,根据岩心鉴定成果和岩石RQD值,认为断层带的岩心较为破碎;依据抽水过程中的流量变化、水位降深值和水位恢复值等指标及压水试验中透水率分析,发现该断层的导水性较差,具有弱渗透性。参考相邻矿区的经验,决定对断层破碎岩体采用地面注浆方法进行加固。整个工种注入水泥浆1 600m3,破碎岩体得到了有效加固,巷道掘进顺利通过了F512断层。     

坝基岩体岩心.纵波指标与单位吸水量的相关性分析

本文以数理统计的方法,对一些水电工程坝基岩体岩心、纵波指标与单位吸水量之间进行相关性分析。根据所建立之关系式,达到检查压水试验成果的正确与否,并通过已知参数指标,预测未作压水试验孔段内单位吸水量的近似值,从而达到减少压水试验孔段,节约工程地质勘探费用的目的。     

贵州冗赖水库岩溶成库条件分析

冗赖水库位于珠江流域的北盘江与南盘江两大水系之间的高原岩溶台地,左右岸外侧均存在低邻槽谷,坝址下游存在底部发育落水洞的大型岩溶海子,水库成库难度大,当地人饮水问题突出。通过岩溶水文地质调查、钻探、物探、连通试验等手段,从地形条件、地层岩性、地质构造、水文地质条件、岩溶发育特征等方面,对冗赖水库成库条件进行了分析论证。认为水库库盆底部依托隔水性岩体,不存在库水渗漏问题,但水库两岸受分水岭地下水位低、断层破碎带及岩溶发育等影响,存在库水渗漏问题,同时库首两岸可能存在顺平缓岩层面、溶蚀裂隙等产生渗漏问题。因此建议采用垂直防渗方式,防渗标准（透水率）小于3 Lu或防渗帷幕下限接稳定地下水位以下10 m,遇到溶洞等地质缺陷时应查明其分布特征,并根据实际情况降低防渗底线。      

钻孔高压压水测试在深埋与承压洞室工程中的应用研究

随着工程建设的发展,最高压力为1.0 MPa的常规压水测试,已不能满足具有压力洞室工程的勘测需要。只有按照洞壁围岩实际承受的压力进行高压压水测试,才能为确定岩体的高压透水性状、洞壁围岩的临界破裂压力、岩体透水性随时间的变化特征,以及岩体高压作用下的变形与工程稳定性分析等提供可靠依据。     

地应力对低渗透性岩体的渗透率影响分析

近年来, 水电站库区渗漏、核废料深地质处置、CO2地质储存、输油管道渗漏、垃圾填埋造成的地下水灾害及污染等倍受关注, 而这些工程的安全性、可靠性与低渗透性岩体关系密切。针对这一问题, 本文采用水压致裂法测地应力、压水试验测岩体渗透率的方法, 对低渗透性页岩进行了试验研究, 结果表明: (1)研究区地应力值随着孔深呈递增趋势, 符合地应力的一般分布规律; (2)研究区低渗透性岩体的透水率随深度的增加而逐渐减小, 且0～100m, 透水率变化较大, 100～400m, 透水率变化较小, 而400～600m时, 岩体透水率则基本保持在一个相对稳定的数量级上, 回归分析知研究区岩体透水率与孔深具有较好的负冥指数关系; (3)研究区低渗透性岩体渗透率与地应力总体上服从负指数关系, 但不同点的地应力对岩体渗透率的影响具有一定差异性。这与国内外其他学者的研究结果一致, 这为该地区进一步研究低渗透性裂隙岩体渗流规律奠定了基础。     

三峡工程地下电站主厂房围岩渗透性研究

利用压水试验资料分析了主厂房区岩体在水平方向和垂直方向的渗透性。在水平方向,主厂房区岩体的渗透性以微透水-弱透水为主,部分甚至不透水,个别岩体中等透水,厂房位于比周边岩体渗透性弱的区域上。在垂直方向,主厂房区大部分岩体的渗透性随深度的增加而递减,但也有小部分岩体的渗透性变化不明显,并非随深度的增加而递减。导致这种现象的原因是这部分岩体中高倾角的裂隙和断层比较发育。在同一高程上,断层端点对岩体透水率有较大的影响,断层端部发育聚集的地方,岩体的透水率大。