周志芳王錦國河海大學地球科學與工程學院巖體滲透參數快速測試技術2013年度水利水電工程地質勘察管理與技術研討會一、巖體滲透性特點二、常用的測試技術三、振蕩試驗測試原理四、振蕩試驗測試滲透系數張量五、測試系統(tǒng)（儀器）報告提綱巖體滲透性特點強烈的非均質性獲得各種滲透性介質的參數，需要大量的試驗！巖體滲透性特點強烈的各向異性巖體中任意一點的滲透系數為一張量，如何通過測試獲得？巖體滲透性特點多尺度特性裂隙巖體巖塊尺度結構面尺度巖體尺度一、巖體滲透性特點二、常用的測試技術三、振蕩試驗測試原理四、振蕩試驗測試滲透系數張量五、測試系統(tǒng)（儀器）報告提綱常用的測試技術壓水試驗常規(guī)壓水試驗高壓壓水試驗交叉孔壓水試驗三段壓水試驗優(yōu)點：直觀、與工程灌漿聯(lián)系緊密

可適用于非飽和帶、低滲透性巖體缺點：耗時相對較長、成本高

不能直接得到滲透系數常用的測試技術抽水試驗穩(wěn)定流抽水試驗非穩(wěn)定流抽水試驗注水試驗優(yōu)點：經典理論、可直接求得滲透系數缺點：耗時較長、成本高

大多數低滲透性巖體中不適用一、巖體滲透性特點二、常用的測試技術三、振蕩試驗測試原理四、振蕩試驗測試滲透系數張量五、測試系統(tǒng)（儀器）報告提綱振蕩試驗測試原理基本概念通過瞬間井孔內微小水量的增加（或減少）而引起井水位隨時間的變化規(guī)律確定含水層水文地質參數的一種簡易方法。氣壓激振水流振蕩波滲流運動激發(fā)鉆孔內水位變化的方式有：抽水式、注水式、氣壓等。振蕩試驗測試原理優(yōu)缺點優(yōu)點：更簡便、經濟；精度完全能夠滿足實際測定含水層滲透系數的需要。缺點：無法在非飽和帶進行試驗。適用范圍適用于確定井孔附近小范圍含水層的水文地質參數；測試范圍：1.0×10-6cm/s~2.6×10-1cm/s（介質的阻尼系數介于0.2~5之間）計算原理假設：(1)承壓含水層等厚，含水層頂、底板隔水；(2)含水層均質、各向同性；(3)柱坐標系的原點取為含水層頂面與井孔軸線的交點；(4)試驗井為完整井；(5)井孔100％有效。承壓含水層中振蕩試驗示意圖振蕩試驗測試原理振蕩試驗測試原理無量綱關系曲線圖無量綱阻尼系數小于1時，系統(tǒng)欠阻尼；大于1時，系統(tǒng)是過阻尼反應。等于1時，系統(tǒng)為臨界阻尼。無量綱阻尼系數大于5時，慣性的影響可忽略，這時適用Cooper法。小于0.2時，適用VanderKamp的近似解。本方法適用無量綱阻尼系數介于0.2～5.0之間。振蕩試驗測試原理與抽水試驗的比較振蕩試驗的水位動態(tài)過程一般都在很短的時間內完成，無論是承壓還是無壓含水層，反映的是含水層的彈性釋水或貯水性能。由于井內是“微水”變化，因此井孔內變化水頭的影響范圍一般只局限在井孔試段附近的含水層，確定的參數也只代表井孔試段附近含水層的滲透性。

抽水試驗反應的是影響半徑范圍內巖土體的滲透特性。振蕩試驗測試原理與抽水試驗的比較振蕩試驗測試原理與壓水試驗的比較（a）巖性分布

（b）裂隙分布

（c）壓水試驗滲透系數

（d）Slugtest滲透系數起始~終止埋深/m試段長度/mLu值滲透系數/(cm/s)K1/K2巖性結構面發(fā)育情況SlugtestK1壓水試驗K245.4~50.75.30.649.60×10-68.39×10-61.14含杏仁玄武巖50.7~56.05.30.323.13×10-44.20×10-674.5251.2~52.7m一條傾角15°裂隙61.5~66.55.00.511.74×10-47.38×10-623.58角礫熔巖66.0~67.5m，傾角20°錯動帶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玄武巖，73.4-78.1角礫熔巖78.1~83.65.50.505.32×10-58.81×10-66.04含杏仁玄武巖83.6~88.85.20.662.00×10-57.84×10-62.55角礫熔巖88.8~93.74.90.596.80×10-57.15×10-69.51微晶玄武巖93.7~99.35.60.553.36×10-51.26×10-626.6793.7-95.0m微晶玄武巖，95.0-99.3m角礫熔巖95.0m一條傾角15°裂隙99.3~105.46.10.951.91×10-56.54×10-62.9299.3-103.3m微晶玄武巖，103.3-105.4m角礫熔巖105.4~110.26.00.483.35×10-51.67×10-52.01105.4-108.5m角礫熔巖，108.5m以下微晶玄武巖108.5m以下柱狀節(jié)理發(fā)育110.2~116.36.11.291.97×10-52.24×10-50.88微晶玄武巖116.3~121.65.31.664.77×10-51.22×10-53.91微晶玄武巖121.6~126.44.80.932.39×10-51.32×10-51.81微晶玄武巖126.4~132.46.01.022.95×10-56.76×10-64.36微晶玄武巖132.4~138.46.00.503.36×10-57.78×10-64.32微晶玄武巖振蕩試驗測試原理與壓水試驗的比較巖體鉆孔中Slugtest反應的是較小尺度范圍內裂隙的導水特性，獲得的滲透系數是裂隙滲透系數在試段巖體上的平均；壓水試驗中壓力值較大，反應的是較大尺度范圍巖體的導水特性，即壓力影響范圍內巖體裂隙組成的裂隙網絡的導水特性，滲透系數的大小主要受裂隙延續(xù)性和連通性控制。

振蕩試驗測試原理與壓水試驗的比較當試驗段發(fā)育的裂隙延伸范圍大于Slugtest影響范圍而遠小于壓水試驗影響范圍時，采用Slugtest獲得的滲透系數將遠大于壓水試驗獲得的滲透系數；當試驗段裂隙延伸很差甚至不發(fā)育裂隙，此時采用兩種試驗得到的滲透參數在同一量級范圍內。一、巖體滲透性特點二、常用的測試技術三、振蕩試驗測試原理四、振蕩試驗測試滲透系數張量五、測試系統(tǒng)（儀器）報告提綱振蕩試驗測試滲透系數張量滲透系數張量當量滲透系數裂隙產狀振蕩試驗測試滲透系數張量鉆孔中裂隙產狀的獲得圖

井下鉆孔圖像識別定向系統(tǒng)確定裂隙產狀振蕩試驗測試滲透系數張量由振蕩試驗獲得不同傾角裂隙滲透系數理論推導振蕩試驗測試滲透系數張量試驗驗證30度裂隙面上土工布布置圖土工布上鐵絲網布置圖鐵絲網上覆蓋水泥布置圖30度裂隙模型中隔離板布置圖30度裂隙面上覆水泥整體浮起圖30度裂隙模型整體實物圖一、巖體滲透性特點二、常用的測