水利水电工程钻孔压水试验规程--条文说明 - 图文(4)

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绝对差不大于1L／min，该阶段试验即可结束。绝对差的标准主要是根据流量计实际可能达到的精度确定的。

取最后一次流量读数作为计算值，比取该时段内的平均值更合理些，也较方便。

四、流量增大问题

理论上，当压力保持不变时，不应出现流量随时间增大的现象。因此，当出现这种情况时，应进行检查。如果不是设备、仪表发生故障，则应延长试验时间，直至流量不再增大，且达到上述标准方可结束。 4. 5．4 在压水试验过程中，当试验压力由高压力转换到较低压力时，有时会出现水从岩体流入钻孔的现象，这种现象称为回流。

产生回流现象的原因，是由于在试验压力下降的瞬间，钻孔附近岩体内的水压力暂时高于试验压力，因而使水自岩体流出。这个过程一般持续数分钟至十余分钟。随着岩体内水压力逐渐下降，回流量渐减至零。当岩体内水压力继续调整至低于试验压力之后，水重新流向岩体，并随着压力调整结束而趋于稳定。回流现象是岩体的储水效应（即岩体在一定时间内具有贮存一定压力和一定体积的水的能力）的反映，而储水效应的大小与岩体的弹性变形性质有关。因此，圭地西尼（G.Guidicini）等指出，可以利用回流资料估算岩体的变形模量。

在巴西的圣伊萨贝尔（Santa Isabel）坝址，17个钻孔共出现 38次回流，并发现了如下规律： （1）第四与第五阶段之间全部出现回流，第三与第四阶段之间有一半出现回流。

（2）回流量小于总压入水量的20％。

（3）有半数试段的P－Q曲线为C型（扩张型）。第五阶段的流量等于或小于第一阶段的流量（Q5≤ Q1 ）。

东北勘测设计院在临江和哈泥河两坝址也多次发现回流，其规律与圣伊萨贝尔坝址相似。

在压水试验过程中，当出现回流时，应尽量详细记录有关情况（包括回流时间、回流量等），以便积累资料。尤其重要的是，切不可把流量从负经零到正这个变化过程中的暂时停滞误认为是该试段流量为零。 4. 5．5 为了解岩体裂隙连通情况和压水试验的影响范围，应在试验过程中，对试验钻孔附近的井、硐、孔、泉等进行观测（包括出水位置、水位、流量等），必要时可配合使用示踪剂。

4．5．6 本条强调在试验前应对原始记录进行认真检查。

5 试 验 资 料 整 理

5．0．1 本条概述了试验资料整理的步骤。 压水试验资料整理和表示方法很多，本规程采用透水率和P－Q曲线类型来表示试验成果。

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用压水试验（特别是试验压力较大的吕荣试验）成果计算岩体渗透系数有很大的局限性，因此在规程正文中未予列入，仅在附录中作简单介绍。 应当指出，各种教科书和手册中，计算渗透系数的公式很多，如裘布依公式、沃斯列夫（Hvorslev）公式、莫伊（Moye）公式、巴布什金（Бабущкин）公式等。这些公式都以渗流服从达西定律为基本前提，只是对边界条件的假设不同。因此，不同公式的计算结果，差别大致在 ±20％之内。而当岩体渗透性较大时, 用压水试验法和抽水试验法求得的渗透系数相差可达数十倍至百余倍，因此，仅当透水率较小（例如q＜10Lu），且p－Q曲线为A型（层流型）时，才可以用附录D所列的公式计算渗透系数。当透水率较大时，用压水试验方法求得的渗透系数，其准确度很差。

5．0．2 本条对绘制P－Q曲线的方法作出规定。 绘制P－Q曲线是划分类型的基础。豪斯比的做法是计算出各压力阶段的吕荣值，然后以不同阶段吕荣值之间的相对关系作为划分类型的依据。实践表明，直接绘制出P－Q曲线更为直观，效果也更好些。 绘制P－Q曲线应采用统一的比例尺。如果采用不同的比例尺，例如在流量较小时用较大的比例尺，就会出现一些人为造成的不规则曲线，使判读和划分类型产生困难。

采用规程中规定的比例尺（P轴1mm＝0．01MPa、Q轴1mm=1L/min），各点标明序号，并分别用实线和虚线连接升压曲线和降压曲线，这样图幅紧凑，图面清晰，绘制和使用都比较方便。

5．0. 3 本条说明划分P－Q曲线类型的原则，五种类型的曲线特点及其意义。

划分P－Q曲线类型的主要依据有两点，一是升压阶段P－Q曲线的形状，二是降压阶段P－Q曲线与升压阶段P－Q轴线是否重合及其相对关系。根据上述原则，将P－Q曲线划分为五种类型。值得指出的是，在我们看到的国外资料中，尽管在解释和应用方面意见不完全一致，但在基本类型划分上看法是相同的。

下面，对五种P－Q曲线类型作进一步说明。 一、A型（层流型）

（l）曲线特征：P－Q曲线中升压曲线为通过坐标原点的直线，降压曲线与升压曲线基本重合。

（2）解释：渗流状态为层流。在整个试验期间，裂隙状态没有发生变化。

二、B型（紊流型）

（1）曲线特征：P－Q曲线中升压曲线为凸向Q轴的曲线，降压曲线与升压曲线基本重合。

（2）解释：渗流状态为紊流（这里所谓的紊流，是所有非线性的压力一流量关系的统称）。在整个试验期间，裂隙状态没有发生变化。

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三、C型（扩张型）

（1）曲线特征：P－Q曲线中升压曲线大体上为凸向P轴的曲线，降压曲线与升压曲线基本重合。 C型曲线最关键之处在于：在某一压力之后，流量突然增大，且第4 点与第2 点，第5点与第1点基本重合。至于第1、2两点之间，可以是通过坐标原点的直线，也可以是凸向Q轴的曲线，表明在流量突增之前的渗流状态，但不作为曲线类型划分的依据。

（2）解释：在试验压力作用下裂隙状态产生变化，岩体渗透性增大，但这种变化是暂时性的、可逆的，随着试验压力下降，裂隙又恢复到原来状态，呈现出一种弹性扩张性质。从整个P－Q曲线的变化中，可以看出裂隙弹性扩张作用与试验压力之间的关系，以及这种作用对原来渗流状态的干扰。

四、D型（冲蚀型）

（1）曲线特征：P－Q曲线中，升压曲线大体上为凸向P轴的曲线，降压曲线与升压曲线不重合，位于升压曲线的右侧，整个P－Q曲线呈顺时针环状。

D型曲线最关键之处，是在某一压力之后，流量突然增大，且 Q4 ＞Q2 ， Q5＞Q1。 P－Q曲线中的其它变化，对曲线类型划分来说不是本质性的。 （2）解释：在试验压力作用下裂隙状态产生变化，岩体渗透性增大，这种变化是永久性的，不可逆的。由于在选择试验压力时已根据试段位置作了限制，因而排除了因压力过大导致岩体抬动变形的可能性。因此，流量突然增大且不能恢复原状，多半是由于裂隙中的充填物被冲蚀、移动造成的。

冲蚀型P－Q曲线中的升压曲线和降压曲线都会出现一些不同的变化。如升压曲线中的第1、2两点与原点之间可能为直线，也可能为凸向Q轴的曲线，分别说明在产生冲蚀作用之前流态为层流或紊流；降压曲线可能为凸向P轴的曲线（说明一部分为可恢复的弹性变形，一部分为不可恢复的冲蚀作用），也可能为直线或凸向Q轴的曲线（分别说明在冲蚀作用产生之后流态为层流或紊流）。总之，从整个P－Q曲线的变化中，可以看出裂隙充填物冲蚀作用与试验压力之间的关系，这种冲蚀作用对原来渗流形态的干扰，冲蚀作用的程度以及冲蚀后对渗流形态的影响，等等。 五、E型（充填型）

（1）曲线特征：P－Q曲线中，升压曲线为直线或凸向Q轴的曲线，降压曲线与升压曲线不重合，位于升压曲线的左侧，整个P－Q曲线呈逆时针环状。

E型曲线的关键之点在于Q4＜Q2，Q5 ＜Q1。至于升压、降压曲线的形状对类型划分不起什么作用。

（2）解释：试验期间裂隙状态发生了变化，岩体渗透性减小，这种减小大多是由于裂隙被部分堵塞造成的。试验时间不足也可能是产生E型曲

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线的因素之一。降压曲线可能为直线或凸向Q轴的曲线。

豪斯比对E型曲线的解释是，此时裂隙处于半封闭状态，当被水充满后，流量即逐渐减小，甚至趋近于零。其曲线特点是：升压曲线凸向Q轴，降压曲线凸向P轴。根据我们的经验，这种曲线出现的机率很小，其中可能包括了因忽视回流现象而造成的流量下降在内。

我们把E型称为充填型，有两个含义，一是在试验过程中裂隙被外来的固体颗粒所充填（这是主要的）；二是半封闭的裂隙被水所充填（这是豪斯比的解释）。 5．0. 4 本条说明试段透水率以吕荣值（Lu）为单位来表示，并说明了 1LU的定义。

以吕荣值为单位来表征岩体的透水性是多数国家的习惯用法。采用这个单位，有利于国际间的工程合作和技术交流。

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吕荣值原来的定义压力为10kgf／cm。根据国务院发布的《关于在我

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国统一实行法定计量单位的命令》，作为压力单位，kgf／cm已被废除。米水柱为未广泛应用的非正式压力单位，也不宜再使用，故规程中统一采用法定的压力计量单位兆帕（MPa）。

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兆帕与公斤力／厘米不是简单的十进制关系， 1MPa＝10．2kgf／cm

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（或 10kgf／cm=0．98MPa）。如果把吕荣的定义压力直接换算为O．98MPa，似乎过于繁琐，也不便于应用，故将定义压力改为1MPa。显然，新定义的吕荣值单位比原定又增大了约2％。从压水试验实际可能达到的精度看，这种更改不会对成果使用造成明显的影响。

5．0. 5 本条说明试段透水率的计算方法及其精度。 一、透水率计算方法

一次压水试验可以取得五组P、Q数据，选择哪一组数据来计算该试段的透水率，是一个争议较大的难题。

豪斯比在《吕荣压水试验的常规解释》一文中，提出如下的选择原则： （1）A型 取五个吕荣值的平均值。 （2）B型 采用P3、 Q3 作为计算值。。

（3）C型 如第 1、2两点为通过原点的直线，则采用P1、Q1 作为计算值；如第1、2两点为凸向Q轴的曲线，则采用P2 、Q2 作为计算值。 （4）D型 采用 P5 、 Q5作为计算值。 （5）E型 采用P5 、Q5 作为计算值。

上述规定，有许多含混不清、相互矛盾之处。A型到和B型，裂隙状态并未改变，只是渗流型式不同，取P3 、Q3 作为计算值是合理的（A型取五个吕荣值的平均值毫无必要，徒然使计算复杂化）。C型和D型裂隙状态及其渗透性都发生了变化，不过前者是可逆的，而后者是不可逆的。问题在于，如果我们想得到的是定义压力下的渗透性，则不论这种变化是暂时的还是永久的，均以取P3 、Q3 作为计算值为宜。

至于E型，豪斯比完全归因于水充满封闭或半封闭的裂隙，显然是

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不够全面的。如果原因是裂隙被堵塞，则取P5 、Q5 无疑是不合理的。在无法准确确定堵塞充填作用何时开始的情况下，取P3 、Q3作为计算值大体上是说得通的。

因此，规程规定：不论P—Q曲线为何种类型，一律都用最大压力阶段（第三阶段）的 压力和流量值（P3 和Q3）来计算透水率。这样易于掌握：同时避免了困人为解释上的差异 而造成资料混乱。

当最大试段压力不等于１MPa时，不论曲线类型如何，各国都采用线性比例关系换算。规程中的式（5．0. 5）是通式，无论 P3 是否等于 1Mpa均适用。

二、透水率精度

透水率取两位有效数字，这与压水试验可能和需要达到的精度是一致的。透水率小于0.1LU时记为零。

5．0. 6 本条规定同时用透水率和P－Q曲线类型来表示压水试验成果。 在采用P3、Q3 计算试段透水率之后，单纯用吕荣值来表示该试段的压水试验成果显然是不够全面的。布鲁斯和米尔摩尔在整理英国基尔德坝的压水试验成果时，采用了同时表示吕荣值和P—Q曲线类型的办法。本规程采用了这种表示方法。

P－Q曲线类型是反映试段岩体渗透特性的重要资料，它本身具有一定的规律性，并能揭示出岩体裂隙的某些工程特性。 一、曲线类型与渗透性之间的内在规律

从表4.5.3-2 所列的五个坝址888段试验资料的统计结果可以看出，当透水率小于3LU时，P－Q曲线以A型占压倒优势，其余四种类型很少出现；当透水率大于3Lu时，P－Q曲线以B型为主，C、D、E三种类型也比渗透性小时显著增加，而A型则大大减少。

许多学者（休特、斯诺、路易斯、夏普、麦尼等）曾研究了裂隙的渗流规律，研究结果表明，渗流形态与裂隙的开度、粗糙度和平直度有关。对于壁面平直、光滑的裂隙，开度小于O.15mm时，其流态均为层流，开度大于0.4mm时为紊流，开度为0.15～0.4mm的裂隙在低压时为层流、高压时为紊流。由此可见，室内模型试验与野外试验统计结果是一致的。 二、曲线类型与岩体需灌性和可灌性之间的关系

帷幕灌浆大多以水泥作为灌浆材料。水泥是一种粉状的固体物质。普通水泥粒径为3O～60μm，磨细水泥粒径可达10～30μm。一般认为，要使某一粒径的颗粒顺利地通过某一空隙，空隙的宽度应大于三倍颗粒直径，否则将发生堆叠，拥塞现象。国内外的一些资料指出，水泥浆可以灌入的最小裂隙宽度，大致在0.l～0.2mm之间。这就是说，渗流为层流的裂隙宽度的上限大体上相当于水泥浆可以灌入的裂隙宽度的下限。据此库兹纳尔（C．Kutzner）得出这样的结论：无论渗透性和施工压力多大，只要P－Q曲线是A型就无需灌浆，即使灌了也将是无效的。 三、曲线类型与工程特性的关系

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库兹纳尔还认为，P－Q曲线为C型的试段，大多数耗浆量很小，因而可以停止灌浆。此外，当出现升、降压曲线凸向相反的E型曲线时，表明部分透水岩石孤立地存在于渗透性小得多的岩石内，在这种情况下，即使渗透性很大，也可能无需灌浆。当然，要准确地鉴别这种曲线类型，应进行更细致的试验工作。

许多学者对D型曲线给予特殊的注意，因为这种曲线表明，岩体裂隙中存在高压力下易被冲蚀的充填物。基尔德坝的压水试验中，有12次试验成果为D型，其中有8个试段位于帷幕最深处，为了防止充填物被冲蚀，选择了多排帷幕方案。 当P－Q曲线畸型，不属于上述五种类型中的任何一种（这种情况不多，但有可能出现）时，或由于某种原因，未进行三级压力、五个阶段的试验时，试验成果只用透水率值表示。 5．0. 7 压水试验记录格式应统一。规程附录规定的格式采用活页式，E1、E2格式（双面印刷）为每个钻孔一张。E3、E4格式为每段一张，钻孔结束后，装订成册。

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