注水試驗與抽水試驗在楊莊集水庫應用對比分析

王其超 宋金平 王俊鵬

摘 要：一方面僅采用抽水試驗獲取的滲透系數，專家持懷疑態度；另一方面認為注水試驗與抽水試驗所得到的結果相差很大，甚至達到2～3個數量級差距，為消除上述疑慮，在楊莊集水庫②層粘土中，利用分層止水，采用注水試驗及抽水試驗的方法來同時測定該層的滲透系數，并對比分析二者結果發現，注水試驗與抽水試驗取得的滲透系數K值基本一致，注水試驗可以對抽水試驗進行驗證。

關鍵詞：注水試驗；抽水試驗；對比

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.078

1 工程概況

楊莊集水庫位于鄆城縣東北的楊莊集鎮境內，為小（1）型平原水庫，鉆孔控制深度范圍內，壩基地層為第四系松散堆積層，分為七個大層，其中②層粘土的透水性能否作為隔水層成為建庫的關鍵。

②層粘土為第四系全新統沼澤堆積物，褐灰色，可塑，偶見管狀孔隙及閉合狀高角度裂隙（裂隙間被粉粒充填），局部土體具蒜瓣狀結構，手捏易碎，含腐殖質及蚌、螺殼，偶見小粒徑姜石。該層在壩基連續分布，層厚1.90～7.50m。

在楊莊集水庫南、西、東、北4條壩軸線上各布置試驗鉆孔1個（鉆孔編號C1、C2、C3、C4）對②層粘土進行注水試驗和抽水試驗。

2 注水試驗

注水試驗采用鉆孔常水頭注水試驗。

2.1 試驗設備

供水設備：發電機、潛水泵；量測設備：水表、量杯、秒表、米尺等；止水設備：套管；水位計：電測水位計。

2.2 現場試驗

根據原鉆孔資料，在附近采用打副孔的方式鉆試驗孔，用清水鉆孔至②層粘土頂板處，下直徑146mm套管至②層粘土頂板下0.5～1.0m位置，再采用直徑127mm（108mm）鉆具鉆至距②層粘土底板1.5～2.0m處停止。

在注水試驗前進行地下水位觀測。對試驗段鉆孔進行洗孔，直至水清、無沉淀時止。向套管內注入清水，使套管中的水位保持固定在套管口不變，用水表或量杯測量注入量，并記錄數據。當連續兩次量測的注入量之差不大于最后一次注入量的10%時，試驗結束，取最后一次注入流量作為計算值[1]。

2.3 試驗資料整理

注水試驗采用下式進行計算：

式中：k-滲透系數（cm/s）； Q-注入流量（L/min）；l-試段長度（cm）；r-鉆孔內半徑（m）；H-試驗水頭（cm）； m=1。

C1孔試段位置5.70～8.20m，l=250cm，Q=10.0 L/min，H=240 cm，r=6.5cm，k=1.61×10-3 cm/s（1.40m/d）。

C2孔試段位置7.00～8.00m，l=100cm，Q=2.0 L/min，H=293 cm，r=5.5cm，k=5.26×10-4 cm/s（0.45m/d）。

C3孔試段位置6.00～8.50m，l=250cm，Q=7.0 L/min，H=110 cm，r=6.5cm，k=2.47×10-3 cm/s（2.13m/d）。

C4孔試段位置6.00～8.50m，l=250cm，Q=3.1 L/min，H=80 cm，r=6.5cm，k=1.50×10-3 cm/s（1.30m/d）。

3 抽水試驗

3.1 試驗設備

抽水設備：發電機、潛水泵；量測設備：水表、秒表、米尺等；止水設備：套管；水位計：電測水位計。

3.2 現場試驗

根據原鉆孔資料，在鉆孔附近采用打副孔的方式鉆試驗孔，用清水鉆孔至②層粘土頂板處，下直徑146mm套管至②層粘土頂板下0.5～1.0m位置，再采用直徑127mm（108mm）鉆具鉆至距②層粘土底板1.5～2.0m處停止。

對試驗段鉆孔進行洗孔，直至水清、無沉淀時止。正式抽水前，靜水位觀測每30min觀測一次，2小時內變副不大于2cm，且無連續上升或下降的趨勢時，即視為穩定。試驗過程中控制抽水孔出水量，使之保持常量，應符合實測抽水量最大值與最小值之差小于平均出水量的5%。試驗延續時間根據降深與時間關系曲線確定 [2]。

3.3 試驗資料整理

抽水試驗采用下式計算：

K=

式中：k-滲透系數（m/d）；Q-涌水量（m3/d）；l -過濾器長度（m）；r-過濾器半徑（m）；s-降深（m）。

C1孔試段位置5.70～8.20m，l=2.50m，Q=16.56 m3/d，s =2.70m，r=0.065m，k=1.45×10-3 cm/s（1.26m/d）。

C2孔試段位置7.00～8.00m，l=1.00m，Q=5.76 m3/d，s =4.30m，r=0.055cm，k=6.12×10-4 cm/s（0.53m/d）。

C3孔試段位置6.00～8.50m，l=2.50m，Q=28.80 m3/d，s =2.30m，r=0.065m，k=2.98×10-3 cm/s（2.57m/d）。

C4孔試段位置6.00～8.50m，l=2.50m，Q=21.02 m3/d，s =2.50cm，r=0.065m，k=2.00×10-3 cm/s（1.73m/d）。

4 試驗數據分析

注水試驗統計：樣品個數4個；平均值1.53×10-3cm/s（1.32m/d）；最大值2.47×10-3cm/s（2.13m/d）； 最小值5.26×10-4cm/s（0.45m/d）；大值平均值2.04×10-3cm/s（1.77m/d）； 小值平均值1.01×10-3cm/s（0.88m/d）。

抽水試驗統計：樣品個數4個；平均值1.76×10-3cm/s（1.52m/d）；最大值2.98×10-3cm/s（2.57m/d）； 最小值6.12×10-4cm/s（0.53m/d）；大值平均值2.49×10-3cm/s（2.15m/d）； 小值平均值1.03×10-3cm/s（0.89m/d）。

經分析②層粘土采用注水試驗與抽水試驗取得的滲透系數K值基

本一致。

5 結論

通過注水試驗與抽水試驗的成果對比分析發現，采用分層止水抽水試驗方法獲得的各層土的滲透系數是可靠的，注水試驗與抽水試驗取得的滲透系數K值基本一致，注水試驗可以對抽水試驗進行驗證。

參考文獻：

[1]水利水電工程注水試驗規程（SL345-2007）[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2]水利水電工程鉆孔抽水試驗規程（SL320-2005）[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

作者簡介：王其超（1985-），男，山東棗莊人，中級工程師，研究方向：水文地質與工程地質。