基于場地水文地質試驗方法適宜性探討

吳 越

（1.安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230001；2.安徽省地質災害應急技術指導中心，安徽 合肥 230001）

伴隨著各種現代信息技術的應用和普及，社會生活出現了方方面面的變化，人們對于工程項目的品質要求更高，而在工程施工之前，往往都需要展開場地水文地質的勘查工作，水文地質試驗方法將會在一定程度上直接影響勘查成果質量，在此情況下，對場地水文地質試驗方法展開研究便十分重要。

1 地質背景

1.1 地質構造

本文以某礦山施工區域填埋場為例，該填埋場主要用于處理工業開采廢料及垃圾，地貌類別是低丘，地勢起伏明顯，地形坡度多處于10°到25°范圍內，部分地區坡度最高可達60°。施工區域內填埋場標高多處于20m到30m范圍內，部分地區最高標高可以達到45m。在工程項目中，一共有6個開挖礦坑。在場地出露區域主要是侵入巖，巖性主要表現為淺肉紅-灰黑色。在廠區內北部、西部含有一條斷裂，屬于正斷層的一種，能夠明顯看到斷層開始出現硅化現象，而在斷層延伸段能夠看到斷層角礫巖。

1.2 水文地質

基于自然形成條件、運移規律等因素，可以直接將場內地下水歸結為兩種類別，第一種地下水類別是第四系松散巖類孔隙水，第二種地下水類別是塊狀巖類裂隙水。對于第四系松散巖類孔隙水，填土層厚度保持在0.9m到4.1m范圍內，本身主要賦存在殘破積層，抑或賦存在第四系填土層，土層填料主要包括粘性土、砂、碎石，土層本身的孔隙率大、透水性強，能夠在地表水的作用下，不斷下滲，并長期賦存在土層內[1]。對于破積層層，厚度處于2.9m到10.1m范圍內，將每層厚度進行平均計算，層厚大約為4.8m，破積層層的富水能力較弱。

對于塊狀巖類裂隙水，主要分布在場地東側以及南側，而含水巖組則主要表現為晚志留世侵入巖，能夠長期賦存在混合花崗巖中，自身穩定性較強，風化層厚度多處于5到30m范圍內，只有局部風化層厚度能夠超過30m。對于地下水，徑流模數較為穩定，均值處于6L/s·km2以內。本次場內水文地質試驗多是在降深超過10m的情況下展開，水化學類型多樣。

1.3 含水層

對于水文地質試驗，場地含水層屬于強～中風化花崗混合巖。為了展開精準試驗，一共設置了11個水文地質鉆孔，分別用于抽水試驗、壓水試驗、注水試驗，在場地內部并沒有斷裂情況，也不會出現構造裂隙水。對于地下水，則主要賦存在巖石風化裂隙當中，而塊狀巖類裂隙水也正是場地地下水的主要類型。通過具體的水文地質試驗發現，水文地質降深始終超過10m，而鉆孔涌水量大小始終保持在1.56～28.08m3/d范圍內。

1.4 隔水層

對于場地隔水層，主要處于兩個地段，第一個分布地段是場地南側，第二個分布地段是場地東側。隔水層中以粉質粘土、礫質粘性土為主，土層本身的透水性較弱，但是平均厚度能夠達到4.88m，能夠有效減弱上部第四系松散巖類孔隙水、下部塊狀巖類裂隙水二者形成的水力聯系。

2 水文地質試驗

2.1 抽水試驗

為了進一步明確場地內地層水文地質條件和滲透性能，對場地水文地質試驗方法適宜性展開研究，則需要進行鉆孔，對不同地段展開抽水試驗。事實上，通過抽水試驗，不僅能夠清晰獲取得到含水層的富水情況，而且還可以獲取得到水力聯系特征。在水文地質勘查過程中，通過完整井穩定流單孔抽水試驗，能夠進一步明確抽水井特性曲線，也可以探求含水層水文地質參數信息、影響半徑大小。對于抽水試驗孔，主要運用深井泵完成單孔抽水試驗，水文類型則為塊狀巖類裂隙水。本次抽水試驗一共設置了6個抽水試驗孔，將其編號為ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK6。其中ZK1、ZK2試驗段巖性為中風化花崗混合巖，ZK3試驗段巖性為強、中風化花崗混合巖，ZK4、ZK5、ZK6試驗段巖性為中風化花崗混合巖。ZK3按照2次降深展開試驗，除此之外的5個抽水試驗孔均采用1次最大降深抽水試驗，6個抽水試驗孔均采用單孔穩定流抽水試驗方法。在抽水過程中，不僅需要測量涌水量，而且還需要測量水位降深，當抽水試驗結束后便需要對水位恢復時間長短進行測定。在水文地質試驗過程中，主要是對場地內水體變化進行檢測，如果出現了水位下降、地面塌陷等水文地質問題，都需要及時記錄清楚，保證水文地質結果的精確性和穩定性。基于《水文地質手冊（第二版）》，水位觀測宜按第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min進行觀測，之后每隔30min則需要觀測一次，其余觀測項目及精度要求可參照穩定流抽水試驗要求進行[2]。

具體的承壓水含水層單孔完整井則可以按照以下公式進行計算，從而獲取得到滲透系數K、影響半徑S：

K=（0.366Q/m·S）lg（R/r）；R=10S√K ；

其中，S則表示水位降深、m則表示承壓水含水層厚度，R則表示影響半徑，r則表示抽水井半徑，各個參數都以米為單位。通過具體計算發現，展開兩次降深的ZK3試驗得到的滲透系數在0.003～0.196m/d、3.47 E-06～2.27E-04cm/s。

2.2 壓水試驗

2.2.1 壓水試驗任務

壓水試驗屬于巖石原位滲透試驗的一種，通過利用水柱自重壓力的作用，抑或借助機械（泵）壓力，從而直接將水流壓入到鉆孔內部，促使水流能夠滲透到巖石裂隙中，便可以在單位時間內，對水流壓入量的大小進行測定，獲取得到巖石滲透性大小。基于壓水試驗，不僅能夠清楚處于不同深度大小的巖層滲水性大小，而且還能夠獲取得到處于不同深度的巖層裂隙發育程度，評定巖層透水性能。為了保證后續工程試驗的順利進行，還需要對孔距、排距等參數信息進行測量。

2.2.2 壓水試驗方法

對場地水文地質試驗方法的適宜性展開探究，則可以按照從上到下的多階段壓水法進行操作。具體來講，多階段壓水法則是將整個壓水過程進行細分，促使工作人員鉆進一段、試驗一次，整個操作過程將會應用到氣壓式栓塞或者水壓式栓塞，通常不會采用雙栓塞法及自上而下的綜合法進行壓水試驗，采用此方法本身的試驗質量不佳[3]。

試驗段長度則劃分為5m，當遇到巖芯完好的情況，如果巖石本身透水性較小，巖石單位吸水性在0.01L/min范圍內則可以判定為透水性小，則可以靈活調整試驗段長度，但整個長度需控制在6m范圍內。如果巖石本身透水性較大強，對于巖層接觸帶、構造破碎帶等地段，還需要結合實際地質情況，明確試驗段長度，深入了解透水性能。需要注意的是，如果孔底殘留巖芯本身并未超過20厘米，則可以直接將其列入到試驗長度范圍內。

在具體試驗時，按照P1(0.3MPa)、P2(0.6MPa)、P3(1.0MPa)壓力值大小，共分為5階段展開循環試驗，不斷升高壓力值大小，直到升到最大壓力，然后基于原壓力逐級下降。需要注意的是，整個壓力值設置，需要結合鉆孔實際情況展開具體分析，各個壓力等級的數值大小也并非絕對固定，可以適當進行數值調節。通常而言，如果漏水量較大，難以達成試驗基本要求，整個壓水試驗則可以按照水泵最大供水能力進行試驗。觀測工作則需要以5分鐘為單位，不僅需要觀測壓力值，還需要對流量大小進行記錄。

2.2.3 壓水試驗計算

壓水試驗中編號設置為ZK7、ZK8、ZK9，均為中風化花崗混合巖，3個鉆孔共含有6段巖體，可以獲取得到滲透系數為0.113～0.342m/d，1.30 E-04～3.96E-04cm/s。

2.3 注水試驗

注水試驗作為一種較為常見的測定巖土滲透性參數的方法，通過在鉆孔中連續注水，促使水位始終保持在穩定范圍，再通過計算水位、注水量二者之間的關系，可以直接獲取得到不同地段的水文地質條件。注水試驗和抽水試驗應用原理相似、具體操作相反，抽水試驗和注水試驗，一個是在含水層形成降落漏斗，另一個則是形成反漏斗。采用注水試驗的勘查周期短、成本投入小，能夠顯著提高經濟效益。

對于礦區內水文地質的注水試驗，則可以按常水頭試驗方法獲取得到試驗巖層的滲透系數，運用K=16.67Q/AH公式展開具體計算。具體來講，通過鉆孔、水流邊界條件，形狀系數用A表示，單位為cm。鉆孔半徑用r表示。本次試驗計算則將A設置為30.25cm，將r設置為5.5cm。注水試驗巖性為風化花崗混合巖，編號為ZK10、ZK11，滲透系數大小為0.242～0.399m/d，2.80E-0.4～4.61E-04 cm/s。

由此可見，通過抽水試驗、壓水試驗、注水試驗，能夠直接獲取得到含水層水文地質參數，對場地水文地質試驗方法的適宜性和可行性進行判定。

3 結論

綜上所述，對基于礦山開采區域內水文地質試驗方法適宜性展開分析具有至關重要的意義。采用不同試驗方法的效果存在明顯差異，如果是滲透系數大、水量大的情況，則可以采用抽水試驗；如果是巖層發育完整、水量小的情況，則可以采用壓水試驗；如果是巖層發育完整、地下水位埋藏深的情況，則可以采用注水試驗方法。