场地水文地质试验方法适宜性探讨

吴丽霞

(广东省水文地质大队，广东 广州 510510)

广州市番禺区化龙采石场建立应急垃圾填埋场，主要是用于填埋南沙热力电厂的炉尘、烟灰、飞灰进行固化压实后运来填埋；其次是作为应急生活垃圾填埋场，填埋来不及处理的生活垃圾。对场区内进行水文地质钻探及水文地质参数试验，分别对不同地段的地层进行抽水试验、压水试验、注水试验。

1 场内概况

1.1 地形地貌

垃圾填埋场地貌类型以低丘为主，边缘地段为三角洲平原。地形坡度一般<10°～25°，局部地区可达60°。大部分地区地面标高为20～30 m，最高为46.19 m。有6个开挖矿坑，其中最北侧开挖深度最深，为-68.22 m。总体地势起伏较大，自然坡度一般10°～20°，部分开挖边坡坡度达50°～60°，地面标高约25～40 m。有6个开挖矿坑，其中最北侧开挖深度最深，为-68.22 m。

1.2 地质构造

场地出露的地层为晚志留纪的侵入岩(S3ηγ)，岩性为浅肉红-灰黑色，混合花岗结构，块状构造，中细粒黑云母混合花岗岩。场内北西及中部地段，基岩裸露，局部地段裂隙较发育，南东、南西、东侧地势稍低的地段，上部多有残坡积土及风化层，仅在局部开挖地段可见基岩出露。场内主要发育1条断裂，位于场区北西、北部，为正断层，走向约260°，倾向150°，倾角65°，断层面可见硅化现象，在断层延伸段可见断层角砾岩。

2 场内水文地质特征

2.1 地下水类型及富水性

场内地下水类型根据其形成自然条件，运移规律、赋存空间特征，可划分为第四系松散岩类孔隙水和块状岩类裂隙水。

第四系松散岩类孔隙水主要赋存于第四系填土层和残坡积层中，填土层厚0.90～4.10 m，平均层厚2.79 m的杂填土层，其填料中以粘性土和砂组成，含有少量碎石，土层孔隙较大，透水性较强，利于地表水下渗并赋存于其中，地下水埋深变化较小；残坡积层层厚2.90～10.20 m，平均层厚4.88 m，透水性、富水性弱。

块状岩类裂隙水：广泛分布于场区南、南东侧，含水岩组为晚志留世侵入岩(S3ηγ)，赋存于混合花岗岩中，岩石破碎，风化层厚度一般5～30 m，局部大于35 m。地下水径流模数均值<6 L/s·km2，泉流量0.1～0.5 L/s，泉水多从裂隙中流出，本次勘探钻孔，在降深大于10 m的情况下，其钻孔涌水量为1.56～28.08 m3/d，富水性贫乏。水化学类型以SO4-(Na+K)·Ca型、SO4·Cl-(Na+K)·Ca型、Cl-Ca·(Na+K)、Cl-Na型、Cl-Ca·Na型为主，矿化度0.087～0.57 g/L。

2.2 场区含水层与隔水层特征

2.2.1 含水层特征

场地地下水类型以块状岩类裂隙水为主，含水层为强～中风化花岗混合岩。场地内11个水文地质钻孔在40 m深度范围内都揭露到强风化和中风化层。场地内无断裂通过，不存在构造裂隙水，地下水主要赋存于岩石风化裂隙中。据抽水试验计算结果，水文地质钻孔涌水量为1.56～28.08 m3/d，且其降深大于10 m，根据富水等级划分条件，该类型地下水富水性贫乏，场地主要含水层为强～中风化混合花岗岩。

2.2.2 隔水层特征

场地内隔水层主要为粉质粘土、砾质粘性土，主要分布于场地南侧、东侧地段。第四系坡残积土，由下伏混合花岗岩风化而成，因含较多石英颗粒，其渗透性略强于粉质粘土，但相对于下伏风化基岩，该层仍属相对隔水层。由于该土层透水性较弱，且厚度较大(钻孔揭示层厚2.90～10.20 m，平均层厚4.88 m)，大大降低了上部第四系松散岩类孔隙水和下部块状岩类裂隙水之间的水力联系。

3 场区内水文地质试验

3.1 抽水试验

为了解场地内地层的富水性及渗透性能，对稍富水的钻孔进行了单孔抽水试验。抽水试验可以进一步明确含水层的富水情况、水力联系特征，在场地内区开展完整井稳定流单孔抽水试验，以确定抽水井(孔)的特性曲线和实际涌水量，获取含水层水文地质参数和影响半径。抽水试验孔的水文地质类型为块状岩类裂隙水，抽水试验采用深井泵进行抽水，为单孔抽水试验，通过调换相关配套的三通来控制抽水流量，实现稳定流抽水试验。

3.1.1 抽水试验过程及监测

抽水试验中ZK1、ZK2、ZK5、ZK10、ZK11孔按1次降深进行，ZK4按2次降深进行，在抽水过程中测量涌水量和水位降深，抽水结束后测量水位恢复时间，抽水过程中场区内进行水文地质条件监测，主要是巡查区内地表水体在抽水试验过程中是否出现短时间水位下降现象，是否出现明显地面沉降或地面塌陷等水文地质问题。场地内抽水过程中没发现地表水位下降及地面沉降或地面塌陷等地质灾害问题。

水位量测时间间隔按照《水利水电工程钻孔抽水试验规程》(SL320-2005)进行，具体观测间隔为确定抽水开始后依第5、10、15、20、25、30 min各测一次；最后依时间间距30 min，直至水位、流量稳定时间为16 h后结束。

3.1.2 抽水试验成果

本次抽水试验共布置了6个抽水试验孔，均采用单孔稳定流抽水试验方法，做1次最大降深抽水试验，其中ZK4做两次降深。

抽水试验渗透系数计算按单孔稳定流计算。

承压水含水层单孔完整井采用下式计算：

(1)

式中：K为渗透系数，R为影响半径，S为水位降深，m为承压水含水层厚度，r为抽水井半径，各参数单位均为m，抽水试验结果见表1。

表1 抽水试验成果表

强风化、中风化花岗混合岩渗透系数0.003～0.196 m/d，3.47 E-06～2.27E-04 cm/s。

3.2 压水试验

压水试验是在钻孔内进行的一种岩石原位渗透试验，是借用水柱自重压力或使用机械(泵)压力，将水压入到钻孔内岩壁四周的裂隙中，然后在一定条件下测定单位时间内压入量的多少来判断岩石的渗透性[1]。

3.2.1 压水试验的目的任务

通过压水试验，定性地了解地下不同深度坚硬与半坚硬岩层的相对透水性和裂隙发育的相对程度，评价岩层的透水性;为确定防渗与基础处理措施等提供所需要的基本资料;为灌浆提供如孔距、排距、深度施工工艺等参数[1]。

3.2.2 压水试验的方法与要求

1)试验方法

多采用自上而下的多阶段压水法，即每钻进一段，便用气压式或水压式栓塞隔离进行试验。一般不使用双栓塞法及自上而下的综合法，因其试验质量较差。

试验段长度一般规定为5 m，如岩心完好，岩石透水性很小时(单位吸水量小于0.01 L/min)，可适当加长试段，但不宜大于1 m。对于透水性较强的构造破碎带、裂隙密集带、岩层接触带和岩溶等地段，需突出了解其透水性情况时，可根据具体情况确定试段长度。孔底残留岩心不超过20 cm者，可计入试段长度之内。

2)压力阶段与压力值

每一段的压水试验，采用3级压力，即P1(0.3 MPa)、P2(0.6 MPa)、P3(1.0 MPa)；5阶段循环试验，即逐级升至最大压力(1.0 MPa)，然后按原压力逐级下降[P1～P2～P3～P4(=P2)～P5(=P1)P1

压力和流量同时观测，一般每5 min记录一次。压力要保持稳定，当连续4次流量读数的最大最小值之差小于平均值的10%或1 L/min时，即可结束。绘制B型(紊流型)P-Q曲线和稳压阶段透水率—时间曲线。

3.2.3 压水试验计算结果

本次工作对3个钻孔，共6段岩体进行压水试验，计算得出渗透系数0.113～0.342 m/d，1.30 E-04～3.96E-04 cm/s，具体试验结果见表2。

表2 压水试验成果表

3.3 注水试验

3.3.1 计算公式

按常水头试验方法，试验岩层的渗透系数按以下公式计算：

K=16.67Q/AH

(2)

式中：K为试验岩层的渗透系数(cm/s)；Q为注入水量(L/min)；H为试验水头高度；A为形状系数(cm)，由钻孔和水流边界条件确定，本次取5.5 r，r为钻孔半径5.5 cm，A=30.25，详见《水文地质手册》(2012年版)表11-3-2。

3.3.2 注水试验计算结果

通过上述式子，计算可得ZK3、ZK9的渗透系数0.242～0.399 m/d，2.80E-04～4.61E-04 cm/s(表3)。

表3 注水试验成果表

4 结语

水文地质试验能准确地得出含水层水文地质参数。通过对场区内的抽水试验、压水试验、注水试验，得出试验方法适宜性的结论：抽水试验适合渗透系数大，水量丰富的情况，压水试验适用于岩体完整，裂隙不发育，水量比较小，渗透系数小的情况，注水试验适用于地下水位埋藏很深，岩体完整，裂隙发育，渗透系数小的情况。