基于场地水文地质试验方法适宜性探讨

吴 越

（1.安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001；2.安徽省地质灾害应急技术指导中心，安徽 合肥 230001）

伴随着各种现代信息技术的应用和普及，社会生活出现了方方面面的变化，人们对于工程项目的品质要求更高，而在工程施工之前，往往都需要展开场地水文地质的勘查工作，水文地质试验方法将会在一定程度上直接影响勘查成果质量，在此情况下，对场地水文地质试验方法展开研究便十分重要。

1 地质背景

1.1 地质构造

本文以某矿山施工区域填埋场为例，该填埋场主要用于处理工业开采废料及垃圾，地貌类别是低丘，地势起伏明显，地形坡度多处于10°到25°范围内，部分地区坡度最高可达60°。施工区域内填埋场标高多处于20m到30m范围内，部分地区最高标高可以达到45m。在工程项目中，一共有6个开挖矿坑。在场地出露区域主要是侵入岩，岩性主要表现为浅肉红-灰黑色。在厂区内北部、西部含有一条断裂，属于正断层的一种，能够明显看到断层开始出现硅化现象，而在断层延伸段能够看到断层角砾岩。

1.2 水文地质

基于自然形成条件、运移规律等因素，可以直接将场内地下水归结为两种类别，第一种地下水类别是第四系松散岩类孔隙水，第二种地下水类别是块状岩类裂隙水。对于第四系松散岩类孔隙水，填土层厚度保持在0.9m到4.1m范围内，本身主要赋存在残破积层，抑或赋存在第四系填土层，土层填料主要包括粘性土、砂、碎石，土层本身的孔隙率大、透水性强，能够在地表水的作用下，不断下渗，并长期赋存在土层内[1]。对于破积层层，厚度处于2.9m到10.1m范围内，将每层厚度进行平均计算，层厚大约为4.8m，破积层层的富水能力较弱。

对于块状岩类裂隙水，主要分布在场地东侧以及南侧，而含水岩组则主要表现为晚志留世侵入岩，能够长期赋存在混合花岗岩中，自身稳定性较强，风化层厚度多处于5到30m范围内，只有局部风化层厚度能够超过30m。对于地下水，径流模数较为稳定，均值处于6L/s·km2以内。本次场内水文地质试验多是在降深超过10m的情况下展开，水化学类型多样。

1.3 含水层

对于水文地质试验，场地含水层属于强～中风化花岗混合岩。为了展开精准试验，一共设置了11个水文地质钻孔，分别用于抽水试验、压水试验、注水试验，在场地内部并没有断裂情况，也不会出现构造裂隙水。对于地下水，则主要赋存在岩石风化裂隙当中，而块状岩类裂隙水也正是场地地下水的主要类型。通过具体的水文地质试验发现，水文地质降深始终超过10m，而钻孔涌水量大小始终保持在1.56～28.08m3/d范围内。

1.4 隔水层

对于场地隔水层，主要处于两个地段，第一个分布地段是场地南侧，第二个分布地段是场地东侧。隔水层中以粉质粘土、砾质粘性土为主，土层本身的透水性较弱，但是平均厚度能够达到4.88m，能够有效减弱上部第四系松散岩类孔隙水、下部块状岩类裂隙水二者形成的水力联系。

2 水文地质试验

2.1 抽水试验

为了进一步明确场地内地层水文地质条件和渗透性能，对场地水文地质试验方法适宜性展开研究，则需要进行钻孔，对不同地段展开抽水试验。事实上，通过抽水试验，不仅能够清晰获取得到含水层的富水情况，而且还可以获取得到水力联系特征。在水文地质勘查过程中，通过完整井稳定流单孔抽水试验，能够进一步明确抽水井特性曲线，也可以探求含水层水文地质参数信息、影响半径大小。对于抽水试验孔，主要运用深井泵完成单孔抽水试验，水文类型则为块状岩类裂隙水。本次抽水试验一共设置了6个抽水试验孔，将其编号为ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK6。其中ZK1、ZK2试验段岩性为中风化花岗混合岩，ZK3试验段岩性为强、中风化花岗混合岩，ZK4、ZK5、ZK6试验段岩性为中风化花岗混合岩。ZK3按照2次降深展开试验，除此之外的5个抽水试验孔均采用1次最大降深抽水试验，6个抽水试验孔均采用单孔稳定流抽水试验方法。在抽水过程中，不仅需要测量涌水量，而且还需要测量水位降深，当抽水试验结束后便需要对水位恢复时间长短进行测定。在水文地质试验过程中，主要是对场地内水体变化进行检测，如果出现了水位下降、地面塌陷等水文地质问题，都需要及时记录清楚，保证水文地质结果的精确性和稳定性。基于《水文地质手册（第二版）》，水位观测宜按第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min进行观测，之后每隔30min则需要观测一次，其余观测项目及精度要求可参照稳定流抽水试验要求进行[2]。

具体的承压水含水层单孔完整井则可以按照以下公式进行计算，从而获取得到渗透系数K、影响半径S：

K=（0.366Q/m·S）lg（R/r）；R=10S√K ；

其中，S则表示水位降深、m则表示承压水含水层厚度，R则表示影响半径，r则表示抽水井半径，各个参数都以米为单位。通过具体计算发现，展开两次降深的ZK3试验得到的渗透系数在0.003～0.196m/d、3.47 E-06～2.27E-04cm/s。

2.2 压水试验

2.2.1 压水试验任务

压水试验属于岩石原位渗透试验的一种，通过利用水柱自重压力的作用，抑或借助机械（泵）压力，从而直接将水流压入到钻孔内部，促使水流能够渗透到岩石裂隙中，便可以在单位时间内，对水流压入量的大小进行测定，获取得到岩石渗透性大小。基于压水试验，不仅能够清楚处于不同深度大小的岩层渗水性大小，而且还能够获取得到处于不同深度的岩层裂隙发育程度，评定岩层透水性能。为了保证后续工程试验的顺利进行，还需要对孔距、排距等参数信息进行测量。

2.2.2 压水试验方法

对场地水文地质试验方法的适宜性展开探究，则可以按照从上到下的多阶段压水法进行操作。具体来讲，多阶段压水法则是将整个压水过程进行细分，促使工作人员钻进一段、试验一次，整个操作过程将会应用到气压式栓塞或者水压式栓塞，通常不会采用双栓塞法及自上而下的综合法进行压水试验，采用此方法本身的试验质量不佳[3]。

试验段长度则划分为5m，当遇到岩芯完好的情况，如果岩石本身透水性较小，岩石单位吸水性在0.01L/min范围内则可以判定为透水性小，则可以灵活调整试验段长度，但整个长度需控制在6m范围内。如果岩石本身透水性较大强，对于岩层接触带、构造破碎带等地段，还需要结合实际地质情况，明确试验段长度，深入了解透水性能。需要注意的是，如果孔底残留岩芯本身并未超过20厘米，则可以直接将其列入到试验长度范围内。

在具体试验时，按照P1(0.3MPa)、P2(0.6MPa)、P3(1.0MPa)压力值大小，共分为5阶段展开循环试验，不断升高压力值大小，直到升到最大压力，然后基于原压力逐级下降。需要注意的是，整个压力值设置，需要结合钻孔实际情况展开具体分析，各个压力等级的数值大小也并非绝对固定，可以适当进行数值调节。通常而言，如果漏水量较大，难以达成试验基本要求，整个压水试验则可以按照水泵最大供水能力进行试验。观测工作则需要以5分钟为单位，不仅需要观测压力值，还需要对流量大小进行记录。

2.2.3 压水试验计算

压水试验中编号设置为ZK7、ZK8、ZK9，均为中风化花岗混合岩，3个钻孔共含有6段岩体，可以获取得到渗透系数为0.113～0.342m/d，1.30 E-04～3.96E-04cm/s。

2.3 注水试验

注水试验作为一种较为常见的测定岩土渗透性参数的方法，通过在钻孔中连续注水，促使水位始终保持在稳定范围，再通过计算水位、注水量二者之间的关系，可以直接获取得到不同地段的水文地质条件。注水试验和抽水试验应用原理相似、具体操作相反，抽水试验和注水试验，一个是在含水层形成降落漏斗，另一个则是形成反漏斗。采用注水试验的勘查周期短、成本投入小，能够显著提高经济效益。

对于矿区内水文地质的注水试验，则可以按常水头试验方法获取得到试验岩层的渗透系数，运用K=16.67Q/AH公式展开具体计算。具体来讲，通过钻孔、水流边界条件，形状系数用A表示，单位为cm。钻孔半径用r表示。本次试验计算则将A设置为30.25cm，将r设置为5.5cm。注水试验岩性为风化花岗混合岩，编号为ZK10、ZK11，渗透系数大小为0.242～0.399m/d，2.80E-0.4～4.61E-04 cm/s。

由此可见，通过抽水试验、压水试验、注水试验，能够直接获取得到含水层水文地质参数，对场地水文地质试验方法的适宜性和可行性进行判定。

3 结论

综上所述，对基于矿山开采区域内水文地质试验方法适宜性展开分析具有至关重要的意义。采用不同试验方法的效果存在明显差异，如果是渗透系数大、水量大的情况，则可以采用抽水试验；如果是岩层发育完整、水量小的情况，则可以采用压水试验；如果是岩层发育完整、地下水位埋藏深的情况，则可以采用注水试验方法。