中华人民共和国水利行业标准
SL/T31.1—2025替代 SL 31—2003
水利水电工程岩土渗透性原位试验规程
第 1部分 : 钻孔压水试验
Codeofpracticeforin situtestofgeotechnicalpermeability
in waterresourcesandhydropowerengineering
—Part1: Waterpressuretestin borehole
2025 09 29发布 2025 12 29实施
中华人民共和国水利部 发布
中华人民共和国水利部
关于批准发布 《水利水电工程岩土渗透性原位
试验规程 第 1部分 : 钻孔压水试验》
等 9项水利行业标准的公告
2025年第 26号
中华人民共和国水利部批准发布 《水利水电工程岩土渗透性原位试验规程 第 1部分 : 钻孔压水试验》 (SL/T 31.1—2025)等 9项水利行业标准 , 现予以公告 。
水利部
2025年 9 月 29 日
前 言
根据水利部水利技术标准制修订计划安排 , 按照 SL/T 1— 2024《水利技术标准编写规程》 的要求 , 对 SL 31—2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》 进行修订 , 并纳入 SL/T 31《水利水电工程岩土渗透性原位试验规程》 系列标准 。
本标准是 SL/T 31《水 利 水 电 工 程 岩 土 渗 透 性 原 位 试 验 规程》 的第 1部分 。SL/T 31已经发布了以下部分 :
— 第 1部分 钻孔压水试验 ;
— 第 2部分 注水试验 ;
— 第 3部分 钻孔抽水试验 。
本标准共 6章和 4个附录 , 主要技术内容有 :
— 规定了标准编制的 目的 、适用范围 ;
— 对压水试验的有关技术问题 (试验方法 、试段长度 、压力阶段和压力值) 和试验设备做了具体规定 ;
— 规定了试验程序和资料整理的方法 。
对 SL 31—2003修改的内容 , 包括以下几个方面 :
— 增加了高压压水试验及资料整理的内容 ;
— 完善了钻孔压水试验记录的格式 ;
— 增加了 “安全生产和环境保护 ” 的内容 ;
— 增加了 “压水试验器 ”术语 ;
— 其他结构性和文字性修改 。
请注意本标准的某些内容可能涉及专利 。本标准的发布机构不承担识别专利的责任 。
本标准所替代的历次版本为 :
—SL 25—92
—SL 31—2003
本标准批准部门 : 中华人民共和国水利部
1 总 则
1.0.1 为统一水利水电工程钻孔压水试验工作程序 , 明确工作方法和技术要求 , 保证试验成果质量 , 制定本标准 。
1.0.2 本标准适用于水利水电工程地质勘察中的钻孔压水试验工作 。
1.0.3 钻孔压水试验除应符合本标准规定外 , 还应符合国家现行有关标准的规定 。
2 术 语 和 符 号
2.1 术 语
下列术语及其定义适用于本标准 。
2.1.1 钻孔压水试验 water pressure testin borehole
用压水试验器 将 钻 孔 隔 离 出 一 定 长 度 的 孔 段 并 向 该 孔 段 压水 , 根据压力与流量的关系确定岩体渗透特性的原位渗透试验 。包括钻孔常规压水试验和钻孔高压压水试验 。
2.1.2 钻 孔 常 规 压 水 试 验 conventional water pressure test
in borehole
最大试验压力不超过 1 MPa的钻孔压水试验 。
2.1.3 钻孔高压压水试验 high waterpressuretestin borehole最大试验压力大于 1 MPa的钻孔压水试验 。
2.1.4 管路压力损失 pressure loss of tube水流经工作管路损失的压力 。
2.1.5 吕荣 (Lu) lugeon
岩体透水率的单位 。 在 1 MPa压 力 下 , 每 米 试 段 每 分 钟 压入的水量 (L) 。
2.1.6 临界压力 criticalpressure
岩体劈裂或者结构面张开时的最小压力 。
2.1.7 压水试验器 water pressure testdevice
用于隔离试段进行压水试验的装置 , 由栓塞 、花管段 、连接杆 、胀塞 系 统 组 成 , 包 括 单 栓 塞 压 水 试 验 器 和 双 栓 塞 压 水 试验器 。
2.2 符 号
下列符号适用于本标准 。
d— 工作管内径 ;
g— 重力加速度 ; H— 试验水头 ;
K— 岩体渗透系数 ; L— 试段长度 ;
Lp— 工作管长度 ; P— 试验压力 ;
Pc— 临界压力 ;
Pp— 压力表指示压力 ;
Ps— 管路压力损失 ;
Pz— 压力表中心至压力计算零线的水柱压力 ; Q— 压入流量 ;
q— 透水率 ;
r0— 钻孔半径 ; v— 管内流速 ; Z— 孔深 ;
λ— 摩阻系数 。
3 基 本 规 定
3.1 试验方法和试段长度
3.1.1 钻孔压水试验宜随钻孔的钻进自上而下采用单栓塞压水试验器分段隔离进行 。岩体完整 、孔壁稳定的孔段 , 或有必要单独进行试验的孔段 , 可采用双栓塞压水试验器分段隔离进行 。
3.1.2 根据试验目的和试段地质条件 , 钻孔高压压水试验可选择快速法 、 中速法 、慢速法或多循环法进行试验 。
3.1.3 常规压水试验试段长度宜为 5 m , 相邻试段应互相衔接 ,不应漏段 。
3.1.4 高压压水试验试段长度宜为 5 m , 相邻试段不应重叠 。
3.1.5 含断层破碎带 、裂隙密集带 、溶蚀带等强透水带的孔段 ,应根据强透水带性状 、厚度等确定试段长度 。 同一试段不宜跨越两个以上不同渗透性等级的岩层 。
3.1.6 当采用单栓塞压水试验器进行压水试验时 , 残留岩心应计入试段长度之内 。
3.1.7 试验用水应保持清洁 。
3.2 压力阶段和压力值
3.2.1 钻孔常 规 压 水 试 验 宜 按 P1 、P2 、P3 三 级 压 力 和 P1— P2—P3—P2—P1 五个阶段进行 , P1 、P2 、P3 三级压力值宜分别为 0.3 MPa、0.6 MPa和 1.0 MPa。
3.2.2 钻孔高压压水试验应先确定最大试验压力 , 最大试验压力不应小于建筑物最大工作水头压力的 1.2倍 ; 试验压力分级宜取 5 级 ~ 10级 。
3.2.3 当试段埋深小于 15 m 或岩体软弱时 , 宜降低试验压力 。
3.2.4 压力计算零线的确定应符合下列规定 :
1 当地下水位在试段以下时 , 压力计算零线应为通过试段
中点的水平线 。
2 当地下水位在试段以内时 , 压力计算零线应为通过地下水位以上试段中点的水平线 。
3 当 地 下 水 位 在 试 段 以 上 时 , 压 力 计 算 零 线 应 为 地 下 水位线 。
3.2.5 试验压力的确定应符合下列规定 :
1 当采用压力传感器测压 , 且压力传感器安装在试段中部时 , 试验压力应按公式 (3.2.5 1) 计算 :
P = P1 - P0 (3.2.5 1)
式中 P0— 试 验 开 始 前 压 力 传 感 器 测 得 的 试 段 初 始 压 力(MPa) ;
P1— 试 验 稳 定 阶 段 压 力 传 感 器 测 得 的 试 段 压 力(MPa) 。
2 当采用安设在进水管上的压力表测压时 , 应将压力表安装在 流 量 计 之 后 (图 3.2.5) , 试 验 压 力 应 按 公 式 (3.2.5 2)计算 :
P = Pp + Pz - Ps (3.2.5 2)
式中 Pp— 压力表指示压力 (MPa) ;
Pz— 压力表中心至压力计算零线的水柱压力 (MPa) ; Ps— 管路压力损失 (MPa) 。
3.2.6 管路压力损失的确定应符合下列规定 :
1 当工作管内径一致 , 且内壁粗糙度均匀时 , 管路压力损失可按公式 (3.2.6) 计算 :
Ps (3.2.6)
式中 λ— 摩阻系数 (MPa/m) , 取 2×10-4 ~4×10-4 ;
Lp— 工作管长度 (m) ;
d— 工作管内径 (m) ;
v— 管内流速 (m/s) ;
g— 重力加速度 (m/s2 ) , 取 9.8。
标引序号说明 :
1— 压力表开关 ; 2— 压力表 ; 3— 压力表组 ; 4— 流量计 ; 5— 调节阀门 ; 6— 进水管 ; 7— 地下水位 ;
8— 试验栓塞 ; 9— 钻孔孔壁
图 3.2.5 压力表安设在进水管上的安装示意图
2 当工作管内径不一致时 , 管路压力损失应根据实测资料确定 。实测方法应符合附录 A 的规定 。
3.3 试 验 钻 孔
3.3.1 压水试验钻孔的孔径宜为 60 mm~ 150 mm。
3.3.2 压水试验钻孔宜采用金刚石或合金钻进 , 不应使用泥浆等护壁材料 钻 进 。 在 碳 酸 盐 类 地 层 中 钻 进 时 , 应 选 用 合 适 的 冲洗液 。
3.3.3 试验钻孔的套管脚应止水 。
3.3.4 拟进行压水试 验 的 钻 孔 周 边 10 m 范 围 内 布 置 其 他 钻 孔时 , 应先完成拟进行压水试验的钻孔 。
3.4 安全生产和环境保护
3.4.1 压水试验过程中不应拆卸和检修设备 , 设备出现异常时 ,
应停机检查 。
3.4.2 用于钻孔压水试验的管路和连接件的耐压强度应大于最大试验压力值的 1.5倍 。
3.4.3 用于栓塞膨胀的介质应安全 、环保 。
3.4.4 压水试验过程中产生的油污和垃圾应及时清理 , 试验弃水排放应符合环境保护要求 。
4 试 验 设 备
4.1 止 水 栓 塞
4.1.1 止水栓塞宜采用柱状塞 , 有效止水段长度不应小于 8 倍钻孔孔径 , 且钻 孔 高 压 压 水 试 验 栓 塞 有 效 止 水 段 长 度 不 应 小 于1 m。
4.1.2 止水栓塞宜选用液压式或气压式 。
4.1.3 液压式 、气压式止水栓塞应符合下列规定 :
1 塞体抗爆压力不应小于试验最高压力的 1.5倍 。
2 塞体膨胀性能应与试验孔径相适应 , 在最大胀塞压力条件下 , 径向膨胀率不应小于 25% 。
3 用于钻孔高压压水试验的液压式栓塞宜有独立的胀塞供水系统 , 并设置孔内放水装置 。
4.2 供 水 设 备
4.2.1 试验用的水泵应符合下列规定 :
1 工作可靠 , 压力稳定 , 出水均匀 。
2 在 1 MPa压力下 , 流量应不小于 100 L/min。
3 额定压力不应小于最大试验压力的 1.5倍 。
4.2.2 水泵出水口宜设置稳压设备 。
4.2.3 吸水笼头外应设置 1 层 ~ 2 层孔径小于 2 mm 的过滤网 。吸水笼头至水池底部的距离宜大于 0.3 m。
4.3 量 测 设 备
4.3.1 钻孔压水试验宜采用自动量测和记录设备 。
4.3.2 压力表精度不应低于 2.5 级 , 卸压后指针应归零 , 量测范围应控制在极限压力值的 1/3~ 3/4。
4.3.3 压力传感器的量测范围应大于试验压力且与试验压力相
匹配 。
4.3.4 流量计应能在 1.5 倍最大试验压力下正常工作 , 量测范围应与水泵的出力相匹配 , 并能测定正向和反向流量 。
4.3.5 水位计应灵敏可靠 , 不受孔壁附着水或孔内滴水的影响 ,水位计的导线使用前应进行检测 。
4.3.6 试验用的计量仪表应检定合格 , 专管专用 。
5 现 场 试 验
5.1 试 验 程 序
5.1.1 现场试 验 工 作 应 包 括 试 验 准 备 、钻 孔 冲 洗 、试 段 隔 离 、水位观测 、压力和流量观测 。
5.1.2 试验开始前 , 应对各种设备 、仪表的性能和工作状态进行检查 , 发现问题应立即处理 。
5.2 试 验 准 备
5.2.1 应 按 照 试 验 任 务 要 求 选 择 止 水 栓 塞 、供 水 设 备 及 量 测设备 。
5.2.2 栓塞位置宜根据钻孔岩心或孔内影像资料选择在岩体较完整的部位 。
5.2.3 应根据预定的栓塞位置及试段长度 , 组装压水试验器 。
5.2.4 压水试验器及试验工作管路安装后应进行密闭检查 。试验工作管不 应 有 破 裂 、 弯 曲 、堵 塞 等 现 象 , 接 头 处 应 采 取 止 水措施 。
5.3 钻 孔 冲 洗
5.3.1 洗孔应采用压水法 , 钻孔冲洗时钻具应下至孔底 , 流量宜达到水泵的最大出力 。
5.3.2 洗孔应至 孔 口 回 水 清 洁 , 肉 眼 观 察 无 岩 粉 时 方 可 结 束 。当孔口无回水时 , 洗孔时间不应少于 15 min。
5.4 试 段 隔 离
5.4.1 压水试验器应按预定位置安设 , 定位应准确 。
5.4.2 安放压水试验器过程中应控制速度 , 避免出现撞击 、墩放 、强拉 、卡夹或溜管等现象 。
5.4.3 压水试验器采用气压式或液压式栓塞时 , 胀塞压力宜大于最大试验压力 , 并满足密封止水要求 , 试验过程中应保持压力不变 。
5.4.4 当试段隔离无效时 , 应分析原因 , 并采取调整压水试验器位置 、提出压水试验器并检查 、更换栓塞或采取灌制混凝土塞位 、架桥式封孔等 措 施 。 混 凝 土 塞 位 灌 制 方 法 应 符 合 附 录 B 的规定 。
5.5 水 位 观 测
5.5.1 安放压水试验器前应先观测 1 次孔内水位 , 试段隔离后 ,再观测工作管内水位 。
5.5.2 工作管内水位观测应每隔 5 min进行 1 次 。 当水位下降速度连续 2 次均小于 5 cm/min时 , 观测工作应结束 , 且应采用最后观测结果确定压力计算零线 。
5.5.3 在工作管内水位观测过程中发现承压水时 , 应观测承压水位 。 当承压水头高于孔口时 , 应进行压力和涌水量观测 。
5.6 压力和流量观测
5.6.1 在向试段供水时 , 应打开调节阀排气 , 直至回水管连续出水 。
5.6.2 流量观测前应调整调节阀 , 使试验压力达到预定值并保持稳定 , 压力值振幅应保持在 3%之内 。
5.6.3 流量观测应符合下列规定 :
1 钻孔常规 压 水 试 验 流 量 观 测 应 每 隔 1 min~ 2 min进 行1 次 。
2 高压压水试验流量观测应符合下列规定 :
1) 快 速 法 试 验 时 , 流 量 观 测 应 每 隔 1 min~ 2 min进 行1 次 。
2) 中速法试验时 , 前 5 min 内应每隔 1 min记录 1 次流量 , 之后应每隔 5 min记录 1 次流量 。
3) 慢速法试验时 , 前 5 min 内应每隔 1 min记录 1 次流量 , 之后应每隔 5 min记录 1 次流量 , 30 min后应每隔 10 min记录 1 次流量 。
5.6.4 当流量无持续增大趋势 , 且连续 5 次流量读数中最大值与最小值之差小于最终值的 10% , 或最大 值 与 最 小 值 之 差 小 于1 L/min时 , 本级压力阶段试验应结束 , 且应取最终值作为该级压力下的流量值 。
5.6.5 应将试段压力调整到新的预定值 , 再进行下一级压力阶段的试验 , 直到完成该试段试验 。
5.6.6 高压压水试验升压阶段出现流量突然增大 , 无法继续升压时 , 可进行降压阶段试验 。
5.6.7 在降压阶段 , 如出现水由岩体向孔内回流现象 , 应记录回流情况 ; 待回流停止 , 应在压入流量达到 5.6.4条规定的相应标准后方可结束本阶段试验 。
5.6.8 试验 过 程 中 , 应 对 试 验 钻 孔 附 近 受 影 响 的 井 、 洞 、孔 、泉等进行观测 , 观测内容宜包括水位 、流量 、颜色和析出物等 。
5.6.9 在压水试验结束前 , 应对原始记录进行检查 , 发现问题应及时纠正 。
6 试 验 资 料 整 理
6.1 钻孔常规压水试验资料整理
6.1.1 试验资料整理应包括校核原始记录 、绘制压力—流量曲线 (P—Q 曲 线) 、确 定 P—Q 曲 线 类 型 和 计 算 试 段 透 水 率 等内容 。
6.1.2 绘制 P—Q 曲线时 , 应采用统一比例尺 , 即纵坐标 (P轴) 1 mm 代 表 0.01 MPa, 横 坐 标 (Q 轴) 1 mm 代 表 1 L/ min。 曲线图上各点应标明序号 , 并依次用直线相连 , 升压阶段应用实线 , 降压阶段应用虚线 。
6.1.3 P—Q 曲线可分 为 层 流 型 (A 型) 、紊 流 型 (B型) 、扩张型 (C型) 、 冲蚀型 (D型) 和充填型 (E型) 。P—Q 曲线类型应根据升压阶段 P—Q曲线的形状以及降压阶段 P—Q曲线与升压阶 段 P—Q 曲 线 之 间 的 关 系 确 定 , 并 应 符 合 试 表 6.1.3 的规定 。
表 6.1.3 P—Q 曲线类型及曲线特点表
6.1.4 当 P—Q 曲线中第 4 点与第 2 点 、第 5 点与第 1 点的流量值绝对差不大于 1 L/min或相对差不大于 5%时 , 可认为基本重合 。
6.1.5 试段透水率应采用最大 压 力 阶 段 的 压 力 值 P3 和 压 入 流量值 Q3 并按公式 (6.1.5) 计算 :
q (6.1.5)
式中 q— 试段的透水率 ( Lu ) , 保留 1位小数 ;
Q3— 最大压力阶段的压入流量 (L/min) ;
L— 试段长度 (m) ;
P3— 最大压力阶段的试验压力 (MPa) 。
6.1.6 每个试段的试验成果应采用试段透水率和 P—Q 曲线的类型符号表示 。
6.1.7 当 某 一 工 程 或 某 一 地 段 的 压 水 试 验 成 果 中 , 出 现 试 段P—Q 曲线为 C型或 D 型占比大于 50%时 , 应结合该工程或该地段的地质资料和钻孔岩心情况进行分析 , 并在工程地质报告中加以说明 。
6.1.8 根据压水试验成果计算岩体渗透系数时 , 应符合附录 C的规定 。
6.1.9 钻孔压水试验记录格式宜符合附录 D 的规定 。
6.2 钻孔高压压水试验资料整理
6.2.1 试验资料整理应包括校核原始记录 、绘制压力—流量 —时间曲线 (P—Q—t曲 线) 、稳 定 阶 段 压 力—流 量 曲 线 (P—Q曲线) 和压力—试段透水率曲线 (P—q 曲线) 。
6.2.2 设有观 测 孔 、 观 测 平 洞 时 , 应 绘 制 试 验 压 力 与 观 测 孔 、观测平洞处流量关系曲线 。
6.2.3 钻孔高压压水试验 P—Q 曲线类型的划分可按 6.1.3 条的规定执行 。
6.2.4 对于完整或较完整岩体 , 应根据 P—Q 曲线最大曲率或
切线交点法确定临界压力 。对于多循环高压压水试验 , 应分别确定各循环的临界压力和稳定临界压力 。
6.2.5 对于紊流型 (B型) P—Q 曲 线 , 临 界 压 力 之 前 的 压 力和流量之间的关 系 可 采 用 截 距 为 零 的 二 次 多 项 式 或 幂 次 函 数 拟合 , 拟合函数参数可用最小二乘法计算确定 。
6.2.6 设有观测孔 、观测平洞的高压压水试验 , 应根据其出水量与压力关系 , 确定是否存在临界压力 , 并应根据临界压力和渗径计算临界水力坡降 。
6.2.7 高压压水试验试段透水率应选择各级压力下最大的透水率 。各级压力下的透水率可按公式 (6.2.7) 计算 :
q (6.2.7)
式中 q— 某级压力下稳定阶段的透水率 (Lu) ;
Q— 某级压力下稳定阶段的实测流量 (L/min) ;
L— 试段长度 (m) ;
P— 某级压力下稳定阶段的试验压力 (MPa) 。
6.2.8 计算岩体渗透系数时 , 应采用最大透水率对应的压力和流量计算 , 并应符 合 附 录 C 的 规 定 。 钻 孔 高 压 压 水 试 验 记 录 格式宜符合附录 D 的规定 。
6.2.9 钻孔高压压水试验宜编制试验报告 , 报告内容宜包括前言 、工程地质概况 、技术标准及依据 、试验目的和内容 、试验设备和试验方法 、试验资料整理 、试验成果分析 、结论和建议等 。
附录 A 管路压力损失测定
A.0.1 当使用钻杆作为单管柱栓塞的工作管 , 且钻杆内径与接头内径不一致时 , 应实测管路压力损失 。
A.0.2 测定压 力 损 失 所 用 的 钻 杆 和 接 头 应 与 实 际 使 用 的 规 格一致 。
A.0.3 应采用两 套 管 路 测 定 压 力 损 失 , 每 套 管 路 总 长 度 不 应小于 40 m , 且两套中钻杆的总长度应相同 , 接头数相差应不少于 3 副 。
A.0.4 管路应平置于地面 , 末端应高于首端 , 两端应安装压力表 , 末端应安装流 量 计 , 流 量 计 后 的 出 水 口 应 抬 高 1 m~ 2 m ,并应实测两端压力表的高差 。
A.0.5 应将水以不同的流量输入管路 , 测定相应流量下管路总的压力损失 , 流量范围宜为 10 L/min~ 100 L/min, 测试次数应不少于 15次 。
A.0.6 每套管路的实测工作应进行 2 次 , 取 2 次压力损失的平均值进行计算 。
A.0.7 应根据实测结果分别绘制两套管路的压力损失与流量关系曲线 , 量得各流量下对应的压力损失差 ΔPs (图 A.0.7) 。
图 A.0.7 压力损失与流量关系曲线
A.0.8 各种 流 量 下 每 副 接 头 的 压 力 损 失 , 应 按 公 式 (A.0.8)计算 :
Psj (A.0.8)
式中 Psj— 某流量下每副接头的压力损失 (MPa) ;
ΔPs— 某流量下两套管路的压力损失之差 (MPa) ;
Δn— 两套管路接头数之差 。
A.0.9 各种 流 量 下 每 米 钻 杆 的 压 力 损 失 , 应 按 公 式 (A.0.9)计算 :
Psg (A.0.9)
式中 Psg— 某流量下每米钻杆的压力损失 (MPa/m) ;
Ps— 某流量下管路的压力损失 (MPa) ;
n— 管路中的接头数量 。
A.0.10 应根据计算成 果 编 制 出 各 种 流 量 下 每 米 钻 杆 及 每 副 接头的压力损失图或表 。
附录 B 混凝土塞位灌制方法
B.0.1 灌制混凝土塞 (图 B.0.1) 时 , 应将待试孔段用砂填实 ,并应将待试孔段以上部分的孔径扩大不小于 20 mm。
标引序号说明 :
1— 混凝土 ; 2— 充填砂 。
图 B.0.1 混凝土塞位灌制法示意图
B.0.2 应用导浆管向已扩孔的底部注入早强浓水泥浆或水泥砂浆 , 注浆的高度应大于 2 m。岩石软弱 、孔壁不规则时 , 宜及时将护壁套管插至已扩孔的孔底 。
B.0.3 钻开混凝土前 , 应待凝足够时间 。 安放压水试验器之前应清除试段内的填砂 (图 B.0.3) 。
标引序号说明 :
1— 工作管 ; 2— 套管 ; 3— 混凝土塞位 ; 4— 栓塞 。
图 B.0.3 钻开混凝土塞后安装压水试验器示意图
附录 C 岩体渗透系数计算
C.0.1 当试 段 位 于 地 下 水 位 以 下 , 透 水 率 小 于 10 Lu, P—Q曲线为 A 型 (层 流 型) 时 , 岩 体 渗 透 系 数 可 按 公 式 (C.0.1)计算 。
K ln (C.0.1)
式中 K— 岩体渗透系数 (m/d) ;
q— 岩体透水率 (Lu) ;
L— 试段长度 (m) ;
r0— 钻孔半径 (m) 。
C.0.2 当试 段 位 于 地 下 水 位 以 下 , 透 水 率 小 于 10 Lu, P—Q曲线为 B 型 (紊 流 型) , 可 用 第 一 阶 段 的 岩 体 透 水 率 代 入 公 式(C.0.1) 近似地计算渗透系数 。
附录 D 钻孔压水试验记录格式
D.0.1 下面给出了钻孔压水试验记录册封面示例 。
示例 :
D.0.2 钻孔常规压水试验成果汇总表宜采用表 D.0.2 的格式 。
表 D.0.2 钻孔常规压水试验成果汇总表
D.0.3 钻孔压水试验安装宜包括安装简图和安装记录表 , 安装记录表宜记录栓塞 、工作管及试段的详细情况 , 如栓塞类型 、止水段长度 , 工作管内径 、根数 、管口高出地面的长度 , 试段的孔径 、孔深 、试段长度等 。
示例 :
D.0.4 钻孔地下水位观测记录表宜采用表 D.0.4 的格式 。
表 D.0.4 钻孔地下水位观测记录表
续表 D.0.4
D.0.5 钻孔常 规 压 水 试 验 试 验 过 程 记 录 表 宜 采 用 表 D.0.5 的格式 。
表 D.0.5 钻孔常规压水试验过程记录表
D.0.6 钻孔常规压水试验 P—Q 曲线应采用图 D.0.6 的图式 。 D.0.7 钻孔高 压 压 水 试 验 设 备 参 数 记 录 表 宜 采 用 表 D.0.7 的格式 。
0 . 4
0 . 2
20 40 60 80 100
Q/(L/min)
图 D.0.6 钻孔常规压水试验 P—Q 曲线图式
表 D.0.7 钻孔高压压水试验设备参数记录表
续表 D.0.7
D.0.8 钻孔高压压水试验过程记录表宜采用表 D.0.8 的格式 。
表 D.0.8 钻孔高压压水试验过程记录表
续表 D.0.8
D.0.9 钻孔高 压 压 水 试 验 P—Q—t曲 线 绘 制 应 采 用 图 D.0.9的图式 。
0
9
8
7
6
5
4
3
2
0
00
90
80
70
60
50
40
30
20
0
图 D.0.9 钻孔高压压水试验 P—Q—t曲线图式
D.0.10 钻孔高压压水试验 P—Q 曲线绘制应采用图 D.0.10 的图式。
0
9
8
7
6
5
4
3
2
0
图 D.0.10 钻孔高压压水试验 P—Q 曲线图式
D.0.11 钻孔高压压水试验 P—q 曲线绘制应采用图 D.0.11的图式。
图 D.0.11 钻孔高压压水试验 P—q 曲线图式
D.0.12 钻 孔 高 压 压 水 试 验 成 果 汇 总 表 宜 采 用 表 D.0.12 的格式 。
表 D.0.12 钻孔高压压水试验成果汇总表
标 准 用 词 说 明
标准历次版本编写者信息
SL 25—92
本标准主编单位 : 东北勘测设计研究院
本标准主要起草人 : 王行本 李绍基 周赐莲 林泽芳鞠占斌
SL 31—2003
本标准主编单位 : 水利部东北勘测设计研究院
本标准主要起草人 : 王行本 鞠占斌 李绍基 冯 宏
卢丽莎 张晓明
中华人民共和国水利行业标准
水利水电工程岩土渗透性原位试验规程第 1 部分 : 钻孔压水试验
SL/T31.1—2025
条 文 说 明
修 订 说 明
SL/T 31.1—2025《水利水电工程岩土渗透性原位试验规程
第 1部分 : 钻孔压水试验》, 经水利部 2025年 09月 30 日 以第26号公告批准发布 。
本标准是 在 SL 31—2003《水 利 水 电 工 程 钻 孔 压 水 试 验 规程》 的基础上修订而成的 。根据新阶段水利高质量发展对水利技术标准的要求 , 本标准在修订过程中 , 编制组进行了广泛的调查研究 , 认真总结了实践经验 , 参考了国内有关标准 , 吸取了近年的专利成果 。
为便于广大勘察 、设计 、施工 、科研 、管理等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定 , 《水利水电工程岩土渗透性原位试验规程 第 1部分 : 钻孔压水试验》 编制组按照章 、节 、条 、款 、项的顺序编制了本标准的条文说明 , 对条文规定的 目的 、依据以及执行中需要注意的有关事项进行了说明 。本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力 , 仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考 。
1 总 则
1.0.1 修订 。原标准 1.0.1 条规定的是钻孔压水试验的主要任务 , 不属于压水试验的技术范畴 , 故对原标准 1.0.1条进行了修改 。本标准自 2003年 10月 1 日颁布实施以来已有 20余年 , 对指导水利水电工程钻孔压水试验工作起到了重 要 作 用 。 20多 年以来 , 水利水电工程勘察钻探工艺 、压水试验设备等都有了很大改进 , 在工程实践中积累了许多经验 , 取得了一些科技成果 , 在此基础上 , 对原标准进行修订 。
压水试验成果主要用于评价岩体的渗透特性 (透水率大小及其在不同压力下的变化趋势) , 并作为渗控设计的基本依据 。 当条件简单时 , 也用于渗漏计算 。
1.0.2 修订 。本标准修订增加了高压压水试验的内容 , 所以删除了原标准 1.0.2条中的 “常规性 ” 三个字 , 将原标准 1.0.2条修改后作为本条 。本标准采用吕荣试验作为常规性的压水试验方法 , 高压压水试验参照常规压水试验的基本操作程序 。
吕荣试验是世界各国普遍采用的常规性压水试验方法 , 采用这种试验方法 , 有利于国际间的技术合作与交流 。 吕荣试验方法从提出至今 , 经历了一个漫长的发展过程 , 在一些具体做法上与原始的吕荣试验已有很大的不同 。 同时 , 目前国际上尚没有统一的压水试验方法 , 各国的规定之间也存在一定的差别 。 因此 , 在遵循吕荣试验 原 则 的 前 提 下 , 允 许 对 某 些 具 体 做 法 做 出 选 择 或修改 。
针对工程的不同 目的和需要 , 出现了许多专门性压水试验方法 , 如测定某一组裂隙渗透性的压水试验 、交叉孔压水试验 、多栓塞压水试验等 , 这些试验不在本标准规定之内 。 帷幕灌浆施工中的压水试验工作按照相应标准的规定进行 。
2 术 语 与 符 号
2.1 术 语
2.1.1 修订 。本次修订引入了 “压水试验器 ” 的概念 , 并增加了高压压水试验的内容 , 故此 , 对原标准进行了修改 。
2.1.2、2.1.3 新增 。 因为原标准的术语 “试段长度 ” 和 “试段压力 ” 属于通俗易懂的概念 , 不需要进行定义 , 本次修订将其删除 。为区别 “钻孔常规压水试验 ” 和 “钻孔高压压水试验 ”, 本次修改增 加 了 术 语 “钻 孔 常 规 压 水 试 验 ” 和 “钻 孔 高 压 压 水 试验 ”。
2.1.4 修订 。水流经工作管路 , 除了因水力摩阻损失压力 , 还有其他因素的影响损失压力 , 故此 , 本次修订删除了 “因水力摩阻而 ”几个字 。
2.1.5 修订 。 因为原标准的术语 “栓塞 ” 属于通俗易懂的概念 ,不需要进行定义 , 本次修订将其删除 。将原标准的 2.1.7条规定的术语 “吕荣 ”进行了完善 , 作为本条 。
2.1.6、2.1.7 新增 。 因为原标准 2.1.6条的术语 “透水率 ” 属于通俗易懂的概念 , 不需要进行定义 , 本次修订将其删除 。 “临界压力 ” 和 “压水试验器 ” 属于新概念 , 本次修订进行了定义 。
2.2 符 号
修订 。依据 SL/T 1—2024《水利技术标准编写规程》 规定 ,将符号的前后顺序进行了调整 。
3 基 本 规 定
3.1 试验方法和试段长度
3.1.1 修订 。将本条的 “应 ”修改为了 “宜 ”, 并引入压水试验器的概念 。 常用的试段隔离方法有单栓塞压水试验器和双栓塞压水试验器隔离 。单 栓 塞 压 水 试 验 器 隔 离 为 原 标 准 推 荐 的 试 验 方法 , 用于随钻孔钻进自上而下分段隔离进行的试验 。该方法试段的上端为止水栓塞 , 下端为未施钻的岩体 , 少了一个下部栓塞 ,其优点是降 低 了 绕 塞 漏 水 的 几 率 , 压 水 试 验 质 量 最 有 保 证 , 但是 , 该方法对钻探施工进度影响较大 。本次修订仍推荐单栓塞方法作为基本的压水试验方法 。
双栓塞的优点是 :
(1) 压水试验工作和钻探工作可以部分或全部分离 , 因而可提高工作效率 。
(2) 可以根据钻孔内实际情况 , 合理地确定栓塞位置和试段长度 , 试验成果与地质条件之间的相关性较好 。
采用双栓塞压水试验器分段进行试验效率高 , 但是又担心连续钻进深度过大 , 岩粉堵塞裂隙可能对压水试验成果造成较大的影响 。在实施过程中 , 需以不影响成果质量为前提 , 慎重选择连续钻进深度 。
为了发挥绳索取心技术在水利水电工程勘察中的优越性 , 提高钻探效率 , 在绳索取心钻孔中进行压水试验时 , 应用绳索取心不起钻压水试验技术是有益的 。
采用顶压式栓 塞 进 行 压 水 试 验 时 , 下 置 栓 塞 隔 离 试 段 的 同时 , 连带有花管段 、支撑杆 ; 采用液压或者气压栓塞进行压水试验时 , 下置栓塞隔离试段的同时 , 连带有花管段 、连接杆 、胀塞系统等 。 因此 , 本次修订引入压水试验器的概念 。
3.1.2 新增 。钻孔高压压水试验方法包括快速法 、 中速法 、慢
速法和多循环法 , 一般根据试验目的和具体的地质条件选择合适的试验方法 。各种试验方法的特点如下 :
(1) 快速法 : 适用于完整岩体 , 在每阶段压力下 , 试验时间一般为 5 min~ 10 min, 当流量趋于稳定时试验即可结束 。
(2) 中速法 : 适用于含有闭合或局部张开节理或裂隙的较完整岩体 , 在每阶段 压 力 下 , 试 验 时 间 一 般 不 小 于 30 min, 当 流量趋于稳定时试验即可结束 。
(3) 慢速法 : 适用于含有断层破碎带 、裂隙密集带 、层间错动带的破碎 岩 体 , 在 每 阶 段 压 力 下 , 试 验 时 间 一 般 不 小 于 120 min, 当流量趋于稳定时试验即可结束 。
(4) 多循环法 : 在同一试段内进行的快速 、 中速 、慢速组合试验 。适用于了解加载卸载频繁的岩体渗透特性 。
在高水头电站引水隧洞 、调压井 、地下厂房等一些重要建筑物的钻孔高压压水试验中 , 为了解高压状态下的岩体渗透特性 ,常采用多种方法结合 , 为设计提供参考依据 。
高压压水试验 也 可 按 试 验 目 的 不 同 分 循 环 和 非 循 环 加 压 进行 , 为了较精确获得岩体的临界压力值 , 前面几级压力可以按照最高试验压力等分 , 结合岩体的自重应力 、地应力测试成果等资料来判断临界压力的大致范围 , 在临界压力附近一般加密试验压力分级 。对于破碎和较破碎岩体 , 例如断层 、裂隙发育带等 , 在多循环试验时 , 由于断层和裂隙中的充填物被全部冲走后 , 易形成通道 , 每一循环最大试验压力会减小 , 此时可以对每一级的压力值进行适当的调整 。
3.1.3~3.1.6 本标准 3.1.3 条 、3.1.5 条 、3.1.6 条 是 根 据 原标准 3.1.2条拆分而来 , 本标准 3.1.4条为新增内容 。压水试验获得的透水率是试段的平均值 , 如果试段过长 , 势必影响成果的精度 , 如果试段过短 , 又会增加压水试验的次数和费用 。 国外有关标准中规定的试段长度为 3 m~ 6 m , 多数为 5 m。 在实际操作时 , 由于诸多因素的影响 , 试段长度通常不是整数 。对于地质构造条件特殊 (如断层 、裂隙密集带 、岩溶破碎带) 的孔段 , 需
要根据具体情况确定试段的位置和长度 , 例如栓塞不能安置在断层 、裂隙密集带等位置 , 一是容易发生绕塞渗漏 ; 二是无法针对性研究不良孔段岩体的渗透性 。在实际操作中 , 为了保证相邻试段相互衔接 , 确保不漏段 , 允许试段之间有少量重叠 。另外 , 栓塞位置和试段长度的确定 , 还需考虑下一试段栓塞位置和试段的长度 。
规定高压压水试验试段不得重叠 , 是考虑高压压水试验可能导致试段岩体破坏 , 如裂隙被冲开 、岩体劈裂等 , 试段重叠可能会导致试验成果有偏差 。
3.1.7 修订 。本条是根据原标准 3.4.1 条修订的内容 。试验前对水源做出判断 , 若不能满足试验要求时 , 需要采取必要措施 。当水源浑浊不清或泥沙呈悬浮状态时 , 要对试验用水进行沉淀处理 。试验中控制好水源 , 避免落入杂物和油料 。
3.2 压力阶段和压力值
3.2.1 修订 。 明确本条是关于常规压水试验的规定 。 钻孔常规压水试 验 按 三 级 压 力 、 五 个 阶 段 进 行 。 三 级 压 力 值 分 别 为0.3 MPa、0.6 MPa和 1.0 MPa。
(1) 多阶段试验目的 : 多阶段试验的目的是了解试段岩体流量随压力的变化关系 。大量试验资料表明 , 压水试验时的压力 —流量关系并非都是线性的 。非线性的压力—流量关系出现的原因有两类 : 一是流 态 , 当 水 在 岩 体 裂 隙 中 的 渗 流 速 度 超 过 某 一 值时 , 即出现非线性流 , 或统称紊流 , 一个试段的岩体中含有多条开度各不相同的裂隙 , 非线性流实际上是这些裂隙不同流态的综合反映 ; 二是裂隙状态 , 在试验压力作用下 , 作为渗流通道的裂隙状态会产生改变 , 包括裂隙开度增大 (扩张) 、水力劈裂 、裂隙中的充填物移动 、 冲蚀 、堵塞等 。
多阶段试验 , 就是通过测定试段的压力—流量的关系 , 分析其产生变化的原因 , 测定岩体的透水性 , 判断岩体在灌浆期间及运行期间在水 (浆) 压力下可能出现的状态改变 。多阶段试验提
供了资料相互校核的机会 , 提高了资料的可靠性 。
(2) 压力阶段数 : BS 5930: 1981《英国场地勘察标准》 采
用(1), 务1、个段33。8,1—即813渗4 透()5
验建议方法》 采用五级压力 、八个阶段 , 即 P1 → P2 → P3 → P4 →
。( 1的) 7过较3)地8 求()—, 曲13
度 m (lgP—lgQ图上的斜率) 。
日本建设省 《吕荣试 验 技 术 准 则》 (1984) 采 用 五 级 压 力 、
3) 8过, 1较2→)4), 压<力(3P)—曲。(
上流量开始显著超比例增大时的压力) 。
综合考虑各种因 素 , 作 为 常 规 压 水 试 验 , 可 以 采 用 三 级 压力 、五个阶段的试验方法 。
(3) 试验压力 : 试段压力确定实质上是最大试段压力确定 。最大试段压力确定之后 , 其余两级压力常按近似等分原则确定 ,多数国家采用最大试段压力为 1 MPa。 由于吕荣值的定义压力是1 MPa, 故一般情况 , 最大试段压力应达到该值 。此外 , 能了解到此范围内的压力—流量变化关系 , 一般也可以满足要求 。
(4) 当岩 体 渗 透 性 较 强 , 供 水 水 泵 最 大 泵 量 仍 不 能 达 到 1 MPa压力值时 , 可以适当降低三个压力阶段的压力进行试验 。
3.2.2 新增 。工作水头是指在水利水电工程运用过程中 , 压水试验钻孔所处部位可能受到的水压力 。例如大坝坝基因库水位升高引起的水压力增大 、高压管道及气垫式调压室的内水头或气垫压力等 。
高压压水试验最大试验压力一般按建筑物工作水头乘以安全系数确定 , 安全系数根据建筑 物 的 重 要 性 取 值 1.2~ 1.5, 一 般建筑物大于 1.2 即可 。 NB/T 10072—2018《抽水 蓄 能 电 站 设 计
规范》 规定 , “在高压管道钻孔内 , 测定岩体在高水头作用下的渗透特性 、抗水力劈裂临界压力 , 试验最高压力不应小于钻孔所在位置高压管道最大内水压力的 1.2 倍 ”。GB 50287—2016《水力发电工程地质勘察规范》 规定 , “高压管道及气垫式调压室布置地段宜进行高压压水试验 , 试验压力不应小于内水头或气垫压力的 1.2倍 ; 抽水蓄能电站高压岔管部位试验压力不应小于电站设计发电水头压力的 1.2 倍 ~ 1.5 倍 ”。NB/T 10073—2018《抽水蓄能电站工程地质勘察规程》 规定 , “最高压力不应小于钻孔所在位置高压管道内最大内水压力的 1.2倍 ”。
试验压力分级 根 据 最 高 试 验 压 力 和 级 差 确 定 , 一 般 分 级 越多 , 试验成果精度越高 , 相应的试验时间更长 , 试验费用也高 ,需要根据 工 程 的 实 际 需 要 确 定 。 试 验 级 差 一 般 在 0.5 MPa~ 1.0 MPa, 规定最小试验压力不大于 1 MPa, 其目的主要是为了修正二次函数 , 具体分多少级一般根据试验任务和 目 的来决定 。表 1 为国内部分抽水蓄能电站的高压压水试验压力取值 。
表 1 部分工程高压压水试验压力取值
续表 1
3.2.3 修订 。本条是根据原标准 3.2.2 条修订的内容 。 当试段埋深小于 15 m 或岩体软弱时 , 采用试验压力过大 , 可能会导致岩体抬动变形而使试验成果失真 。 因此 , 要求对基岩面以下一定深度内的试段最大试验压力加以限制 。压水试验时岩体是否会产生抬动变形 , 取决于很多因素 , 如裂隙中渗透压力的大小和分布情况 、上覆岩 体 自 重 、岩 体 完 整 性 和 上 覆 岩 体 的 结 构 力 等 。 因
此 , 很难规定具体的不引起岩体抬动变形的最大压力试验值 。各工程在工作开始时 , 一般要对浅部试段或岩体软弱段进行少量试验 , 以确定适宜的试验压力 。
3.2.4 本条中的地下水位是指按照本标准 5.5.2 条规定观测的工作管内相对稳定的水位 , 并非钻孔结束后观测的稳定的地下水位 。不同情况下压力计算零线的确定原则 , 对竖直钻孔和倾斜钻孔都适用 。压力计算零线确定方法图 示 见 图 1。 图 1 (a) 、 图 1 (b) 、 图 1 (c) 分别对应本条 1 款 、2 款 、3 款的三种情况 。
=2
(a) (b) (c)
标引序号说明 :
1— 压力表 ; 2— 工作管内地下水位 ; 3— 栓塞 ; L— 试段长度 ;
l'— 地下水位以上试段长度 。
图 1 压力计算零线确定示意图
3.2.5 修订 。本条是根据原标准 3.2.3 条修订的内容 。本条规定了压力传感器或压力表的安装位置不同时 , 试验压力的确定方法 。原标准规定的安设在与试段连通的测压管上的压力计测压方法 , 实际生产中少见采用 , 原理和安设在试段内的压力传感器测压力相同 , 本次修订将其删除 。
倾斜钻孔进行压水试验时 , 需要将实测的倾斜的地下水位埋深换算为铅直深度 , 换算为准确的水柱压力 。
压力表组包含不同量程的压力表 , 由各自的压力表开关进行
控制 , 试验时 , 通过调节压力表开关 , 使选择的压力表与试验压力相匹配 。
3.2.6 修订 。本条是原标准 3.2.5 条修订的内容 。本条规定了管路压力损失的确定方法 。
初期的吕荣试验是不考虑管路压力损失的 , 后来认识到这样做过于粗糙 , 因此目前所有的国外标准都规定必须计入管路压力损失 。特别是我国 目前使用的钻杆内径与接头内径不一致 , 管路压力损失问 题 更 为 突 出 。 实 测 资 料 表 明 , 当 流 量 较 大 (如 大 于50 L/min) 时 , 管 路 压 力 损 失 急 剧 增 大 , 不 计 管 路 压 力 损 失 将导致成果产 生 较 大 误 差 。 此 外 , 不 计 压 力 损 失 还 会 改 变 P—Q曲线的形状 , 使出现 B 型 (紊流型) 曲线的比例增大 。
确定管路压力损失的方法有公式计算和实际测定两种 。工作管内径一致时 , 管内流速等于管内流量与工作管截面积的比值 。对内径不一致的管路 , 用公式计算与实际测定结果差异较大 。 因此 , 当采用钻杆为工作管进行压水试验时 , 需要测定每米钻杆和每副接头在不同流量下的压力损失 , 并编制出图表供现场试验时使用 。 由于我国 目前使用的钻杆和接头在规格和内表面粗糙度等方面不尽相同 , 因此实测工作一般由各单位自行进行 。表 2 引 自水利部东北勘测设计研究院实测的管路压力损失资料 (钻杆外径50 mm , 内径 38 mm , 接头外径 50 mm , 内径 22mm) , 设每根钻杆长 5 m。从表 2 可以看出 , 管路压力损失随流量的增大而急剧增大 , 且压力损失主要产生在接头部位 。
表 2 管路压力损失实测表
3.3 试 验 钻 孔
3.3.1 修订 。我国水利水电工程地质钻探的常用孔径为 60 mm~ 90 mm , 少数可达 150 mm。试验钻孔的孔径对压水试验成果有影响 , 但一般这种影响很微小 , 可以忽略不计 。孔径特大或特小的钻孔 , 其渗流的边界条件差异较大 , 因此 , 在将这类钻孔的压水试验成果与常规直径钻孔的压水试验成果做对比之前 , 需要进行专门的试验论证 。
3.3.2 修 订 。 将 原 标 准 3.3.2 条 拆 分 为 本 标 准 3.3.2 条 和3.3.3条 。为了减少岩粉堵塞裂隙 , 压水试验钻孔最好采用金刚石或合金钻进 。采用泥浆 、植物胶等护壁材料钻进时 , 孔壁上会形成一层泥膜 , 并堵塞裂隙 , 因此压水试验钻孔不应使用泥浆 、植物胶等护壁材料钻进 。
在金刚石钻进时 , 通常使用乳化冲洗液 。乳化液由水 、油和表面活性剂组成 。乳化液中的油珠重新凝结并离析出来的现象称为破乳 。乳化液破乳后 , 将产生大量油泥 、泡沫和胶状物 , 会严重堵塞裂隙 , 妨碍水流通过 。 当水中钙镁离子浓度超过 6× 10-4时 , 离子型乳化液将变成钙镁盐 , 导致乳化液严重破乳 。此外 ,石灰岩 、 白云岩及其他含二价金属元素的岩石对活性剂有强烈吸附作用 , 也将使乳化液严重破乳 , 故在碳酸盐类岩石中实施压水试验钻孔时 , 应选用合适的冲洗液 。
3.3.3 修订 。原标准 3.3.2 条的部分内容单列 , 作为本条 。 为了使钻进时冲洗液能在孔口返出 , 降低岩粉堵塞裂隙的风险 , 同时当栓塞止水无效时 , 水能返出孔 口 , 易于发现 , 本标准要求试验钻孔的套管脚必须止水可靠 。
3.3.4 修订 。为了防止由于钻孔相距过近 , 压水试验时产生水流串通而影响试验成果的真实性 , 做本条规定 。
3.4 安全生产和环境保护
3.4.1~3.4.4 本章为根据安全生产和保护环境的需要新增加的
内容 。
针对不同压力的压水试验 , 所采用的管路 、连接件等耐压强度要求也不相同 , 一般从经济 、耐用 、安全 、可靠等进行综合考虑 , 耐压强度要大于最大试验压力值的 1.5倍 。
用于栓塞 膨 胀 的 气 体 , 不 能 选 用 易 燃 、 易 爆 的 气 体 , 如 氧气 、氢气等 , 更不能选用对人体有危害性的气体 。
4 试 验 设 备
4.1 止 水 栓 塞
4.1.1 修 订 。 原 标 准 的 “止 水 可 靠 、操 作 方 便 ” 不 符 合 SL/T 1—2024《水利技术标准编写规程》 用词规定 , 因此本次修订将其删除 ; 增加了高压压水试验栓塞的规定 。关于钻孔常规压水试验止水栓塞长度问题 , 东北勘测设计研究院曾进行电拟试验 , 假设地层的渗透性为均质 , 以比较不同栓塞长度的绕渗量大小 。试验结果表明 , 当栓塞长度达到 7.5倍钻孔孔径时 , 绕渗量增加速度减 缓 。 伯 利 斯 (J.C.Bliss) 和 拉 许 顿 (K.R.Rushton) 用 数学模型研究栓塞长度的影响 , 得出类似的结论 。 因此 , 本标准规定钻孔常规压水试验止水栓塞长度不小于试验钻孔孔径的 8 倍 。此外 , 从保持栓塞附近岩体的渗流稳定性角度出发 , 也要求栓塞有一长度 。经行业 30余年钻孔压水试验 实 践 表 明 , 8 倍 试 验 钻孔孔径的止水栓塞长度亦能起到较好的隔离效果 。柱状栓塞止水效果好 , 故此 , 规定 “宜采用柱状塞 ”。
经调研 , 现有 高 压 压 水 试 验 止 水 栓 塞 长 度 多 数 为 1.0 m ~ 1.20 m , 水压致裂 法 地 应 力 测 试 止 水 栓 塞 长 度 较 为 单 一 , 长 度多为 1.14 m。该长度止水栓塞效果较好 , 故规定 “高压压水试验栓塞有效止水段长度不应小于 1 m”。
4.1.2 修订 。将原标准的 “水压式 ”修改为 “液压式 ”。止水栓塞是压水试验的关键设备 。 目前国内使用的止水栓塞有双管循环式 、单管顶压式 、液压式 、气压式和气液混合式等类型 。
双管循环式栓塞的优点是不存在管路压力损失 , 缺点是需要下两套管子 , 对小口径金刚石钻孔不适用 , 且操作费时 , 钻孔较深时尤其如此 , 双管循环式栓塞目前已很少采用 。
单管顶压式栓塞的优点是操作简单 , 缺点是当孔壁岩石较破碎时止水效果较差 。
液压式 、气压式或气液混合式栓塞的共同特点是胶囊易与孔壁紧贴 , 即使在孔壁不太平直的情况下 , 也能实现面接触 , 且栓塞较长 、止水可靠性好 , 对不同孔径 、孔深的钻孔均能适应 , 操作比较方便 。液压式栓塞的缺点是试验结束后胶囊内的水不易排放干净 。气压式栓塞具有结构简单 、胀塞快速 、放气之后栓塞可以立即收缩回 原 始 状 态 , 不 存 在 栓 塞 胀 塞 后 收 不 回 来 胶 囊 等 优点 。供气 可 采 用 高 压 气 泵 , 无 胀 塞 压 力 时 径 向 收 缩 率 达 到100% 。气压式栓塞的缺点是在需要配置高压充气装置 。从止水的可靠性出发 , 本条推荐优先选用液压式和气压式栓塞 , 其操作方便 、胀塞设备可选性强 。表 3列出了部分常见钻孔止水栓塞类型和适用条件 。
表 3 钻孔止水栓塞类型和适用条件
4.1.3 新 增 。 要 求 “塞 体 抗 爆 压 力 不 应 小 于 试 验 最 高 压 力的1.5倍 ”, 主要考虑设备使用压力储备和使用寿命问题 。经统计 ,设计塞体抗爆压力与试验工作压力比值多在 1.5 倍 ~ 2.0 倍 , 且1.5倍的数值较容易实现 。
要求塞体 “径向膨胀率不应小于 25%”, 是为了保证塞体膨胀后能与孔壁 紧 密 结 合 。 为 保 证 塞 体 收 缩 后 能 自 由 移 动 塞 体 位置 , 塞体在最大胀塞压力下工作后 , 要能够完全复位 。
采用水压式双栓塞压水试验器时要考虑栓塞的放水问题 , 栓塞结构要有孔内底部放水装置 。考虑高压压水一般情况下钻孔比
较深 , 进水管孔内部分一般采用钢管结构 , 钢管的内径要充分考虑测试段的水下传感器或水位测量仪的直径 , 进水管内径一般不小于 28 mm。胀塞管直径一般采用 10 mm 的高压胶管 。进水管的直径要与胀塞管的直径相匹配 , 能将栓塞下到钻孔内 。
4.2 供 水 设 备
4.2.1 修订 。 国内水泵类型繁多 , 不同的试验压力 , 需要选择不同性能的供水水泵 , 对供水设备的重点要求就是压力稳定 , 出水均匀 。
在钻孔开展压水试验时 , 水泵的排水量需不小于 100 L/min,按透水率公式 计 算 , 额 定 流 量 为 100 L/min 的 供 水 泵 的 供 水 能力只能使岩体透水率小于 20Lu的试段达到预定的最大试验压力1 MPa, 因此 , 当岩体透水率普遍较大时 , 需要选用供水能力更大的水泵 , 或者用多台水泵并联供水 。
水泵额定压力是指可以提供的稳定的最大工作压力 , 从设备使用压力储备 、使用寿命和容积效率考虑 , 一般规定工作压力不超过额定压力的 2/3为宜 , 故规定 “额定压力不应小于最大试验压力的 1.5倍 ”。
4.2.2 修订 。本条是原标准 4.2.1 条的一部分内容 。 原标准规定水泵出口应安装容积大于 5 L 的稳压空气室 , 是为了减少泵压的波动 , 使泵压稳定 , 便于压力的调整 , 使压力在规定的范围内波动 。生产实践中当采用潜水泵供水 , 能保证出水口压力稳定时可以不安装稳压设备 , 因此 , 对水泵出水口设置稳压设备不做强制要求 。
4.2.3 修订 。本条是原标准的 4.2.2 条修改的内容 , 原标准的表达不符合 SL/T 1—2024《水利技术标准编写规程》。 吸水龙头外包设过滤网 , 目的是保持试验用水清洁 。
4.3 量 测 设 备
4.3.1 修订 。将原标准 4.3.3 条修改后作为本条 。 为了提高我
国压水试验工作技术水平 , 保证压水试验成果质量 , 特别是高压压水试验 , 压 力 阶 段 多 , 持 续 时 间 长 , 采 用 人 工 读 表 易 造 成 误读 , 精度无法保证 , 本标准推荐使用自动量测 、记录压力和流量的设备 。 目前 , 高压压水试验一般使用自动记录仪自动记录 。表4列出了常用的量测设备 , 可供试验时参考使用 。
表 4 常用的量测设备和技术参数
4.3.2 修订 。将原标准 4.3.1条的一部分内容修改后作为本条 。压力表目前仍是主要的测压工具 。 国内常用工业仪表精度等级为0.5 级 、1.0 级 、 1.5 级 、2.5 级 、4.0 级 , 为 了 保 证 量 测 精 度 ,对压力表精度做出了规定 。
为满足测量精度要求 , 压力表的量测范围应控制在最大量程的 1/3~ 3/4, 鉴于吕荣试验所用的压力值变化范围较 大 , 为 满足上述要求 , 试验期间需要更换压力表 。 图 3.2.5 中压力表组中包括三种不同量程的压力表 , 在压水试验过程中 , 根据试验压力的大小分别选择对应量程的压力表 。
4.3.3 修订 。将原标准 4.3.1条的一部分内容修改后作为本条 。
当用压力传感器测定试验压力时 , 其量测范围需要与试验压力相匹配 , 以保证量测精度 。
4.3.4 修订 。将原标准 4.3.2 条作为本条 。 目前 , 我国在压水试验时常用的流量计实际上是表示累计水量的水表 , 这种水表只有和测时计联合使用 , 才能算出流量值 。 随着压水试验技术的进步 , 许多单位已经采用电磁式流量计 。本条规定 “流量计应能在1.5倍最大试验压力下正常工作 ”, 主要考虑若使 用 普 通 水 表 观测流量 , 在试验压力较大时会存在安全隐患 。在压水试验降压阶段 , 有时会出现回流 , 为了记录回流情况和消除回流的影响 , 要求流量计 “能测定正向和反向流量 ”。
4.3.5 修订 。将原标准 4.3.4条作为本条 。地下水位量测设备 ,要求测头绝缘良好 , 能灵敏可靠地反映地下水位的真实位置 , 不受孔壁附着水或孔内水滴的影响 。导线使用后可能变形伸长 、断裂或绝缘损坏 , 影响正确读数 , 因此规定使用前进行检测 。
4.3.6 修订 。将原标准 4.3.5 条修改后作为本条 。 仪表是否定期检定 , 不属于 本 标 准 规 定 范 畴 , 只 要 是 质 量 满 足 要 求 即 可 使用 , 故此 , 删除原标准对仪表进行定期检定的规定 。
5 现 场 试 验
5.1 试 验 程 序
5.1.1 修订 。根据本章规定的试验步骤进行了修改 , 新增了试验准备的内容 。
5.2 试 验 准 备
5.2.1 新增 。试验任务一般明确了试验压力 、钻孔结构 、试验深度等情况 , 要根据试验要求合理选择供水设备 、止水栓塞及量测设备 , 如水泵 、 吸水笼头 、供水调节阀等 。
5.2.2 修订 。将原标准 5.3.3 条修改后作为本条 。栓塞位置确定分两个步骤 : 一是通过对钻孔岩心观察或钻孔电视 , 选择在岩体较完整部位安装栓塞 ; 二是通过调配钻杆长度 , 将栓塞送达指定位置 , 要记录钻杆根数和长度 , 以便校核塞位的准确性 。
5.2.3 新增 。确实试段位置后 , 需要先在地面组装压水试验器 。
5.2.4 修订 。将原标准 5.3.1 条修改后作为本条 。 必要且有条件时 , 先在地面进行模拟试验 , 测试设备性能 。
5.3 钻 孔 冲 洗
5.3.1 修订 。将原标准 5.2.1 条作为本条 。 理论上 , 流量越大越容易 将 孔 内 岩 粉 带 出 , 但 要 考 虑 大 流 量 冲 洗 对 孔 壁 稳 定 的影响 。
5.3.2 修订 。将原标准 5.2.2条作为本条 。
5.4 试 段 隔 离
5.4.1 新增 。要达到试段隔离效果 , 一是要保证压水试验器的止水栓塞性能良好 , 胀塞后要能与孔壁紧密贴合 , 且有一定的抵抗变形能力 ; 二是要使栓塞位于岩石较完整处 , 避开陡倾角裂隙
部位 , 避免绕塞渗漏 。
5.4.2 新增 。规定了安放压水试验器过程的注意事项 。
5.4.3 修订 。将原标准 5.3.2 条修改后作为本条 。 为了保证液压式或气压式栓塞的隔离效果 , 胀塞压力一般要大于该试段的最大试验压力 , 并在整个试验过程中保持压力不变 。
目前 , 止水栓塞制造还没有统一的标准 , 不同型号的栓塞的胀塞压力也不同 , 也和孔径大小有关 。栓塞的胀塞压力与最大试验压力的数值关系难以具体规定 , 故本次修订删除关于栓塞的胀塞压力大于最大试验压力 0.2 MPa~ 0.30 MPa的要求 。 实际工作中 , 常规压水试验液压栓塞胀塞压力一般采用 4 MPa, 压力太小 , 止水效果不好 ; 高压压水试验液压栓塞胀塞 压 力 7 MPa可满足试验要求 。在地下水较浅且试段埋深较大时 , 栓塞胀塞压力还需考虑外水压力 。
绳索取心不起钻栓塞通过中空的钻杆下到试段的顶部 , 栓塞与孔口之间用高压胶管延伸至孔外与手动泵连接 , 在孔口钻杆处设有封闭装置 , 栓塞膨胀通过地面手动泵加压来完成 。 由于栓塞膨胀率较大 , 以及岩体变形等原因 , 致使充塞压力下降时 , 要及时对栓塞补充压力 。
5.4.4 修订 。将原标准 5.3.4 条修改后作为本条 。 删除了原标准中 “移动栓塞时只能向上移 , 其范围不应超过上一次试验的塞位 ” 的规定 ; 常规压水试验过程中 , 有采用架桥式封孔的生产实践 , 本次修订将 “架桥式封孔 ” 引入本标准 。
5.5 水 位 观 测
5.5.1 修订 。将原标准 5.4.1 条作为本条 。 下置压水试验器后进行地下水位观测的主要目的 , 是确定水柱压力的起算点 , 即确定压力计算零线 。
当地层为同一含水层时 , 在下置压水试验器前 、后观测的地下水位是相同的 。 当存在多个含水层时 , 下置压水试验器前 、后观测的地下水位可能不同 。对压水试验来讲 , 起作用的是试段的
地下水位而不是整个钻孔的混合水位 , 所以要求下置压水试验器隔离试段后在工作管内观测水位 。通过前 、后观测地下水位 , 可以了解到岩体中含水层的分布和变化等水文地质特性 。
当钻孔位于平洞内 , 钻孔的水位可能高于孔口高程 , 压水试验的水柱压力测量难度较大 , 针对这种情况 , 可以采用向上加接套管 , 观测水位上升高度 。水位上升高度较高时 , 可以采用压力表测量孔口的水柱压力 , 作为统一的压力计算零线 。
5.5.2 修订 。将原标准 5.4.2条作为本条 。
5.5.3 修订 。将原标准 5.4.3 条作为本条 。 钻孔内存在承压水时 , 所需的观测时间要长一些 。
5.6 压力和流量观测
5.6.1 修 订 。 将 原 标 准 5.5.1 条 修 改 后 作 为 本 条 。 原 标 准5.5.1条规定的 “排气 阀 ” 应 为 “调 节 阀 ”, 故 此 修 订 。 在 向 试段充水之前开启调节阀的目的是使管路充分排气 , 否则将对试验成果有较大影响 。
5.6.2 修订 。将原标准 5.5.2 条修改后作为本条 。要求压力值振幅保持在 3%之 内 , 是 与 ISO 22282 1: 2012《Geotechnical investigation and testing—Geohydraulic testing Part1: General rules》 的要求一致 。
5.6.3 修订 。将原标准 5.5.3 条关于流量观测的频次和时间作为本条 , 并增加高压压水试验的流量观测的规定 。为了解试验时流量的变化情况 , 原则上每分钟观测一次 , 对于直读式流量计来说 , 并无困难 。但目前我国大多数试验采用水表测流量 , 每分钟观测一次过于紧张 , 故本标准规定每隔 1 min~ 2 min观测一次 ,视现场的具体情况而定 。
高压压水
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