吳 越

（1.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，安徽 合肥 230001；2.安徽省地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急技術(shù)指導(dǎo)中心，安徽 合肥 230001）

伴隨著各種現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用和普及，社會(huì)生活出現(xiàn)了方方面面的變化，人們對(duì)于工程項(xiàng)目的品質(zhì)要求更高，而在工程施工之前，往往都需要展開場(chǎng)地水文地質(zhì)的勘查工作，水文地質(zhì)試驗(yàn)方法將會(huì)在一定程度上直接影響勘查成果質(zhì)量，在此情況下，對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)試驗(yàn)方法展開研究便十分重要。

1 地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

本文以某礦山施工區(qū)域填埋場(chǎng)為例，該填埋場(chǎng)主要用于處理工業(yè)開采廢料及垃圾，地貌類別是低丘，地勢(shì)起伏明顯，地形坡度多處于10°到25°范圍內(nèi)，部分地區(qū)坡度最高可達(dá)60°。施工區(qū)域內(nèi)填埋場(chǎng)標(biāo)高多處于20m到30m范圍內(nèi)，部分地區(qū)最高標(biāo)高可以達(dá)到45m。在工程項(xiàng)目中，一共有6個(gè)開挖礦坑。在場(chǎng)地出露區(qū)域主要是侵入巖，巖性主要表現(xiàn)為淺肉紅-灰黑色。在廠區(qū)內(nèi)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(xiàn)硅化現(xiàn)象，而在斷層延伸段能夠看到斷層角礫巖。

1.2 水文地質(zhì)

基于自然形成條件、運(yùn)移規(guī)律等因素，可以直接將場(chǎng)內(nèi)地下水歸結(jié)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(duì)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(nèi)，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(qiáng)，能夠在地表水的作用下，不斷下滲，并長(zhǎng)期賦存在土層內(nèi)[1]。對(duì)于破積層層，厚度處于2.9m到10.1m范圍內(nèi)，將每層厚度進(jìn)行平均計(jì)算，層厚大約為4.8m，破積層層的富水能力較弱。

對(duì)于塊狀巖類裂隙水，主要分布在場(chǎng)地東側(cè)以及南側(cè)，而含水巖組則主要表現(xiàn)為晚志留世侵入巖，能夠長(zhǎng)期賦存在混合花崗巖中，自身穩(wěn)定性較強(qiáng)，風(fēng)化層厚度多處于5到30m范圍內(nèi)，只有局部風(fēng)化層厚度能夠超過30m。對(duì)于地下水，徑流模數(shù)較為穩(wěn)定，均值處于6L/s·km2以內(nèi)。本次場(chǎng)內(nèi)水文地質(zhì)試驗(yàn)多是在降深超過10m的情況下展開，水化學(xué)類型多樣。

1.3 含水層

對(duì)于水文地質(zhì)試驗(yàn)，場(chǎng)地含水層屬于強(qiáng)～中風(fēng)化花崗混合巖。為了展開精準(zhǔn)試驗(yàn)，一共設(shè)置了11個(gè)水文地質(zhì)鉆孔，分別用于抽水試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)，在場(chǎng)地內(nèi)部并沒有斷裂情況，也不會(huì)出現(xiàn)構(gòu)造裂隙水。對(duì)于地下水，則主要賦存在巖石風(fēng)化裂隙當(dāng)中，而塊狀巖類裂隙水也正是場(chǎng)地地下水的主要類型。通過具體的水文地質(zhì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水文地質(zhì)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(nèi)。

1.4 隔水層

對(duì)于場(chǎng)地隔水層，主要處于兩個(gè)地段，第一個(gè)分布地段是場(chǎng)地南側(cè)，第二個(gè)分布地段是場(chǎng)地東側(cè)。隔水層中以粉質(zhì)粘土、礫質(zhì)粘性土為主，土層本身的透水性較弱，但是平均厚度能夠達(dá)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(lián)系。

2 水文地質(zhì)試驗(yàn)

2.1 抽水試驗(yàn)

為了進(jìn)一步明確場(chǎng)地內(nèi)地層水文地質(zhì)條件和滲透性能，對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)試驗(yàn)方法適宜性展開研究，則需要進(jìn)行鉆孔，對(duì)不同地段展開抽水試驗(yàn)。事實(shí)上，通過抽水試驗(yàn)，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(lián)系特征。在水文地質(zhì)勘查過程中，通過完整井穩(wěn)定流單孔抽水試驗(yàn)，能夠進(jìn)一步明確抽水井特性曲線，也可以探求含水層水文地質(zhì)參數(shù)信息、影響半徑大小。對(duì)于抽水試驗(yàn)孔，主要運(yùn)用深井泵完成單孔抽水試驗(yàn)，水文類型則為塊狀巖類裂隙水。本次抽水試驗(yàn)一共設(shè)置了6個(gè)抽水試驗(yàn)孔，將其編號(hào)為ZK1、ZK2、ZK3、ZK4、ZK5、ZK6。其中ZK1、ZK2試驗(yàn)段巖性為中風(fēng)化花崗混合巖，ZK3試驗(yàn)段巖性為強(qiáng)、中風(fēng)化花崗混合巖，ZK4、ZK5、ZK6試驗(yàn)段巖性為中風(fēng)化花崗混合巖。ZK3按照2次降深展開試驗(yàn)，除此之外的5個(gè)抽水試驗(yàn)孔均采用1次最大降深抽水試驗(yàn)，6個(gè)抽水試驗(yàn)孔均采用單孔穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)方法。在抽水過程中，不僅需要測(cè)量涌水量，而且還需要測(cè)量水位降深，當(dāng)抽水試驗(yàn)結(jié)束后便需要對(duì)水位恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行測(cè)定。在水文地質(zhì)試驗(yàn)過程中，主要是對(duì)場(chǎng)地內(nèi)水體變化進(jìn)行檢測(cè)，如果出現(xiàn)了水位下降、地面塌陷等水文地質(zhì)問題，都需要及時(shí)記錄清楚，保證水文地質(zhì)結(jié)果的精確性和穩(wěn)定性?；凇端牡刭|(zhì)手冊(cè)（第二版）》，水位觀測(cè)宜按第1、3、5、10、20、30、45、60、75、90min進(jìn)行觀測(cè)，之后每隔30min則需要觀測(cè)一次，其余觀測(cè)項(xiàng)目及精度要求可參照穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求進(jìn)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(jìn)行計(jì)算，從而獲取得到滲透系數(shù)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(gè)參數(shù)都以米為單位。通過具體計(jì)算發(fā)現(xiàn)，展開兩次降深的ZK3試驗(yàn)得到的滲透系數(shù)在0.003～0.196m/d、3.47 E-06～2.27E-04cm/s。

2.2 壓水試驗(yàn)

2.2.1 壓水試驗(yàn)任務(wù)

壓水試驗(yàn)屬于巖石原位滲透試驗(yàn)的一種，通過利用水柱自重壓力的作用，抑或借助機(jī)械（泵）壓力，從而直接將水流壓入到鉆孔內(nèi)部，促使水流能夠滲透到巖石裂隙中，便可以在單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)水流壓入量的大小進(jìn)行測(cè)定，獲取得到巖石滲透性大小。基于壓水試驗(yàn)，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(fā)育程度，評(píng)定巖層透水性能。為了保證后續(xù)工程試驗(yàn)的順利進(jìn)行，還需要對(duì)孔距、排距等參數(shù)信息進(jìn)行測(cè)量。

2.2.2 壓水試驗(yàn)方法

對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)試驗(yàn)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(jìn)行操作。具體來講，多階段壓水法則是將整個(gè)壓水過程進(jìn)行細(xì)分，促使工作人員鉆進(jìn)一段、試驗(yàn)一次，整個(gè)操作過程將會(huì)應(yīng)用到氣壓式栓塞或者水壓式栓塞，通常不會(huì)采用雙栓塞法及自上而下的綜合法進(jìn)行壓水試驗(yàn)，采用此方法本身的試驗(yàn)質(zhì)量不佳[3]。

試驗(yàn)段長(zhǎng)度則劃分為5m，當(dāng)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(nèi)則可以判定為透水性小，則可以靈活調(diào)整試驗(yàn)段長(zhǎng)度，但整個(gè)長(zhǎng)度需控制在6m范圍內(nèi)。如果巖石本身透水性較大強(qiáng)，對(duì)于巖層接觸帶、構(gòu)造破碎帶等地段，還需要結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，明確試驗(yàn)段長(zhǎng)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(yàn)長(zhǎng)度范圍內(nèi)。

在具體試驗(yàn)時(shí)，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(huán)試驗(yàn)，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(jí)下降。需要注意的是，整個(gè)壓力值設(shè)置，需要結(jié)合鉆孔實(shí)際情況展開具體分析，各個(gè)壓力等級(jí)的數(shù)值大小也并非絕對(duì)固定，可以適當(dāng)進(jìn)行數(shù)值調(diào)節(jié)。通常而言，如果漏水量較大，難以達(dá)成試驗(yàn)基本要求，整個(gè)壓水試驗(yàn)則可以按照水泵最大供水能力進(jìn)行試驗(yàn)。觀測(cè)工作則需要以5分鐘為單位，不僅需要觀測(cè)壓力值，還需要對(duì)流量大小進(jìn)行記錄。

2.2.3 壓水試驗(yàn)計(jì)算

壓水試驗(yàn)中編號(hào)設(shè)置為ZK7、ZK8、ZK9，均為中風(fēng)化花崗混合巖，3個(gè)鉆孔共含有6段巖體，可以獲取得到滲透系數(shù)為0.113～0.342m/d，1.30 E-04～3.96E-04cm/s。

2.3 注水試驗(yàn)

注水試驗(yàn)作為一種較為常見的測(cè)定巖土滲透性參數(shù)的方法，通過在鉆孔中連續(xù)注水，促使水位始終保持在穩(wěn)定范圍，再通過計(jì)算水位、注水量二者之間的關(guān)系，可以直接獲取得到不同地段的水文地質(zhì)條件。注水試驗(yàn)和抽水試驗(yàn)應(yīng)用原理相似、具體操作相反，抽水試驗(yàn)和注水試驗(yàn)，一個(gè)是在含水層形成降落漏斗，另一個(gè)則是形成反漏斗。采用注水試驗(yàn)的勘查周期短、成本投入小，能夠顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于礦區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)的注水試驗(yàn)，則可以按常水頭試驗(yàn)方法獲取得到試驗(yàn)巖層的滲透系數(shù)，運(yùn)用K=16.67Q/AH公式展開具體計(jì)算。具體來講，通過鉆孔、水流邊界條件，形狀系數(shù)用A表示，單位為cm。鉆孔半徑用r表示。本次試驗(yàn)計(jì)算則將A設(shè)置為30.25cm，將r設(shè)置為5.5cm。注水試驗(yàn)巖性為風(fēng)化花崗混合巖，編號(hào)為ZK10、ZK11，滲透系數(shù)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(yàn)、壓水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)，能夠直接獲取得到含水層水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)場(chǎng)地水文地質(zhì)試驗(yàn)方法的適宜性和可行性進(jìn)行判定。

3 結(jié)論

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