1.本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种高压斜孔压水实验工艺。
背景技术：2.近年来，随着我国经济建设的快速发展和工程技术的不断提高，隧道、地下油库、蓄能电站及人防工程等地下空间工程得到大规模的开发与利用，尤其是高深度承压洞室的应用愈加广泛。在地下工程中，洞室围岩往往需要承受很高的内水压力与气动压力，文献
3.中压气储能电站洞室内压可达到10 mpa，浙东沿海某海岛地下水封洞库工程的水封压力达到了0.125mpa。高渗透压力在满足工程运行需要的同时，也对地下洞室岩体渗透稳定性造成了巨大威胁。锦屏一级水电站中孔充压水封压力达到0.456mpa时导致水封破裂释压；广州抽水蓄能电站由于水力梯度过大导致构造劈裂渗水，渗水量达到了 32l/s。
3.斜孔钻探作为一种新型勘察技术，探明范围较广，能够对特殊、复杂地段及重点部位，如断层、破碎带、溶洞等不良地质体进行有效的识别。高压压水试验是揭示岩层渗透能力的重要手段，目前多以常规直孔高压压水试验为主，进行斜孔高压压水试验可以有效探明岩体渗透特性的同时，减少钻探作业工作量。根据《水利水电工程钻孔压水试验规程sl 31-2003》，计算紊流状态下，透水性较小的岩体渗透系数采用的是层流公式，只能近似的得出渗透系数。实际工程中，随着压力的升高，钻孔周围的水流状态会转变为非线性流，甚至诱发水力劈裂，即压入流量显著增长。若继续沿用线性流公式计算，会导致岩土渗透参数计算结果偏小。因此，开展斜孔高压压水试验的应用以及岩体在高渗透压力作用下的渗透特性研究对于地下空间工程设计及安全生产具有重要的指导性意义。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种高压斜孔压水实验工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压斜孔压水实验工艺，包括以下步骤：
6.s1.安装实验设备：采用单孔分段压水模式，构建斜孔压水试验装置，钻孔采用清水正循环方式钻进，钻进达到试验设计深度后，在试验层段放置止水塞，作为物理阻水边界，将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接；在进水管处安装流量计、压力表实时监测并采集；
7.s2.检查止水塞以及进水管气密性：对止水塞进行充气，达到设计压力后，停止供气，观察压力表变化，若气压保持恒定或变化在设计范围内，说明止水塞气密性良好；保持止水塞压力恒定，开始压水，使试段水压处于至某一恒定值，在上止水塞上部放置水压记录计并观察水压变化，若不变化或变化在设计范围，说明进水管密封性良好；
8.s3.压水实验并确定岩体渗透性：进行压水试验，针对钻孔周围岩体中水流非线性特征，以非达西流的基本方程forchheimer公式进行描述：
9.j＝av+bv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
10.其中：j为水力梯度；v为渗透流速；a、b为经验常数；
11.与达西公式中流速一阶项保持一致，将forchheimer公式表示为：
[0012][0013]
其中：p为压力；x为渗流方向；μ为流体动力粘滞系数；k为渗透系数；ρ为流体密度；β非达西渗流系数。
[0014]
优选的，所述s3中，当渗透流速v小于设定值时，非线性项βρv2相对于线性项v大小可忽略不计，此时公式(2)近似为达西公式，随着v不断增大，βρv2的增幅逐渐超过此时非稳定流特征开始明显，在高压压水试验过程中，当渗透流速小于设定值时，近似认为渗流非线性项较弱而表现出线性规律，当渗透流速大于设定值时，此时渗流非线性项较强，流体表现为紊流状态。
[0015]
优选的，在流体表现为紊流状态时，实验预测为：持续高压情况下，岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面出现张开或扩展，渗透特性大于设定值。
[0016]
优选的，所述s1中钻进倾斜角度为45
°
，孔径为75mm。
[0017]
优选的，所述s1中在试验层段放置45mm口径止水塞。
[0018]
优选的，所述s1中将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接时，在连接处均采用生胶带、防水胶带缠绕。
[0019]
优选的，所述s3中，在试验过程中，在调节水压时，对流量计在进水口检测的流量值突变异常值进行剔除。
[0020]
优选的，所述s3后，绘制压水试验过程曲线并分析。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
本发明开展了斜孔高压压水试验的应用以及岩体在高渗透压力作用下的渗透特性研究，对于地下空间工程设计及安全生产具有重要的指导性意义，通过本发明的实验方法，计算岩土渗透参数的结果更加精确。
附图说明
[0023]
图1为本发明的实验装置结构图；
[0024]
图2为本发明的实验数据线条图。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
实施例1
[0027]
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种高压斜孔压水实验工艺，包括以下步骤：
[0028]
s1.安装实验设备：采用单孔分段压水模式，构建斜孔压水试验装置，钻孔采用清
水正循环方式钻进，钻进达到试验设计深度后，在试验层段放置止水塞，作为物理阻水边界，将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接；在进水管处安装流量计、压力表实时监测并采集；
[0029]
s2.检查止水塞以及进水管气密性：对止水塞进行充气，达到设计压力后，停止供气，观察压力表变化，若气压保持恒定或变化在设计范围内，说明止水塞气密性良好；保持止水塞压力恒定，开始压水，使试段水压处于至某一恒定值，在上止水塞上部放置水压记录计并观察水压变化，若不变化或变化在设计范围，说明进水管密封性良好；
[0030]
s3.压水实验并确定岩体渗透性：进行压水试验，针对钻孔周围岩体中水流非线性特征，以非达西流的基本方程forchheimer公式进行描述：
[0031]
j＝av+bv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0032]
其中：j为水力梯度；v为渗透流速；a、b为经验常数；
[0033]
与达西公式中流速一阶项保持一致，将forchheimer公式表示为：
[0034][0035]
其中：p为压力；x为渗流方向；μ为流体动力粘滞系数；k为渗透系数；ρ为流体密度；β非达西渗流系数。
[0036]
其中，所述s3中，当渗透流速v小于设定值时，非线性项βρv2相对于线性项v大小可忽略不计，此时公式(2)近似为达西公式，随着v不断增大，βρv2的增幅逐渐超过此时非稳定流特征开始明显，在高压压水试验过程中，当渗透流速小于设定值时，近似认为渗流非线性项较弱而表现出线性规律，当渗透流速大于设定值时，此时渗流非线性项较强，流体表现为紊流状态。
[0037]
其中，在流体表现为紊流状态时，实验预测为：持续高压情况下，岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面出现张开或扩展，渗透特性大于设定值。
[0038]
其中，所述s1中钻进倾斜角度为45
°
，孔径为75mm。
[0039]
其中，所述s1中在试验层段放置45mm口径止水塞。
[0040]
其中，所述s1中将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接时，在连接处均采用生胶带、防水胶带缠绕。
[0041]
其中，所述s3中，在试验过程中，在调节水压时，对流量计在进水口检测的流量值突变异常值进行剔除。
[0042]
其中，所述s3后，绘制压水试验过程曲线并分析。
[0043]
其中，本发明开展了斜孔高压压水试验的应用以及岩体在高渗透压力作用下的渗透特性研究，对于地下空间工程设计及安全生产具有重要的指导性意义，通过本发明的实验方法，计算岩土渗透参数的结果更加精确。
[0044]
实施例2
[0045]
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一针对钻孔周围岩体中水流非线性特征，通常以非达西流的基本方程forchheimer公式进行描述，
[0046]
j＝av+bv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；
[0047]
其中：j为水力梯度；v为渗透流速；a、b为经验常数。
[0048]
为与达西公式中流速一阶项保持一致，forchheimer公式可表示为：
[0049][0050]
其中：p为压力；x为渗流方向；μ为流体动力粘滞系数；k为渗透系数；ρ为流体密度；β非达西渗流系数。
[0051]
当渗透流速v较小时，非线性项βρv2相对于线性项v大小可以忽略不计，此时式(2)近似为达西公式。随着v不断增大，βρv2的增幅逐渐超过此时非稳定流特征表现明显。因此，在高压压水试验过程中，当渗透流速较小时，可近似认为渗流非线性项较弱而表现出线性规律。当渗透流速较大时，此时渗流非线性项较强，流体表现为紊流状态。在持续高压情况下，岩体可能发生水力劈裂，此时岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面出现张开或扩展，渗透特性将发生较大变化。
[0052]
为探究斜孔压水状态下的渗流规律，需建立斜孔渗流模型，模型满足以下四个假定：(1)单位流量q保持不变；(2)钻孔中流体向周边渗流呈球形扩散；(3)无限远处压力衰减为零；(4)岩体均质且各向同性。
[0053]
以上假定可以得出流量q为：
[0054][0055]
以上实施方式示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：包括以下步骤：s1.安装实验设备：采用单孔分段压水模式，构建斜孔压水试验装置，钻孔采用清水正循环方式钻进，钻进达到试验设计深度后，在试验层段放置止水塞，作为物理阻水边界，将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接；在进水管处安装流量计、压力表实时监测并采集；s2.检查止水塞以及进水管气密性：对止水塞进行充气，达到设计压力后，停止供气，观察压力表变化，若气压保持恒定或变化在设计范围内，说明止水塞气密性良好；保持止水塞压力恒定，开始压水，使试段水压处于至某一恒定值，在上止水塞上部放置水压记录计并观察水压变化，若不变化或变化在设计范围，说明进水管密封性良好；s3.压水实验并确定岩体渗透性：进行压水试验，针对钻孔周围岩体中水流非线性特征，以非达西流的基本方程forchheimer公式进行描述：j＝av+bv2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)；其中：j为水力梯度；v为渗透流速；a、b为经验常数；与达西公式中流速一阶项保持一致，将forchheimer公式表示为：其中：p为压力；x为渗流方向；μ为流体动力粘滞系数；k为渗透系数；ρ为流体密度；β非达西渗流系数。2.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s3中，当渗透流速v小于设定值时，非线性项βρv2相对于线性项v大小可忽略不计，此时公式(2)近似为达西公式，随着v不断增大，βρv2的增幅逐渐超过此时非稳定流特征开始明显，在高压压水试验过程中，当渗透流速小于设定值时，近似认为渗流非线性项较弱而表现出线性规律，当渗透流速大于设定值时，此时渗流非线性项较强，流体表现为紊流状态。3.根据权利要求2所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：在流体表现为紊流状态时，实验预测为：持续高压情况下，岩体中的节理、裂隙等各种软弱结构面出现张开或扩展，渗透特性大于设定值。4.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s1中钻进倾斜角度为45
°
，孔径为75mm。5.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s1中在试验层段放置45mm口径止水塞。6.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s1中将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接时，在连接处均采用生胶带、防水胶带缠绕。7.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s3中，在试验过程中，在调节水压时，对流量计在进水口检测的流量值突变异常值进行剔除。8.根据权利要求1所述的一种高压斜孔压水实验工艺，其特征在于：所述s3后，绘制压水试验过程曲线并分析。
技术总结本发明公开了一种高压斜孔压水实验工艺，其技术方案要点是：包括以下步骤：S1.安装实验设备：采用单孔分段压水模式，构建斜孔压水试验装置，钻孔采用清水正循环方式钻进，钻进达到试验设计深度后，在试验层段放置止水塞，作为物理阻水边界，将上止水塞、下止水塞之间以花管固定并与进水管连接；在进水管处安装流量计、压力表实时监测并采集；S2.检查止水塞以及进水管气密性；S3.压水实验并确定岩体渗透性；本发明开展了斜孔高压压水试验的应用以及岩体在高渗透压力作用下的渗透特性研究，对于地下空间工程设计及安全生产具有重要的指导性意义，通过本发明的实验方法，计算岩土渗透参数的结果更加精确。数的结果更加精确。数的结果更加精确。
技术研发人员：杨峰 陈凤 惠庆生 薛继群 陈琦慧
受保护的技术使用者：浙江化工工程地质勘察院有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
