核電廠地質勘察壓水試驗成果

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1、前言

地下水在巖體中的運動及相關問題在核電廠地質勘察中有著重要的意義和實際需求。然而，由于巖體介質的本身的復雜性，使得這項問題解決起來非常的困難。隨著勘察技術的不斷創新與進步，逐步發展了成熟的壓水試驗方法來對巖體中的地下水運動情況進行研究。本文就鉆孔常規壓水試驗在核電廠地質勘察中的應用進行分析、探討。

2、常規壓水試驗的基本原理

常規壓水試驗一般按三級壓力五個階段[即，]進行。其壓力確定為最大試段壓力確定之后其余兩級壓力可按等分原則確定。各階段流量的確定，應每隔1min～2min進行觀測1次，當流量無持續增大趨勢，且每次流量讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%或最大值與最小值之差小于1L/min時，本階段試驗即可結束，取最終值作為本階段流量值。當試驗中P1階段與P5階段、P2階段與P4階段的流量值絕對差不大于1L/min或相對差不大于5%時，可認為基本重合。最終繪制P-Q曲線。常規壓水試驗也稱“呂榮試驗”就是在鉆孔中進行的原位滲透試驗。壓水試驗是把一定長度（一般為5m～8m）的孔段隔離開來作為試驗段，然后通過水泵用一定的水頭，向試驗段內壓水，使之從孔壁的裂隙向周圍的巖體內滲透，其滲透水量最終趨向于一個穩定值，即可按下式計算單位吸水量（ω）：ω=Q/（sL），式中Q為穩定的壓入流量（L/min），s為壓力水頭高度(m)，L為試驗段的長度（m），單位吸水量ω是表征巖體透水性大小的指標，它是指單位壓力（水頭m）下，單位長度試段在單位時間內的巖體吸水量，其單位為L/（minmm），也可用Lu來表示，1Lu相當于單位吸水量ω為0.01L/（minmm）。

3、壓水試驗分析與應用

3.1壓水試驗指標分析

壓水試驗的透水率以P3階段的流量Q3來計算，因為此階段數據最接近“呂榮試驗”定義壓力。壓水試驗P-Q曲線，最能反應巖體內部節理裂隙的發育情況，可以對指標ω做出解釋說明，所以一般壓水試驗成果除計算ω必配有P-Q曲線。P-Q曲線分A、B、C、D、E五種類型，類型的劃分是以巖體內部裂隙的發育情況和其在壓水時的變化狀態為根據的，在實際中表現為巖性、巖體構造、裂隙發育等不同條件的差異性。

3.2壓水試驗的應用分析

目前，中國的核電廠選址大部分在巖石上，分內陸和沿海，內陸主要為沉積巖的砂巖，沿海主要為巖漿巖的花崗巖。對于這兩大不同成因的巖石壓水試驗也有較大的差異。

3.2.1沉積巖大部分屬軟巖，為非脆性巖體，其主要發育層理，層理之間粘結較緊密，張開度小，一般沒有充填物。沉積巖在壓水試驗時，在水壓力作用下層理張開度較小，流量Q較小，透水率ω值較低，一般為微透水（ω＜1.0）或極微透水（ω＜0.1），因其具有一定的塑性變形，一般試驗中隨著壓力的增大流量逐漸增加，P-Q曲線凸向P軸，且壓力上升階段流量略小于壓力下降階段，P-Q曲線上多表現為擴張型(C類)或表現為紊流型(B類)。

3.2.2巖漿巖大部分屬硬巖，為脆性巖體，塊狀構造，其主要發育節理，節理發育不規則，張開度較大，一般有泥質礦物充填物。巖漿巖在壓水試驗時，由于節理發育的復雜性表現出多變的壓水試驗特性，總結出主要有三種情況。

1.巖體節理張開度較一般，充填程度較高，在壓力上升階段，p1到p2階段節理張開充填物被沖蝕，流量顯著增大，至p2到p3階段由于巖體變形量較小，流量變化也較小；在壓力下降階段，巖體隨著壓力下降變形回彈，流量逐漸降低，略小于壓力上升階段。最終在P-Q曲線上表現為沖填型（E類）。p3壓力下流量Q較低，透水率ω值較低，一般為弱透水（10＞ω＞1.0）。

2.巖體節理張開度較大，充填程度較高，在壓水試驗全過程中充填物一直處于被沖蝕的狀態，流量隨著水壓力加大而顯著增加，但幾個階段的流量變化率接近，壓力下降階段流量略大于壓力上升階段，在P-Q曲線上多表現為沖蝕型（D類）和擴張型（C類）。流量Q較大，透水率ω值較大，一般為中到強透水（ω＞10）。

3.巖體主要發育微裂隙，張開度小，沒有充填物，結合較緊密，壓水試驗過程巖體處于彈性狀態，隨著壓力水頭的增大流量增加，但增加量較小，總體流量也較小。透水率ω值較低，一般為微透水（ω＜1.0）或極微透水（ω＜0.1），在P-Q曲線上多表現為（A）類型。

4、工程實例

4.1沉積巖區

以四川某核電項目初步可行性研究階段廠址巖土工程勘察為實例分析。地層巖性及構造：砂巖，巨厚層狀構造。層理較發育，巖體節理裂隙不甚發育，少數裂隙充填有粘土等。下面以具有代表性的兩段壓水試驗成果為例分析，試驗數據及P-Q曲線圖見下：

4.2巖漿巖區

以福建沿海某核電項目詳細勘察階段廠址巖土工程勘察為實例分析。地層巖性及構造：黑云母花崗巖，節理裂隙較發育，主要為構造節理和微裂隙。構造節理張開度較大，節理面充填粘土礦物，節理傾角較陡，節理長度一般大于5m，節理貫通性好；微裂隙結合較緊密，裂隙傾角復雜多變、無規律性，長度一般都很小幾厘米到幾十厘米，貫通性差。下面以下面以具有代表性的四段壓水試驗成果為例分析，試驗數據及P-Q曲線圖見下：

5、結論

在核電廠地質勘察中通過壓水試驗反映了巖體的透水率，在沉積巖區（主要是砂巖和泥巖）透水率值較??；在巖漿巖區（主要為花崗巖）由于巖體地質構造的復雜性，透水率值變幅較大。