標題：鉆孔壓水試驗機-壓水試驗裝置

鉆孔壓水試驗（也稱為壓水試驗）是一種用于評估巖石、土層或地下水系統的滲透性和水力性質的現場測試方法，常用于水資源勘探、隧道建設、壩體基礎檢測等工程地質領域。通過向預定的鉆孔中施加水壓，觀察水的流入量及壓力變化，來測定巖層或土層的滲透系數。

鉆孔壓水試驗的工作原理

鉆孔壓水試驗的基本原理是通過在一個或多個測試段內施加水壓，記錄水的滲透率，進而確定地層的滲透性。以下是詳細的工作步驟：

1. 鉆孔準備：

   • 首先在目標區域鉆設一個垂直或傾斜的鉆孔。鉆孔深度取決于測試需求，通常在數十米至數百米不等。
   • 鉆孔完成后，通過下入雙封隔器（packer），將測試段分隔出來（如鉆孔中間某一段），確保水壓只作用于特定測試區段。

2. 水注入和加壓：

   • 通過試驗設備向分隔出的測試段內注入水，并通過液壓泵或其他加壓系統逐漸增加壓力。
   • 水壓的增加會使水通過鉆孔的滲透區滲入巖層或土層，滲透率取決于地層的滲透系數和裂隙系統。

3. 水量與壓力監測：

   • 試驗過程中，設備實時監測水的流量、流入量以及水壓變化。通過記錄單位時間內注入水的體積和施加的壓力，可以推算出該測試段的滲透系數。
   • 水的滲透速度和滲透量反映了地層的孔隙結構、裂隙發育情況及滲透能力。

4. 卸壓和重復測試：

   • 在完成一次加壓測試后，卸壓并記錄壓力下降時的水流變化，分析地層的滲透恢復情況。
   • 針對不同深度和不同位置，測試可以在鉆孔的不同段落進行，全面了解整個鉆孔深度范圍內的地層滲透特性。

數據分析

通過鉆孔壓水試驗獲得的流量和壓力數據，可以利用達西定律和其他水力學公式來計算地層的滲透系數。計算公式如下：

$$Q=K?A?\frac{\Delta P}{L}$$

• $Q$：單位時間內通過的水量（m3/s）
• $K$：地層的滲透系數（m/s）
• $A$：測試段的橫截面積（m2）
• $\Delta P$：壓水試驗施加的水壓差（Pa）
• $L$：測試段長度（m）

通過對不同測試段的分析，能夠繪制出區域的滲透性圖表，為后續工程設計和地下水資源開發提供依據。

應用領域

1. 水資源評估：用于評估地下水儲量、滲透性及補給能力，判斷地下水可用性。
2. 壩體與隧道工程：用于評估工程巖體的滲透性和水力條件，確保大壩、隧道等大型工程結構在地下水作用下的穩定性和安全性。
3. 地質災害防治：用于預測和防止巖層或土層中水力作用導致的滑坡、泥石流等地質災害。
4. 環境保護：用于評估污染物在地下水系統中的擴散和滲透，幫助制定地下水污染治理方案。

優點與局限性

• 優點：

  • 鉆孔壓水試驗能夠直接評估現場地層的滲透性，提供準確的現場數據。
  • 適用于多種地質條件，尤其是裂隙發育的巖層。

• 局限性：

  • 鉆孔壓水試驗的結果主要反映局部地層的滲透性，對大規模區域的滲透性評估需要多次試驗。
  • 試驗需要專業設備和人員操作，且對封隔器的密封性要求較高。

總的來說，鉆孔壓水試驗是水力地質勘探中重要的工具，廣泛應用于水文地質、工程地質及環境地質等領域。