围井试验渗透系数的计算.pdf

地质 、采矿 i 、 R e 自 舍 、靖 菏 骨 - { 甜 ／ 一 i ／ ， 。 ’ 围井试验渗透 系数 的计算 国土 资源部胡杰 弋 V 5 弋 V∈ { g 糙 证 攀登 ，t易 孛 1 关 键 词 渗 透 系 数 围 井 试 验 计 算 ． ／ ／ 力 一 一 -r一 ， CALCULAr r 1 0N OF THE COEFF I CI ENT OF P ERM EABI LI TY Th e M i n i s t r y o f乙m d a n d Re s o u r c e s Hu J i e 【 A B S T R A C T 】T h e c a l c u l a t io n o f t h e c o e f f i c ie n t o f p e ml e a h i l lt y i s v e r y c o mp l e x f n r j mp e r v i o u s we l 】t e s t ． A s e t o f s i mp l e c a l c u l a t i o n me t h o d i s d e d u c t d b y t h e o r e t i c a 1 c a l c u l a t i o n。a n d i s v e r i f i e d h y t h e i n d o o r t e s t Th e s i mp l e cal c u l a t i o n me t h od i s v e 1 v u s e f u 1 f o r a e t u a 1 wo r k． KEY W ORDSC o e f f i c i e n t d p e mx e a h i l i t y I mp e r v i o u s we ] 【 t est Ca I c ul a fi o n 1概 述 法 ，实践证明计算方法实用 。 山东省 莱 卅I 市 三 山岛盒 矿 采 用 海 水选 矿 ，日处理矿石 1 5 0 0 t ，每 日有 6 9 3 t 细尾砂 和 2 0 t 废泥送尾矿库堆存，同时带人库内水 量 为 1 7 3 1 t 。 由于尾矿库处 于三 山岛地 区淡 水上 游 。 为严防尾矿水渗漏污染淡水体 ，需对尾矿库 采取严格的防渗措施 在尾矿库库内岸坡采 用复式防渗层 ，可确保在0 ． 8 MP a 压力下不 渗漏 ；库底用塑性混凝土连续墙封闭，插入 粉质粘土隔水层 内1 ． 0 m ，其渗透系数设计 为 1 0 c m 数量级 ，低于粉质粘土隔水层 渗透系数约 1 0 0 倍。为验证塑性混凝土防渗 墙的施工质量 ，需在现场进行围井试验 ，求 其渗透系数。计算中由于要考虑各土层的水 文地质特征 ，计算极为繁琐 ，笔者通过对山 东省三山岛金矿尾矿库防渗工程 围井试验 ， 并通过理论计算推导出一套简单 的计算方 2土层 特征 库区防渗工程涉及到的土层特征如下 1 中粗砂层 厚度 1 5 --4 4 m， 黄色 ， 松至稍密状态 渗透系数为 9 4 1 0 0～5 8 1 0～c m／ s，是 良好的潜水层 。 2 淤泥质 砂层 厚度变 化 大 ， 从几 十厘 米到几米不等 ， 黑灰至黑色， 稍密 流塑状态， 渗透系数 为3 ． 51 0 一 ～5 ． 21 0 c m／ s， 是相对隔水层 。 3 淤泥层厚度3 ． 7 ～6 ． 7 m ，深灰至 黑色，流塑状态 ，渗透 系数为6 81 0 ～ 7 ． 41 0 一 c m／ s，是弱透水层 。 4 粉 质 粘 土 层 层 厚 8 ． 5 ～ 1 0 0 m 。 灰黄 一褐黄色，可塑至硬塑，中密至密实状 态 ，渗透系数最大为8 ． 5 1 0 一c m／ s ，最小 者小 于 1 0 _ 。 c m／ s ，是 良好的隔水层 。 目井试验渗透系数的计算胡杰 邮编 1 0 0 13 5 劳产 ＼ 维普资讯 3围井 试 验 3 1公 式 分 析 3 ． 1 ． 1 计算公式 由于围井试验中，水头、渗径和流量始 终保持不 变 ，故 可选择 达西定律 进行 近似求 解 QQ1 ⋯Q． ⋯ Q Q． 1 Q K c p i ‘ Ai ‘ I 2 b d 3 K． K I H／ bd Ai P‘ H． 式中 一围井墙壁总渗流量，由注水试 验实测求得 ，为已知数 ； 图 1 围 井试 验剖 面示意 图 Q各 土层通过 围井 的渗流量 ，为未 知数； K c p ．各土层和围井墙体的加权平均 渗透系数 ，为未知数； I 各 土层 的渗透系数 ，由分 层注水 试验求得 ，为 已知数 ； K 围井墙 体的 渗透系数 ，为未知 数 ； A． 由各 土 层 渗 过 防 渗 墙 的 渗 流 面 积 ，为已知数 ； P 围井周边长 度 ，为 已知数 ； H各 土层渗水高度 ，为已知数 ； H一水头 围井 内外 水 位 差 ， 由试 验 时测得 ，为已知数 ； bd 一渗径 ，其 中 b是 钻孔至井 壁平 均距离 ，d是防渗墙厚度 ，均为 已知数 。 I 水 力榔 度 ，为 已知 数 ；对 各 卜 晨 H、b 、d三个参数都是相 同的 ，所 以 I 亦相 同。 3 1 ． 2计算分析 分析 1 、 2 和 3 三个 总方程式 ， 有 QI ⋯ Q． ⋯ ，Kc p l ⋯ K c p ． ⋯ Kc p ，及 K 为未知数，共有 2 n 1 个；而三个方程式恰 好可列出 2 n1个 分 方 程 式 ，因 此方 程 有 解 ，但计算极 为繁 琐。 由于注 围井 钻孔 中的水不 是沿各 E 层 作水平运 动 ，尤其在 土层界 面附近 ，是从渗 透性小的土层流向渗透性大的土层 ，这样渗 流加快 ，实 际渗流量大于理论计算 的渗流 量 ，使得 K 值偏 大 ，固此 ，以此 K 值来 验 证施 工质量是 安全 的。 3 1 3汁算的比较 上述方法考虑 了各土层 的渗透系数 ，下 面 比较一 下不考虑 土层 渗透 系数 ，即将土层 看作是水体时 ，所计算单位面积渗流量的差 别 。 由达西定律 QK A I 得 Q／ A-K I Q／ A可理解为单位面 积渗 流量 ； 图 2围井试 验平 面 图 I H／ L，H 为水 头取 9 2 9 c m，L为 渗 径 ， 当不考虑土 层渗 透 系数 时 Ld3 2 e m． 有 色 矿山 l 9 鲫4 维普资讯 考虑时 I hd 。b为 围井 钻孔距 防 渗墙体 的平 均渗径 。 b 2 b l b 2 ／ 49 1 c m bd 9 l 3 21 2 3 c m d ／ K 3 2 ／ 5 01 0一 6． 4x 1 0 由公式 Kc 可计算单 位面 积 K_ ‘ K 的渗流量， 计算结果见表 1 。 表 l 计算 结果 表 根据上述计算结 果 ，单位 面积 渗流量相 差不超过 2％，由此 可见 ，围井 内土层 渗透 性比防渗墙体大得多，但它对渗流的影响很 小。如将各土层看作是一层计算 ，其计算误 差将 更小 。 3 2 将 各土层作为一层计算 3 2 1 利用达西定律 计算 Q Kc p A I 水 头差 HP l p 3 9 2 9 c m Kl 3 ． 01 0 _ c m／ s，为全孔注 水试 验 测得 的土层 渗透系数 。 Q 0 ． 6 6 c ／ s M 3 8 5 c m A 1 7 01 3 0 23 8 52 3 1 0 0 0 c m I H ／ L9 2 9 ／ 1 2 37 5 5 Ll l b9 13 2 1 2 3 c m K c p Ⅱ 1 1 lz 1 2 3 K1。I ’3 1 0一 ‘K2 3 7 8 1 0 一 c m／ s K2 9 9 2 1 0一 c m／ s 3 2 ． 2 利用承压稳定井流公式计算 上述计算 比较简便 ，但人为将渗流各点 的水力梯度作为恒 量，故存在人为计算误 差。为消除此种误差，可采用承压稳定井流 计算公式。 3 ． 2 2 ． 1 公式的推导 Q _2 “ ． n 1 k 由 r l Ql 2 m k l P 1 由 r 2 一r 3 Q2 2 。 m’ k 2 1o 2 田 l r 3 p 2 An r r 2 l 1 p D ／ ln 2 Q 2 m k p l p s AI 3 l 1 式 中r l 、r 2 、r 3 分别为渗流半径 ； n 渗透厚度 ； Q一渗流量 ， 其 中 Ql 哂 Q k 1 土层 的渗透系数 ； k土层 与防渗墙 加权 平均 渗透系 数 ； k 2 防渗墙的渗透系数 ； p l 、p 2 、p 3 分 别 为 刘 应 n、 、r 3 的水头 。 由 1 2 3 式解得 Ql n皇 2 m p l -P 3 k _ k I n旦 k l_ 皇_ 一 k I In 晋 ln 罟 3 ． 2 ， 2 ． 2 利用推导公式进行计算 下转第 9页 围井试验渗透系数的计算一 一 胡燕 邮编 1 0 0 0 3 5 维普资讯 设计 后 的边 坡 见 图 2 ，呈 向 内 凹 的弧 形，上部大理岩坡度较徒 ，下部花岗闪长斑 岩、矽卡岩较缓 ，中间残余的爆破角砾岩圆 滑带过。一些 关键 剖 面 ，如过 副井 的剖 面 ， 均用极限平衡法 、有 限元法校核稳定性 ，其 安全 系数不小于 1 2 O。 6 境 界优 化 设计 境界优化设计 是在边坡结构设计 的基础 上 ，对原设计境界进行修改 ，合理地确定露 天坑轮廓。境界优化设计中有关滑坡治理的 原则是 1 小河改道从大理岩 内穿过 。 2 将原边坡放缓。 治坡先 治 水 。原 设 计小 河 从 边 坡 上 经 过 ，将小河移到境外后 ，彻底消除 了渗丽的 河水对边坡的危害。边坡放缓符合工程地质 条件 。优化设计后 的境界见 图 1 。 7 滑 坡治 理 效果 扩境优化设计后的露天矿予 1 9 9 4年初 投产 ，投产 即达产 ，延长服务年 限 7 ～8年 ， 产矿石2 0 6 ． 3 7万 t 。至 1 9 9 7年 8月 ，露 天 坑底已 降 到 一2 0 m 标 高 ，边坡 高 达 l O O m。 未再滑坡 。 8 结 语 通过 丰山露天 矿滑坡 治理实例 ，表 明在 一 定 条件 下 ，应用 边坡 结构设计 与境界优化 设计 ，可 以达 到治 理滑坡 的 目的 。 上接第 3页 图 3围井试 验示 意图 由于围井为矩形 ，故需将矩形 以与 圆面 积相等的方法换算成 圆，换算半 径 分 别 为 E l 2． 5 c m ，r 2 8 4 c m ，r 3 1 1 6 c mo 水 头差 P 1 一P 2 9 2 9 c m k 3． 01 0一 c r l a ／ s Q0． 6 6 c m ／ s m 3 85 c r n Ql n r 3 k 1 ． 1 31 0一 c n 1 2 一 x m p l 一13 3 一 ’ ” k _ k 1 n旦 lI L9 8 4 1 0一 c m／ s k l l n r 3一k l n r 2 r I r I 4 结 语 上述 两种计算方法 其结果 相差 1 ％ ，满 足 1 O 数量级的工程要求。中国水利水 电 科学研究所对围井试验取样样品进行了室内 测试，测定结果与通过达西定律计算的结果 相差为3 ． 0 ％，验证 了计 算方法 的可 行性。 因此，当围井中土层渗透系数远远大于墙体 的渗透 系数 时 1 0 0倍 ，可将 土 层 看作 均匀一层 ，采用达西定律来计算围井的渗透 系数 。 丰山露天矿惜坡治理泉晨晖 邮编 4 1 0 0 1 1 维普资讯