河南南阳抽水蓄能电站高压渗透试验
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇河南南阳抽水蓄能电站高压渗透试验范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：随着工程建设的发展,抽水蓄能电站的高压输水隧洞等内部承压的洞室工程相继出现, 深入研究承压洞室围岩的自身承载力问题, 最大限度地降低衬砌设计要求,可以科学地优化工程设计,降低工程投资,缩短建设周期,从而创造出巨大的社会效益。本文简要介绍了河南南阳抽水蓄能电站高压渗透试验的方法及试验成果，探讨了岩体劈裂扩展的渗透破坏特性，分析了在高压水作用下岩体的稳定性和渗透性等特性，阐述了高压渗透试验在高压输水隧洞建设上的重要意义。
关键字：高压渗透实验;水利劈裂; 临界压力;渗透性;地应力
Abstract: with the development of engineering construction of pumped storage power station, the internal pressure of the high pressure water conveyance tunnel cavern project appears in succession, in-depth study of the bearing capacity of surrounding rock pressure, minimizing the lining design requirements, can scientifically optimizing engineering design, reduce project investment, shorten the construction period, thus creating a huge social benefit. This paper briefly introduced the Henan Nanyang pumped storage power station high pressure permeability test method and the test results of rock splitting, extended seepage failure characteristics, analyzes the stability of rock under the action of high pressure water and permeability characteristics, expounds the high pressure permeability test in high pressure water conveyance tunnel construction significance.
Keywords: high pressure permeability; hydraulic fracturing; critical pressure; permeability; stress
中图分类号： [TM622]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、工程概况
河南南阳抽水蓄能电站位于河南省南召县城东北的邱庄村内，电站总装机容量为120兆瓦，输水系统承受的最大静水头为450m。高压输水隧洞下平段的岩性主要为中细粒花岗岩，岩石较完整，在0+152等几个位置发育有断层和节理带。进行高压渗透试验的主要目是为了揭示引水系统高压隧洞的围岩在高水头压力作用下的稳定性和渗透性，通过试验论证高压隧洞，特别是岔管部位进行钢筋混凝土衬砌及高压灌浆的可行性，并为设计允许水力坡降、渗水量、地应力参数及工程措施提供依据。
二、高压渗透试验
1、试验孔布置：试验孔孔位布置在引水发电系统下平段的底部，桩号0+154-0+300.5范围内，根据岩石情况布置了四组共17个试验孔。钻孔方向与洞轴线方向成30度角，孔深为基岩下5m，对孔深1m-5m的基岩段进行压水试验。
2、试验方法：此次高压渗透试验进行三种方式的压水试验。第一种方法为快速法即水压力按1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa分级施加，每级压力维持5min，最高压力6MPa，约为最大静水头压力的1.3倍。第二种方法为中速法，每级压力维持30 min，第三种方法为慢速法，每级压力维持120min，压力分级同快速法。
三、岩体水利劈裂的相关原理
正确认识试验过程中得到的流量压力曲线所反映岩体物理力学本质，有助于更加清楚地理解岩体在高压水作用下岩体的稳定性和渗透性，从而才可能提出合适的渗透特性参数。为此，在分析高压压水试验结果前，先对岩体水力劈裂相关原理进行整理。
岩体在高压水作用下，存在一个使岩体产生大量漏水或渗透破坏的极限水力坡降(i0)，当实际水力坡降 i 大于 i0时，岩体将发生大量漏水甚至遭受渗透破坏。从岩体力学角度分析，对于裂隙岩体，高压水直接进入岩体裂隙中，只要内水压力高于岩体初始应力，裂隙就会发生扩张，从而产生水力劈裂。从地下水动力学的角度分析，高压水在有裂隙的岩体中运移时，总是要受到岩体的阻力作用，使作用水头大大衰减。但岩体的阻力作用是有一定限度的，当实际高压水渗透力大于岩体阻力时，岩体就要产生大量漏水或渗透破坏。综合以上理论我们可以得出这样的结论，岩体是否发生水力劈裂可以采用压力流量曲线中流量是否出现突增区间来判断，如存在流量突增区间，那么流量突增的起始点对应的水压力可以认为是岩体发生水力劈裂的临界压力。
四、试验成果及分析
高压渗透试验主要选择在有一定代表性的地段或条件稍差的地段，根据各孔段测试结果，就总体而言，可将之分为三类。
1、在岩石较完整的部位，原生裂隙胶结良好，裂隙闭合紧密，而且其附近的岩体结构完整，这种地质条件下的测试结果较好的代表着该裂隙的抗劈裂强度，即测段岩层的原地承载能力。这时测得的临界压力实际是该裂隙由其原始闭合状态到逐渐被张裂的临界压力，这一临界压力值就标志着裂隙岩层的原地承载能力。图1为河南南阳抽水蓄能电站高压渗透试验1#孔的P-Q曲线，从P-Q曲线上可以看出1#试验孔在1-6MPa下压水流量均较小且随压力的上升流量变化不明显。虽然压力增大，但流量并无显著增大，这说明，该处岩体临界压力大于6MPa，在6MPa压力之内不能发生劈裂或岩体裂隙变形张开在弹性变形范围内。
2、在裂隙较发育或断层部位，裂隙的胶结与闭合程度差，自身处于张裂状态。甚至原始状态下漏水，且测段附近岩体的结构亦不完整，裂隙较发育，串通性较强。这种情况下的临界压力只能说明该裂隙抗御水头作用的能力，是裂隙被击穿而进一步延展所需的压力。显然，这类岩体结构情况下的劈裂压力测试结果只能表明测试层段裂隙的原始性状发生了变化，只是将裂隙层面击穿并进而与其附近的软弱结构面串通起来。因此，这类岩层结构层段的测试结果不能用来确定裂隙岩层的原地承载能力，只能通过在不同岩体进行高压渗透试验分析该段岩体的原地承载能力。如12#试验孔布置在断层及节理密集带，在1-2MPa压力下流量为3L/ min-4L/min，当压力达到3MPa时流量跃增至10L/min，在4MPa压力时流量为12L/min，在5MPa压力下时流量从12L/min跃增至22L/min，在6MPa压力下流量为23L/min流量变化不大。从12#试验孔的P-Q曲线可以看出流量随压力的增大出现了二个突增区间，也可以说发生了二次水利劈裂现象，第一次劈裂压力在2-3MPa之间，第二次劈裂压力在4-5MPa之间，但是这二个临界压力只能表明裂隙被击穿而进一步延展所需的压力，并不能说明该段岩体的原地承载能力。压力在5-6Mpa时流量增幅不大，说明该部位岩体局部虽发生劈裂，但由于法向地应力的作用限制了其进一步的发展。由于裂隙受冲蚀所得到的临界压力小于法向地应力，这样我们只有通过在不同岩体进行高压渗透试验分析该段岩体的地应力情况。