抽水试验确定各向异性含水层参数的实例讨论

抽水试验确定各向异性含水层参数的实例讨论

刘 燕1

辛璐君1

郭建青1

齐学斌2

樊向阳

2

(1.长安大学环境科学与工程学院 西安市 710054 2.中国农业科学院农田灌溉研究所河南#新乡 453003)

提 要 在进行抽水试验时,多将含水层看作为均质各向同性的,而事实上也有可能是各向异性的含水层,从而得到的含水层参数值不真实。该文分别以描述均质各向同性与各向异性情况下的非稳定流问题的解析解为基础,在满足直线图解法适用条件的情况下,分析了3组实际抽水试验数据,计算了两种情况下的含水层参数。经讨论表明:1)如果将各向异性情况下的含水层按各向同性处理,由各个观测孔s -t 数据得到的弹性释水系数数值间会有较大的差别,据此提出了判断含水层是否为各向异性的初步方法;2)在利用直线图解法时,应当进行后检验,检查是否满足其适用条件。

关键词 含水层参数 各向异性 抽水试验数据 判别方法

Discussion of Determining Anisotropic Aquifer Parameters

by Pumping Tests Data

Liu Yan 1

Xin Lujun 1

Guo Jianqing 1

Qi Xuebin 2

Fan Xiangyang

2

(1.School of Environmental Science and Engineering,Chang c an University

2.Farmland Irrigation Research Institute,CAAS)

Abstract In order to estimate aquifer para meters by data of pumping tests,it is mostly assumed that the aqu-i fer is homogeneous and isotropic.However,in fact,the aquifer ma y be homogeneous anisotropic one which re -sulting in untrue values of aquifer parameters.Based on the analytical solutions which descript the problems of unsteady flow in the case of homogeneous isotropic and anisotropic and the applicable conditions of linear graphic method are met,3groups of practical pumping test data were analyzed and the aquifer para meters are calculated in both cases.The results after discussion show that,1)if the anisotropic aquifer is treated as isotro -pic one,there will be larger difference between the values of elastic releasing coefficient estimated from s -t data of different observation wells,and based on this,a method to determine whether the aquifer is isotropic or not is presented here;2)when the linear graphical method is applied,it is necessary to check whether the ap -plicable conditions of linear graphical method are met or not after first estimation of aquifer para meters.Keywords aquifer parameters;anisotropy;pumping tests data;discrimination method

基金项目:国家863计划课题/污灌农田及退化土壤修复关键技术0(2012AA101404-12)

作者简介:刘燕(1989-)女,硕士研究生,主要从事水文学及水资源方面的研究。

收稿日期:2012-08-11

1 引言

分析抽水试验数据是确定含水层参数的最主要

的途径之一。可以知道,由冲洪积而形成的含水层的导水性能大多都表现出明显的方向性,在与水流

一致的方向上,其导水性明显大于垂直水流方向。也就是说,这种含水层的导水性能表现出了各向异

性特征。例如,山前冲洪积扇和河口三角洲地貌条件的含水层多具有这种特征。然而,在实际进行抽水试验,确定含水层参数的过程中,人们多将其按各向同性含水层的情况进行处理。显然,这样得到的

含水层参数不能够反应含水层的实际的导水和释水性能,进而影响到了地下水资源评价的计算结果的精度。为了解决这个问题,许多学者在利用抽水试验,确定各向异性含水层参数方面开展过较多的研究工作。Hantush 给出了有越流补给条件下,径向各向异性含水层中非完整井流三维问题的数学模型及相应的计算公式[1]

;Papadopulos 推导出了径向各向异性主值K r 与两个水平方向主渗透系数K x 、K y 大小和方向的关系式[2]。之后,Way 基于Hantush 和Papadopulos 的研究成果,提出了通过现场抽水试验确定径向各向异性渗透系数主值(K r 、K z 和K x 、K y )的方法,Neuman 利用张量分析的方法推导出了平面各向异性渗透系数主值和主方向的解析公式[3]

。国内学者在这一问题上也开展了不少的研究工作,周志芳等人提出一种基于抽水试验资料,应用图解法和优化算法相结合的半解析方法确定满足Theis 假定的二维井流问题中岩体渗透系数张量及渗透主值的方向[4]

,在此基础上,他又推导出了有越流情况下,任意各向异性含水层中地下水三维井流问题的计算公式,并同样应用图解法和优化算法相结合的方法确定含水层渗透系数张量及渗透主值的方向[5]

。然而,目前的研究工作多集中在理论与计算方法的层面上,而在实际应用方面开展的研究工作较少。鉴于此,本文以Neuman 的解析公式和各向同性情况下的泰斯公式为基础,就目前收集到的三组实际抽水试验数据,分别按各向同性和各向异性的方法进行参数计算,并对计算过程中出现的某些现象和结果进行讨论,据此,对在实际应用中可能出现的问题提出相应的建议。

2 基本公式

设在无限延伸的承压含水层中,以定流量Q 进行抽水,如果初始水头水平,则在含水层中任一点处的水头降深随时间t 的变化过程可用如下形式的各向异性解析表达式描述[6]

:

s =Q 4P T e W (u xy )

(1)

式中,s 水头降深,m;Q 抽水井中的抽水流量,m 3

P s;T e 可以定义为含水层的等效导水系数,m 2

P s,其表达式为:

T e =

T xx T yy -T

2

xy

(2)

其中,T xx 、T yy 和T xy 为导水系数当地坐标系的张量分

量,m 2

P s;x 、y 为当地坐标系的坐标分量,m;W (u xy )

为与泰斯公式形式相同的井函数,其中无量纲时间为:

u xy =L 4t T xx y 2

+T yy x 2

-2T xy xy T 2

e

(3)

对于当地坐标系中的第j 个观测孔,对应的位置坐标为(x j ,y j ),相应的无量纲时间,即式(3)可以改写为:

u j =

L 4tT 2

e

T xx y 2

j +T yy x 2j -2T xy x j y j ,j =1,2,3, (4)

另一方面,在全局坐标系中,导水系数张量的分量分别为:

T X =1

2T xx +T yy +(T xx -T yy )2+4T 2

xy (5)T Y =

12T xx +T yy -(T xx -T yy )2+4T 2

xy (6)

而当地坐标系的x 轴与全局坐标系X 轴间的夹角

为:

H =arctan

T X -T xy

T xy

(7)

式中,X 和Y 为导水系数张量的全局坐标,m 。在全局坐标系中,各向异性条件下的水头降深计算公式可以写为:

s =Q

4P T X T Y

W (u XY )

(8)其中

u XY

=L 4t T X Y 2

+T Y X 2

T X T Y

(9)

一般情况下,人们预先并不知道局部坐标轴与

全局坐标轴间的夹角值。也就是说,在进行抽水试验后,可以利用3个不在一条观测线上的观察孔中的降深)时间数据,确定出局部坐标系中的导水系数张量分量T xx 、T yy 和T xy 值,然后利用式(5)和式(6)计算出全局坐标系中的导水系数张量分量T X 和T Y 的值,并利用式(7)计算出两个坐标系间的夹角,即可以确定出最大导水系数和最小导水系数的方向。传统的标准曲线配线法可以用于确定局部坐标系下的导水系数张量分量。在此,我们介绍类似于雅可

比直线图解法的计算公式。即在无量纲时间u <0101条件下,式(1)可以简化为:s =21303Q 4P T e lg

2125t

L

T 2

e

T xx y 2+T yy x 2-2T xy xy

(10)显然,在s -lg t 半对数坐标系中,式(10)为一条直线方程。该直线斜率为:

m j =21303Q

4P T e

(11)

由此能够得到计算等效导水系数的公式为:

T e,j=21303Q

4P m j

,j=1,2,3,(12)

该直线与横坐标轴的交点坐标为:

t0,j=

L

2.25T2e

T xx y2j+T yy x2j-2T xy x j y j,

j=1,2,3,,(13)

式(13)显然为三元一次方程组,联立求解这个方程组,就可以求出(L T xx),(L T yy)和(L T xy)的值,然后就能够利用下式计算含水层的弹性释水系数L:

L=(L T xx)(L T yy)-(L T xy)2P T e(14)在计算出L值后,就可分别利用(L T xx),(L T yy)和(L T xy)的值计算T xx、T yy和T xy的值,再分别利用式(5)和式(6)计算全局坐标系中的T X和T Y的值,最后利用式(7)计算两个坐标系间的夹角H值。

3实际算例

算例1。本算例引自文献[6]。以抽水井所在位置为坐标原点,x轴正向为正东方向,y轴正向为正北方向。假定渗透主值与全局坐标不一致,在全局某正交各向异性含水层中,有一完整井以定流量Q=0101257m3P s进行非稳定流抽水试验,坐标系中有3个观测孔OW1、OW2和OW3,它们的位置坐标分别为(2813,0)、(910,3315)和(-1913,-512)。当抽水井以定流量非稳定流抽水后,在3个观测孔中观测到的地下水降深随时间变化的实测数据,如表1所示。

表1观测孔时间与降深数据(算例1)

时间t P min

降深s P m

OW1OW2OW3

0.50.3350.1530.492

10.5910.3430.762

20.9110.611 1.089

3 1.0820.762 1.284

4 1.2150.911 1.419

6 1.405 1.089 1.609

8 1.549 1.225 1.757

10 1.653 1.329 1.853

15 1.853 1.531 2.071

续表1观测孔时间与降深数据(算例1)时间t P min

降深s P m

O W1OW2OW3

20 2.019 1.677 2.210

30 2.203 1.853 2.416

40 2.344 2.019 2.555

50 2.450 2.123 2.670

60 2.541 2.210 2.750

90 2.750 2.416 2.963

120 2.901 2.555 3.118

150 2.998 2.670 3.218

180 3.075 2.750 3.310

240 3.235 2.901 3.455

300 3.351 2.998 3.565

360 3.438 3.118 3.649

480 3.587 3.247 3.802

720 3.784 3.455 3.996

算例2。本算例引自文献[4]。假定渗透主值与全局坐标不一致,在全局某正交各向异性含水层中,有一完整井以定流量Q=400m3P d进行非稳定流抽水试验,坐标系中有3个观测孔OW1、OW2和OW3,它们分别位于(-5,10)、(5,10)和(15,15)3点。3个观测孔在抽水过程中的地下水降深随时间变数据可见文献[4]。

算例3。本算例也引自文献[4]。在某正交各向异性含水层中,有一完整井以定流量Q=400m3P d 进行非稳定流抽水试验。设坐标原点位于抽水井轴上,x轴正向指向正东,y轴正向指向正北,且渗透主方向与坐标轴方向一致,在全局坐标系中的两点(10,5)和(5,10)设有观测孔OW1和OW2。当抽水井以定流量非稳定流抽水后,两观测孔中的地下水降深随时间的变化数据,可见文献[4]。

4结果讨论

为了便于说明问题,对于以上3个算例,在按前面介绍的各向异性理论与方法进行含水层参数计算的同时,也按传统的各向同性的理论与方法,即利用泰斯公式的简化公式雅可比直线图解法进行了计算[7],计算结果,见表2。

表2含水层参数计算结果汇总

含水层参数

T X

P(m2#s-1)

T Y

P(m2#s-1)

T xx

P(m2#s-1)

T yy

P(m2#s-1)

T xy

P(m2#s-1)

T e

P(m2#s-1)

L

各向异性 4.512@10-30.906@10-3 2.609@10-3 2.809@10-3-1.80@10-3 2.023@10-30.860@10-4

算例1

各向同性 2.020@10-3 2.020@10-3 2.020@10-3 2.020@10-3 2.020@10-3 2.020@10-3OW1

OW2

OW3

1.975@10-6

2.519@10-6

2.622@10-6

各向异性0.0109 2.609@10-38.776@10-3 4.74@10-3-3.625@10-35.332@10-4 5.645@10-4

算例2

各向同性0.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-3OW1

OW2

OW3

0.536@10-3

1.148@10-3

1.096@10-3

各向异性 1.064@10-3 2.672@10-4 1.064@10-3 2.672@10-40 5.329@10-4 5.781@10-4

算例3

各向同性0.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-30.533@10-3OW1

OW2

0.458@10-3

0.98@10-3

411各向异性的判断

从表2中可以看出,如果按各向同性情况进行含水层参数计算,计算得到各个观测孔的弹性释水系数值差异较大,而导水系数值是相等的;而按各向异性的情况进行计算,则各个观测孔的弹性释水系数也是相等的。那么,究竟哪种情况更为符合含水层的实际情况呢?为了回答这个问题,利用两种情况下得到的含水层参数计算了相应各孔的水头降深,计算结果见图1和图2。由图1可以看出,按各向异性情况下的含水层参数进行计算,各个观测孔的计算降深值与观测值吻合非常良好。而按各向同性含水层情况进行计算,计算结果如图2所示,计算降深值与实际观测值差别非常大,可以说降深的计算结果基本完全/失真0。如果利用e r表示在各向同性情况下计算的弹性释水系数与各向异性情况下的弹性释水系数间的相对误差,其值的大小就可以用来反映弹性释水系数计算结果的失真程度,以算例1为例进行计算可得,e r1=971703%,e r2= 971071%,e r3=961951%。由此可见,如果将各向异性含水层按各向同性处理,弹性释水系数的失真程度相当高。这个现象表明,对于具有多个观测孔情况下的抽水试验而言,如果由各孔得到的含水层导水系数数值基本相等,而弹性释水系数数值相差较大时,就应结合含水层的形成条件,考虑是否属于导水性能为各向异性的情况,进而进行进一步的验算,以判明含水层是否属于各向异性的情况。在具有足够多个观测孔的情况下,就可以绘制等水头线,如果其形状呈现为以抽水主井为圆心的椭圆,则可以明确断定含水层为各向异性的;在观测孔较少而不足以绘制等水头线的情况下,可以利用计算所得的含

水层参数计算观测孔中的水头降深,检查其与观测值是否吻合,从而做出进一步的判断。

图1按各向异性理论在计算降深和实测降深

随时间变化过程

图2按各向同性理论在计算降深和实测降深

随时间变化过程

对于另外两个算例计算结果的分析,可以得到相同的认识。

412直线图解法适用条件的后检验

雅可比直线图解法计算过程比较简便,分析抽水试验资料,是确定含水层参数最为常用的方法之一。但是,在应用这一方法时应当注意其适用条件是否得到满足。如果其适用条件没有得到满足,计算结果就会存在误差。在建立这一方法时,要求的适用条件是u<0101。但是,在实际应用过程中,这一条件往往有可能被忽略。图3为没有考虑直线图

解法的适用条件,由算例1的全部降深-时间数据确定的含水层参数而计算得到的水头降深随时间的变化过程;图1为考虑了适用条件,在确定出含水层的参数之后进行了检验,剔除了不满足使用条件的降深-时间数据,据此得到的含水层参数而计算的

降深随时间的变化过程。

图3 未考虑简化条件是否满足时的计算

降深与实测降深拟合结果

比较图1和图3,显然,考虑了雅可比直线图解法适用条件而得到的含水层参数,更能真实地反映含水层的实际情况。另一方面,可以利用计算降深

与观测降深的离差平方和的均值SS 反映含水层参数的可靠程度。以算例1为例,在没有考虑雅可比直线图解法适用条件的情况下,即利用由全部降深-时间数据计算含水层参数,由此得到3个观测孔的SS 分别为:SS 1=0100151、SS 2=0100489和SS 3=0100072,而在剔除掉不满足直线图解法简化条件的降深-时间数据后,得到的3个观测孔的计算降深和实际降深的离差平方和的均值分别为:SS 1=914135@10-5

,SS 2=0100034,SS 3=0100018。显然,剔除不符合条件的降深-时间数据后,可以明显地提高含水层参数计算结果的精度。因此,建议在实际工作中,当利用直线图解法进行含水层参数计算结束后,要对适用条件u <0101是否得到满足进行

后检验,如果部分降深-时间数据不满足这个条件,则应将其剔除,重新计算含水层的参数,以确保计算结果的可靠性。

5 结束语

文中通过对3个抽水试验资料的分析,确定含水层参数的实际算例的计算和对结果的分析讨论,首先,提出了判断含水层是否属于导水性能各向异性的初步方法。如果由各孔得到的含水层导水系数数值基本相等,而弹性释水系数数值相差较大时,就应结合含水层的形成条件,考虑是否属于导水性能为各向异性的情况;其次,说明了利用直线图解法进行计算时,在确定出含水层的参数之后,应进行u <0101的条件是否得到满足的后检验,如有不满足使用条件的降深)时间数据,则应将其剔除重新进行计算,以提高含水层参数计算结果的可靠性。

参考文献

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7 陈崇希,林敏.地下水动力学.武汉:中国地质大学出版社,1999.70~122

实验五__岩石单轴压缩实验

实验五岩石单轴压缩实验 一.实验目的 岩石单轴压缩是指岩石在单轴压缩条件下的强度、变形和破坏特征。通过该实验掌握岩石单轴压缩实验方法，学会岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的计算方法；了解岩石单轴压缩过程的变形特征和破坏类型。 二.实验设备、仪器和材料 1.钻石机、锯石机、磨石机； 2.游标卡尺，精度0.02mm； 3.直角尺、水平检测台、百分表及百分表架； 4.YE-600型液压材料试验机； 5.JN-16型静态电阻应变仪； 6.电阻应变片（BX-120型）； 7.胶结剂，清洁剂，脱脂棉，测试导线等。 三.试样的规格、加工精度、数量及含水状态 1. 试样规格：采用直径为50 mm，高为100 mm的标准圆柱体，对于一些裂隙比较发育的试样，可采用50 mm×50 mm×100 mm的立方体，由于岩石松软不能制取标准试样时，可采用非标准试样，需在实验结果加以说明。 2. 加工精度： a 平行度：试样两端面的平行度偏差不得大于0.1mm。检测方法如图5-1所示，将试样放在水平检测台上，调整百分表的位置，使百分表触头紧贴试样表面，然后水平移动试样百分表指针的摆动幅度小于10格。 b 直径偏差：试样两端的直径偏差不得大于0.2 mm，用游标卡尺检查。 c 轴向偏差：试样的两端面应垂直于试样轴线。检测方法如图5-2所示，将试样放在水平检测台上，用直角尺紧贴试样垂直边，转动试样两者之间无明显

缝隙。 3.试样数量： 每种状态下试样的数量一般不少于3个。 4.含水状态：采用自然状态，即试样制成后放在底部有水的干燥器内1～2 d ，以保持一定的湿度，但试样不得接触水面。 四.电阻应变片的粘贴 1.阻值检查：要求电阻丝平直，间距均匀，无黄斑，电阻值一般选用120欧姆，测量片和补偿片的电阻差值不超过0.5Ω。 2.位置确定：纵向、横向电阻应变片粘贴在试样中部，纵向、横向应变片排列采用“┫”形，尽可能避开裂隙，节理等弱面。 3.粘贴工艺：试样表面清洗处理→涂胶→贴电阻应变片→固化处理→焊接导线→防潮处理。 五.实验步骤 1. 测定前核对岩石名称和试样编号，并对岩石试样的颜色、颗粒、层理、 裂隙、风化程度、含水状态等进行描述。 2. 检查试样加工精度。并测量试样尺寸，一般在试样中部两个互相垂直方向测量直径计算平均值。 3. 电阻应变仪接通电源并预热数分钟后, 连接测试导线，接线方式采用公 1—百分表 2-百分表架 3-试样 4水平检测台 图5-1 试样平行度检测示意图 1—直角尺 2-试样 3- 水平检测台 图5-2 试样轴向偏差度检测示意图 图5-3 电阻应变片粘贴

含水层厚度的确定

创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者：凤呜大王* 布含水层厚度的确定 一、松散含水层厚度 第四系含水层的含水性比较均匀，其厚度根据地下水位、钻孔所揭露的松散岩层的颗粒组成以及岩性结构等，直接按钻孔揭露情况的编录资料来确定。 二、基岩含水层厚度 含水不均匀的基岩裂隙和岩溶含水层，其厚度的确定，一般是根据钻孔揭露的岩层裂隙、岩溶发育情况。钻孔需易水文地质观测和物探资料，以及必要时依据水文地质分层试验等资科结合成因和分布规律等，经综合分析研究确定。 （1）用简易水文地质观测、电测井及岩心水文地质编录资料，进行综合整理。按勘探剖面编制简易水文地质、电测井成果综合对比图。图中要包括以下内容：各钻孔揭露的地层、岩性及换层深度或标高； 岩心采取率、冲洗液消耗量、岩石质量指标（即SQD指标）及电测井成果曲线； 岩心的线裂隙率、级岩溶率和较大溶洞的起止深度或标高； 钻孔水位观测成果曲线和水位发生突变、涌水、漏水段的起止深度或标高等。 综合研究分析上述成果，编制裂隙或岩溶含水层的富水性分带图，在此基础上确定裂隙或岩溶含水层的强、弱含水带的厚度。 （2）按裂隙或溶洞发育程度确定，一般采用如下指标衡量： 直线裂隙率小于3%的闭合状裂隙带，或虽然裂隙率大于3%但裂隙已被其它矿物如方解石、石英脉等所充填的裂隙带，均可视为相对隔水层。裂隙率大于3%以上的张性裂隙带，则可视为裂隙含水层。 溶洞发育程度，可采用岩溶率或岩溶能见率两个指标来衡量： 可用作图法编制矿区范围内岩溶率随深度的变化曲线或用反映溶洞发育与各种因索关系的溶洞投影图。从图上确定出岩溶率高、能见率也高的岩段为强含水带，次高岩段为弱含水带。

几种含水层弥散参数求解方法的对比研究——以喀什地区为例

Abstract The Kashi region is a typical water-quality water-deficient area where lacks fresh water resources, and high-sulfuric acid is enriched in some areas. Urban development requires large amounts of water. However, blindly exploiting underground freshwater resources is likely to lead to the invasion of high-sulfuric acid water. To properly develop freshwater resources and prevent the invasion of high-sulfuric acid water and correctly evaluate the groundwater mining threshold, we must study the laws of high-sulfate migration in aquifer media. Therefore, it is imperative to establish a reliable solute transport model in the study area, and the dispersion parameters are the key to this model. So far, many experts and scholars have done a lot of research on dispersion parameters, but most of the research focuses on indoor experiments, and few scholars combine the field and laboratory scales to carry out research. In particular, there is a lack of comparative studies on different methods of dispersion parameter calculation. Therefore, this paper takes the study of groundwater aquifer dispersion parameters in the delta region of Kashi as an example, summarizes domestic and foreign research results, collects existing hydrogeological data, and conducts in-situ hydrodynamic dispersion tests and indoor dispersion tests to study the effect of dispersion parameter calculation results. The influencing factors affecting the calculation results of dispersion parameters were studied and the similarities and differences between the three diffusion parameter calculation methods to obtain the dispersion parameters results were compared and analyzed. The calculation method applied to the Kashi area to obtain the dispersion parameters was determined, and the media dispersion parameters of the aquifer in the study area were determined accurately. The understanding is as follows, (1) This study shows that when the field test observation time exceeds 200 hours and the seepage distance is less than 3m, the linear graphic method is the best method for calculating the dispersion coefficient of the aquifer in Kashi region. The reliability is relatively high because the calculation result is close to the indoor test result which is in line with the actual situation in the study area. This method obtains

岩石常三轴试验中应变测量技术样本

岩石常规三轴试验中位移和应变测量技术 哑咣嘿

1 岩石常规三轴试验 随着现代化经济进程, 基础设施的完善, 工程建筑的兴盛、新型材料的应用、地质灾害频发、环境保护的倡导。三轴试验已经广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域。在众多的三轴试验当中, 常规三轴压缩试验是最为基础也是应用最为广泛的试验。特别在岩土工程领域, 岩石三轴试验承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护等与岩石品质密切相关的科学研究和工程应用的重任。 1.1 常规三轴压缩试验 三轴压缩试验一般分为常规三轴压缩试验( 又称假三轴压缩试验) 和真三轴压缩试验, 其中前者的试样处于等侧向压力的状态下, 而后者的试样处于三个主应力都不相等的应力组合状态下。一般情况下岩石所处环境中水平方向压力相当, 只有竖直方向上存在较大差异, 本文所讨论的是常规三轴压缩试验。 常规三轴试验用圆柱或棱柱试件进行测试, 试件放在试验舱中轴线处, 一般使用油实现对试件侧向压力的施加, 用橡胶套将试件与油隔开。轴向应力由穿过三轴室顶部衬套的活塞经过淬火钢制端面帽盖施加于试件之上。经过贴在试件表面的电阻应变片能够测量局部的轴向应变和环向应变[1]。 根据《工程岩体试验方法标准》[2]中的三轴压缩试验为强度

试验。由不同侧压条件下的试件轴向破坏荷载计算不同侧压条件下的最大主应力, 并根据最大主应力及相应施加的侧向压力, 在坐标图上绘制莫尔应力圆; 应根据莫尔—库仑强度准则确定岩石在三向应力状态下的抗剪强度参数, 应包括摩擦系数和粘聚力c值。 试验机的发展由早期简单的篮子盛有重物加载到杠杆系统加载再到液压加载, 经历了近5 个世纪。20 世纪30 年代到60 年代, 人们在为增加压力机的刚度而努力, 直到出现了液压伺服技术, 并结合提高试验机的刚度才形成了能够绘制材料全应力-应变曲线较为成熟的技术[3]。 1.2 液压三轴试验机

含水层富水性的等级标准

含水层富水性的等级标准 按钻孔单位涌水量（q ），含水层富水性[注]分为以下4级： 1.弱富水性：q ≤0.1 L/(s ·m)； 2.中等富水性：0.1 L/(s ·m)＜q ≤1.0 L/(s ·m)； 3.强富水性：1.0 L/(s ·m)＜q ≤5.0 L/(s ·m)； 4.极强富水性：q ＞ 5.0 L/(s ·m)。 注：评价含水层的富水性，钻孔单位涌水量以口径91 mm 、抽水水位降深10 m 为准；若口径、降深与上述不符时，应当进行换算后再比较富水性。换算方法：先根据抽水时涌水量Q 和降深S 的数据，用最小二乘法或图解法确定)(S f Q =曲线，根据Q -S 曲线确定降深10 m 时抽水孔的涌水量，再用下面的公式计算孔径为91 mm 时的涌水量，最后除以10 m 便是单位涌水量。 ???? ? ?--=919191lg lg lg lg r R r R Q Q 孔孔孔 式中 91Q ，91R ，91r --孔径为91 mm 的钻孔的涌水量、影 响半径和钻孔半径； 孔Q ，孔R ，r 孔--孔径为r 的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。

附录三防隔水煤（岩）柱的尺寸要求 一、煤层露头防隔水煤(岩)柱的留设 煤层露头防隔水煤（岩）柱的留设，按下列公式计算： 1.煤层露头无覆盖或被黏土类微透水松散层覆盖时： H f=H k+H b (3-1) 2.煤层露头被松散富水性强的含水层覆盖时（图3-1）： H f=H L+H b (3-2) 式中H f--防隔水煤（岩）柱高度，m； H k--采后垮落带高度，m； H L--导水裂缝带最大高度，m； H b--保护层厚度，m； α--煤层倾角，（°）。 根据式(3-1)、式(3-2)计算的值，不得小于20 m。式中H k、H L的计算，参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的相关规定。

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究

潜水——微承压含水层给水参数确定方法的研究 陈庆秋 （华南理工大学南方水政策研究中心） 摘要：基于考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的解析解, 讨论了布尔顿给水强度公式中给水度的物理内涵，指出布尔顿给水强度公式中的给水度是“动态稳定给水度”；探讨了布尔顿潜水井流模型中延迟指数的物理意义，得出了如下猜想性的定义：布尔顿延迟指数1/α表征潜水含水层在完整单井定流量抽水时，重力疏干迟后性的一个水文地质参数；对于确定的含水层，该参数是抽水流量和抽水时间函数，当抽水流量一定时，在抽水过程中的某一时刻t 的1/α 值等于潜水面从埋深为h(t ’)外下降一个单位深度后，在埋深为h(t ’)－1［h(t)坐标向下为正］的单位面积上获得给水度μ大小的水量所需。该文在探讨了布尔顿给水强度公式中的给水度及延迟指数的物理意义后，还提出了一种考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法。考虑到所提出的潜水——微承压含水层完整单井非稳定流参数的确定方法借鉴布尔顿的第二潜水井模型的参数确定方法，该文还讨论了布尔顿潜水井流模型适应性。 关键词：潜水——微承压含水层；含水层参数；方法 1 考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层 完整单井非稳定流参数确定方法的理论基础 1.1考虑潜水层重力释水滞后作用条件下潜水——微承压含水层完整单井非稳定流的数学描述 潜水层： ?? ? ? ???==??+??=-===--?0201010)(1 11*11210z z t t t s s s d e s t s b s s K τταμμτα

含水层与机井

jingguan 井灌 well irrigation 从水井中汲取地下水以浇灌作物的灌溉方式。是合理利用地下水、补充地面水不足的重要措施，大多应用于干旱、半干旱地区。地面水较多的渠灌区也可发展井灌，实行井灌与渠灌相结合。在低洼易涝易碱地区，井灌可降低地下水位，以防治土壤盐渍化、沼泽化。在中国北方，发展井灌能充分利用降雨和径流，以减少水量损失，扩大水源。井灌系统渠系短、输水时间短，输水损失小，灌溉效益高，能适时适量给作物供水。地下水也是发展喷、滴、渗灌较好的水源，水质洁净，不堵塞管道孔眼。但井灌需消耗较多的能量和使用较多的机电设备。 概况在中国浙江省余姚河姆渡遗址第二文化层有木结构水井，是已发现的最原始的水井，距今约5700余年。春秋时期已用桔槔提取地下水灌溉园。在战国遗址中也曾发现用于农田灌溉的水井，瓦圈水井就是当时打井技术进步的一个标志。唐代开始应用水车提取井水。明代徐光启在《农政全书》的《旱田用水疏》中，根据不同的砌护材料将水井分为石井、砖井、苇井、竹井和木井等，并明确提出井以深、大为佳。20世纪50年代初期，研制成的解放式水车，在华北平原广为普及，推动了井灌事业的发展。60年代大锅锥的研制成功，为在砂类地层进行人工快速打井提供了工具。70年代，又根据转盘钻机冲洗原理发展而成为水冲钻，提高了钻进速度，减轻了劳动强度。深井灌区还广泛采用各种钻机如冲击式钻机、回转式钻机、转盘回转钻机和立轴回转钻机等。现代化探测技术，如电测井、钻孔照相及井下电视等在钻孔中也已开始应用，以获取重要的水文地质资料。辐射井成井工艺的研究和推广，为在含水层水平导水差的黄土或其他类型地层的地区开采地下水创造了条件。 井型选择井型按开采含水层的程度可分为完整井和非完整井两大类。前者是井筒穿过取水的一个或几个含水层的整个厚度，井底直接承托在不透水层上，水由井壁进入井筒；后者是井筒没有穿透最下含水层的整个厚度,水可由井底、井壁进入井筒(图1[井型示 意])。应根据水文地质条件、打井机械、提水机具等因素选择井型。一般情况下多用完整井，以取得较多水量，其井底座落在隔水层上也较为稳定。但深层取水，或含水层厚度较大时，也可采用非完整井。 水井按结构主要可分为下列几种。 筒井又称大口井。其直径大于0.5米，一般0.7～2米。井壁可用砖石砌护或下混凝土管，取水部分采用滤水井壁，也可由井底进水。非完整井为防止泥沙入井，在井底须设置滤水层（图2[筒

含水层厚度的确定

布含水层厚度的确定 一、松散含水层厚度 第四系含水层的含水性比较均匀，其厚度根据地下水位、钻孔所揭露的松散岩层的颗粒组成以及岩性结构等，直接按钻孔揭露情况的编录资料来确定。 二、基岩含水层厚度 含水不均匀的基岩裂隙和岩溶含水层，其厚度的确定，一般是根据钻孔揭露的岩层裂隙、岩溶发育情况。钻孔需易水文地质观测和物探资料，以及必要时依据水文地质分层试验等资科结合成因和分布规律等，经综合分析研究确定。 （1）用简易水文地质观测、电测井及岩心水文地质编录资料，进行综合整理。按勘探剖面编制简易水文地质、电测井成果综合对比图。图中要包括以下内容： 各钻孔揭露的地层、岩性及换层深度或标高； 岩心采取率、冲洗液消耗量、岩石质量指标（即SQD指标）及电测井成果曲线； 岩心的线裂隙率、级岩溶率和较大溶洞的起止深度或标高； 钻孔水位观测成果曲线和水位发生突变、涌水、漏水段的起止深度或标高等。 综合研究分析上述成果，编制裂隙或岩溶含水层的富水性分带图，在此基础上确定裂隙或岩溶含水层的强、弱含水带的厚度。 （2）按裂隙或溶洞发育程度确定，一般采用如下指标衡量： 直线裂隙率小于3%的闭合状裂隙带，或虽然裂隙率大于3%但裂隙已被其它矿物如方解石、石英脉等所充填的裂隙带，均可视为相对隔水层。裂隙率大于3%以上的张性裂隙带，则可视为裂隙含水层。 溶洞发育程度，可采用岩溶率或岩溶能见率两个指标来衡量： 可用作图法编制矿区范围内岩溶率随深度的变化曲线或用反映溶洞发育与各种因索关系的溶洞投影图。从图上确定出岩溶率高、能见率也高的岩段为强含水带，次高岩段为弱含水带。 （3）进行过钻孔简易分段注（压）水试验的矿区，可用下列指标划分含水带： 单位吸水率q＞0.001L/s.m为含水带；q＜0.001L/s.m时可认为是相对隔水层。 （4）根据上述资料，结合研究矿区的风化裂隙、构造裂隙或破碎带、岩溶发育的基本规律，可以划分出比较可靠的含水层厚度。对于各钻孔含水带厚度变化很大，又难于形成统一含水层的情况，可很据各钻孔强弱含水带所控制的面积，取其面积加权平均值，分别定出强、弱含水层的厚度。

含水层厚度的确定

布含水层厚度得确定 一、松散含水层厚度 第四系含水层得含水性比较均匀,其厚度根据地下水位、钻孔所揭露得松散岩层得颗粒组成以及岩性结构等,直接按钻孔揭露情况得编录资料来确定。 二、基岩含水层厚度 含水不均匀得基岩裂隙与岩溶含水层,其厚度得确定,一般就是根据钻孔揭露得岩层裂隙、岩溶发育情况、钻孔需易水文地质观测与物探资料,以及必要时依据水文地质分层试验等资科结合成因与分布规律等,经综合分析研究确定。 (1)用简易水文地质观测、电测井及岩心水文地质编录资料,进行综合整理、按勘探剖面编制简易水文地质、电测井成果综合对比图。图中要包括以下内容: 各钻孔揭露得地层、岩性及换层深度或标高; 岩心采取率、冲洗液消耗量、岩石质量指标(即ＳＱD指标)及电测井成果曲线; 岩心得线裂隙率、级岩溶率与较大溶洞得起止深度或标高; 钻孔水位观测成果曲线与水位发生突变、涌水、漏水段得起止深度或标高等。 综合研究分析上述成果,编制裂隙或岩溶含水层得富水性分带图,在此基础上确定裂隙或岩溶含水层得强、弱含水带得厚度。 (２)按裂隙或溶洞发育程度确定,一般采用如下指标衡量: 直线裂隙率小于3%得闭合状裂隙带,或虽然裂隙率大于3%但裂隙已被其它矿物如方解石、石英脉等所充填得裂隙带,均可视为相对隔水层、裂隙率大于3％以上得张性裂隙带,则可视为裂隙含水层。 溶洞发育程度,可采用岩溶率或岩溶能见率两个指标来衡量: 可用作图法编制矿区范围内岩溶率随深度得变化曲线或用反映溶洞发育与各种因索关系得溶洞投影图。从图上确定出岩溶率高、能见率也高得岩段为强含水带,次高岩段为弱含水带。 (3)进行过钻孔简易分段注(压)水试验得矿区,可用下列指标划分含水带: 单位吸水率q〉0、０01L/s。m为含水带;ｑ〈0.001Ｌ/s.ｍ时可认为就是相对隔水层。 (4)根据上述资料,结合研究矿区得风化裂隙、构造裂隙或破碎带、岩溶发育得基本规律,可以划分出比较可靠得含水层厚度、对于各钻孔含水带厚度变化很大,又难于形成统一含水层得情况,可很据各钻孔强弱含水带所控制得面积,取其面积加权平均值,分别定出强、弱含水

岩石三轴强度实验细则

试验五岩石三轴剪切强度试验 （一）目的与意义 测定在有限侧压条件下，岩石根据强度及变形特征，并借助三轴实验，结合抗拉，抗压实验结果，确定岩石的极限应力圆包络线（强度包络线）。 （二）定义是指岩石在三向应力作用下，抵抗破坏的能力。 岩石三轴试验是将岩石样品放在三向应力状态下的压力室内，测其强度和变形，通过试验可确定岩石的强度包络线，并计算出内聚力c 和内摩擦系数。 （三）基本原理 岩石室内三轴实验是在三向应力状态下测定和研究岩石试件强度及变形特征的一种室内实验。本实验是在13δδδ<=条件下进行的，即为常规三轴实验。 （一）设备与材料 1． 实验设备：（1）岩石三轴应力实验机；（2）压力室；（3）油泵； （4）岩石钻样机；（5）岩石切样机；（6）岩石磨平机 2． 实验材料：（1）液压油；（2）游标卡尺；（3）乳胶膜；（4）三角尺； （5）量角器；（6）活扳子；（7）螺丝刀；（8）记号笔； （9）钳子；（10）记录纸；（11）标准岩石样品50×100mm ； （12）胶布；（13）电笔。 三轴试验：1、真三轴：1σ>2σ>3σ; 2、假三轴（常规三轴）：1σ>2σ＝3σ，等围压。 岩石三轴试验机是在普通压力机上装配成符合技术要求的三轴压力室，压力室必需有保持侧压力稳定的稳压装置。 （二）试验步骤 岩石三轴试验机是在普通压力机上装配成符合技术要求的三轴压力室，压力室必须有保持侧压力稳定的稳压装置。 1．三轴试验样品数量不少于5块，不同围压1块； 加工精度，测量试件尺寸： 1）尺寸：（1）圆柱体试件直径Φ48~54mm ，高100mm ；

（2）试件直径与高度，或边长之比为1：2.00~2.50。 2）精度：（1）、两端面的平行度最大误差不超过0.05mm ； （2）、在试件整个高度上，直径误差不超过0.3mm ； （3）、端面应垂直试件轴，最大偏差不超过0.25度。 2 ．测量好试件尺寸后，用耐油橡胶或乳胶质保护套，能有效防止油液与样品接触。然后放入压力室内，打开排气阀，盖上压帽，拧紧，向压力室注油，直至油液达到预定位置。排静压力室空气，关闭排气阀。（如在三轴条件下测其变形，同试验二变形试验）。 3．侧压力（围压）的选择，应考虑下列条件： ①最小侧压力的选择，应根据工程实际情况，并考虑测向压力装置的精度； ②选定的侧压力需使求出的莫尔包络线能明显的反映出所需要的应力区间； ③适当照顾包络线的各个阶段。 我们选择侧压力5、10、15、20、25MPa 。 4．试验开始，以每秒0.05MPa 的加荷速率施加侧向压力和轴向压力，待到加至预定压力值时，使其保持稳定，然后再以每秒0.8－1.0MPa 的加荷速率施加轴向荷载，直至试件破坏，记录破坏时的最大轴向荷载及侧向压力值。 5．试验结束后，取出试样进行描述，量出最大主应力作用面和破坏面之间的夹角。 （六）资料整理： 目前国内外对于三轴试验成果整理的方法不太统一，国际岩石力学学会和现场标准化委员会在岩石力学试验建议方法中曾对资料整理作出规定。考虑到和国际标准化的一致性，采用国际岩石力学学会的建议方法，用下列方法整理资料： 1、按下式计算不同侧向压力下的轴向应力：A P = 1σ×10 （5-1） 式中：1σ——不同侧压力下的应力值 MPa ； P ——破坏时的最大轴向荷载 N 或kN ； A ——试件横截面积 cm 2。 2、根据轴向应力1σ和侧向应力3σ求出岩石的φ,c 值，以)(2 131σσ-为纵坐

高温高压岩石三轴压力试验平台技术参数 一、功能要求 主要用于高压

高温高压岩石三轴压力试验平台技术参数 一、功能要求 主要用于高压-温度-应力-岩石三轴试验，可广泛用于岩石力学各个行业中涉及到多场耦合问题。主要达到的功能有： 1、自动测量、控制、数据采集、处理、绘制曲线及打印曲线报告（抗压强度、围压、轴向变形、径向变形、泊松比、弹性模量等）。 2、完成常温及高温岩石（含软岩）单轴压缩全过程曲线试验。 3、完成常温及高温岩石（含软岩）三轴压缩全过程曲线试验。 4、完成常温及高温岩石（含软岩）单轴压缩蠕变试验。 5、完成常温及高温岩石（含软岩）三轴压缩蠕变试验。 6、完成常温及高温岩石（含软岩）渗流试验。 二．技术要求 （1）主机技术参数

进关证明，否则不予验收。 （2）计算机与软件技术要求 1)计算机：i5处理器，8G内存、2G独立显卡、2T硬盘存储、23寸以上液晶显示器及各种设备所需软硬件 2)能实现力（应力）、变形（应变）、位移（伸长）三种全闭环控制方式，并且达到三种控制方式可以在试验过程中无冲击平滑转换,完成各种试验方法所要求的全自动程序控制试验。 3)能够在试验前后都可录入试样参数和修改试样参数，可以以单根或批量录入试样参数。 4)实时动态显示试验状态，自动采集、存储数据、绘制多种试验曲线、计算试验结果，求取特征值抗压强度、围压、轴向变形、径向变形、泊松比、弹性模量）。 5)全程的应力、应变控制完全符合国际、国家、行业标准中要求的控制方式。曲线可局部

放大或缩小，同组试验曲线可叠加对比。 6)试验结果可以任意存取，对曲线进行再分析；包括数据重新计算、曲线重现等。 三．售后服务 （1）合同签订后，180天内完成交货、安装、培训工作，不能按承诺时间交货需按相关规定缴纳违约金。 （2）整机原厂免费质保2年以上，有专职的维修和培训团队并提供培训质保方案. （3）服务响应时间8小时以内，从保修至维修完毕不超过72小时。 （4）超出质保期，提供免费电话咨询服务，维修收取成本费。 四．其他要求及注意事项 （1）投标设置最高限价，超出限价的，视为废标。 （2）设备安装运输过程中，引起拆墙、拆门及还原等费用由投标企业全部承担；实验室改造（1次以内）引起的设备拆装、运输、调试等费用由投标企业全部承担，投标企业可以和设备需求单位联系实地考察。 （3）投标企业中标签订合同后，须向学校财务缴纳合同额5%的质量保证金，一年后无质量问题返还。 （4）投标人对所投设备有详尽的配置清单，对主要、核心部件的选材、供应商等信息有详细说明，且技术参数响应表与招标要求一一对应，描述清晰。

岩石三轴压缩及变形试验打印

辽宁工程技术大学 岩石三轴压缩及变形试验 岩石三轴压缩及变形试验 一、概述 岩石三轴试验，是在三向应力状态下测定岩石的强度和变形的一种方法。本指导书介绍的是侧向等压的三轴试验。 本规定可用于测定烘干和饱和状态的的试样，试样的含水状态用以下方法处理： （1）烘干状态的试样，在105～110 C 下烘24h 。 （2）饱和状态的试样，按7.1规定的进行饱和。 为了便于资料分析，在进行三轴试验的同时，应制样测定岩石的抗拉强度和单轴抗压强度。 二、试样备制 （1）试样可用钻孔岩心或坑槽探中采取的岩块，试样备制中不允许人为裂隙出现。 （2）试样为圆柱体，直径不小于5cm ，高度为直径的2～2.5倍。试样的大小可根据三轴试验机的性能和试验研究要求选择。 （3）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，每种情况下必须制备5～7个。 （4）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm 。两端面的不平行度最大不超过0.05mm 。端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。 三、试样描述 试样描述见7.3。 四、主要仪器设备 （1）试样加工设备，量测工具与有关检查仪器见7.4.1，7.4.2。 （2）电阻应变片、粘结剂、万用表等。 （3）电阻应变仪（或数据采集器）、压力传感器、引伸仪等。除用电阻应变仪外，也可用精度能达到0.1 %和量程能满足变形测定需要的其它仪表。 （4）三轴应力试验机（见图11）。 五、试验程序 5.1试样的防油处理 首先在准备好的试样表面上涂上薄层胶液（如聚乙烯醇缩醛胶等），待胶液凝固后，再在试样上套上耐油的薄橡皮保护套或塑料套，与试样两端的密封件配合，以防止试样试验中进油及试样破坏后碎屑落入压力室。 5.2安装试样 把密封好的试样放置于保护筒中，将压力室顶部的螺旋压帽组件卸下并吊装在横梁上升起，然后将放置于保护筒中的试样，用卡杆吊放入三轴试验机的压力室内。保护筒的下端有一凸出的球柱，此时要注意使球柱对准压力室底部中心的圆销孔，并放置平稳。试样在压力室中安置好后，即可向压力室内注油，直至油液达到预定的位置为止，然后用螺旋压帽组件封闭压力室。 5.3安装测量变形仪表 （1）用测微表或位移传感器适用于测定试样的纵向变形，测表可按装在压力室

神东矿区含水层含水特征分析

神东矿区含水层含水特征分析时间：2005-7-29 9:43:17 编辑：煤炭网 神东煤炭公司煤质处刘兴海

摘要分析了神东地区含水层的含水特征以及煤层开采对矿井安全生产的影响。针对矿区水文地质特征，提出了水文灾害防治思路和治理措施。 关键词含水层地下水地表水灾害预防 煤层是“夹”在沉积岩层之间的可利用矿产资源。在开采过程中，与其直接或间接接触 的各类岩体、松散层都会发生位移，而围岩、松散层的位移则会对煤层开采带来不同程 度的影响，开采者必须认真研究并尽可能消除这种影响。笔者在神东矿区长期从事地质 及水文地质技术工作，拟从水文地质、煤层顶板、瓦斯等方面谈点规律性看法，但因篇 幅有限，本文仅对神东矿区水文地质有关规律作简要分析。 1 地下水 神东矿区对煤矿安全生产有影响的含水层可简单地分为松散层潜水含水层、烧变岩潜水含水层、基岩裂（孔）隙潜水含水层和奥陶纪灰岩裂隙（溶洞）承压含水层几类，前两类主要分布在黄河以西侏罗纪煤田各矿井，后者主要分布在黄河东西两侧石炭、二叠纪煤田的康家滩等矿井。 1）松散层潜水含水层。由于煤田地处毛乌素沙漠边缘，矿区大部分地区煤层上覆主要含水层都属此类。根据松散层结构、岩性及颗粒度大小可分为沙砾层潜水含水层和粗沙潜水含水层、细（粉）沙潜水含水层。 2）烧变岩潜水含水层。主要由后期河流冲刷或剥蚀使煤层裸露，经长期风、氧化进而自燃，将上覆岩层烘烤使其垮落、变形，形成较大的裂隙、孔隙，为后期储水创造了有利条件。矿区乌兰木伦矿以南凡煤层被后期河流沟壑切割裸露（或被沙层掩埋）的各矿井均有这种类型。此类又可分为透水不含水层和透水含水层型。 3）基岩裂（孔）隙潜水含水层。主要为煤层顶板砂（粗砂）岩含水层、一般裂隙和构造裂隙强风化裂隙含水层、砂砾层（后期河流冲积物压实而成）孔隙含水层，矿区各矿井均有分布。按其与煤层接触关系、距离及影响程度，又可分为直接充水含水层和间接充水含水层两类。 4）奥陶纪灰岩裂（孔）隙、溶洞承压水。主要分布在康家滩、孙家沟等黄河两岸石炭、二叠纪煤田含煤岩系之下较老地层奥陶纪石灰岩中。由于其裂隙、孔隙、溶洞发育并在漫长的地质年代形成了丰富的含水层，受地质运动影响，地层倾斜，奥灰水水头压力往往高于矿井开采煤层标高，给煤矿生产安全带来严重威胁，是开采石炭、二叠纪煤层矿井的主要防范对象之一。 2 地表水 乌兰木伦河、勃牛川、窟野河、黄羊城沟及其支沟广泛分布于矿区各井田。由于这些河流、沟壑的冲蚀作用，原本完整且连成一片的煤层被切割成若干不规则的区块，不仅给矿井设计和工作面布置带来影响，也给安全生产带来影响。 3 不同水文地质条件的特点及对矿井安全生产的影响

岩土三轴压缩实验

三轴压缩实验 （实验性质：综合性实验） 一、概述 1910年摩尔（Mohr ）提出材料的破坏是剪切破坏，并指出在破坏面上的剪应力τ是为该面上法向应力σ的函数，即 ()f f τσ= 这个函数在f τσ-坐标中是一条曲线，称为摩尔包线，如图4-1实线所示。摩尔包线表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力σ与剪应力f τ的关系。土的摩尔包线通常可以近似地用直线表示，如图4-1虚线所示，该直线方程就是库仑定律所表示的方程（c tg τσ?=+）。由库仑公式表示摩尔包线的 土体强度理论可称为摩尔－库仑强度理论。 图4-1 摩尔包线 当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。 根据材料力学，设某一土体单元上作用着的大、小主应力分别为1σ和3σ，则在土体内与大主应力1σ作用面成任意角α的平面a a -上的正应力σ和剪应力τ，可用 τσ-坐标系中直径为13()σσ-的摩尔应力圆上的一点（逆时针旋转2α,如图4-2 中之A 点）的坐标大小来表示，即 13131311 ()()cos 2221 ()sin 22 σσσσσα τσσα =++-=- 将抗剪强度包线与摩尔应力画在同一张坐标纸上，如图4-3所示。它们之间的关系可以有三种情况：①整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方（圆Ⅰ），说明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；②摩尔压力圆与抗剪强度包线相割（圆Ⅲ），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，事实上该应力圆所代表的应力状态是不存在的；③摩尔应力圆与抗剪强度包线相切（圆Ⅱ），切点为A 点，说明在A 点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，即该点处于极限平衡状态，圆Ⅱ称为极限应力圆。

含水层隔水层与水文地质单元

含水层、隔水层与水文地质单元 一、含水层与隔水层 (一)含水层与隔水层的基本概念 地壳浅表部的岩石，大都呈层状分布，所有的松散岩层和固结的沉积岩都基本如此，部分变质岩和岩浆岩也属此种情况。松散岩层中，同一岩性单元其孔隙分布均匀、彼此连通；固结的坚硬岩层，如果发育的裂隙或溶隙在整层说来，密集和均匀的程度比较一致，连通性也好，宏观地看上述岩层整体上具有透水性，因此，它们首先是透水层，能够接受水的渗入；然而，岩层的透水性强弱也是不同的，例如，松散的透水层的下部为透水性极弱的另一岩性单元或者坚硬岩石的深部裂隙较上部十分微弱。于是，渗入上部岩层的水在下部受到阻止而在上部透水层中聚集起来，形成一定厚度，并出现地下水面，水面下岩石空隙被水饱和，这部分透水层即可成为含水层；另一方面，作为含水层，其所赋存的水量在生产上要有一定意义，所以含水层的确切定义应该是位于地下水面以下，能够透过和给出相当数量地下水的岩层。而厢水层则是不能透过和给出水，或透过和给出的水量甚少，对实际目的意义不大的岩层。在理解含水层和隔水层基本概念时，首先应明确它们的区分不在于含不含水，而在于水的存在形式。帖土层虽然含水但几乎都是结合水，不受重力支配，常温常压下不能透水，因而是隔水层；空隙大的岩层中，主要是重力水，故为含水层。其次，在划分含水层与隔水层时，要注意其相对性和用于实际目的的针对性，以供水为例，对能够给出和透过十分有限水量的岩层，若在水源充沛、需水量很大的地区，可不划归含水层，但是，如果该岩层是在水源极其区乏、需水量不大的地区，就可以列入含水层，可资利用。再例如，粗砂层中的泥质粉砂夹层，显然可视为隔水层，但如果泥质粉砂是夹在粘土层中，就可将其视为含水层，这就是含水层与隔水层划分的相对性。僵化地规定出绝对的定量界限井据此加以划分，则往往脱离实际，不利于生产。是不可取的。最后，还应考虑到，实际工作中由于某些条件的改变，隔水层向含水层的转化，如通常情况下，粘土层为隔水层，但在较大水头差的条件下，部分结合水也要发生运动，从而可以透过和给出水量，故应视为含水层或透水层了，对这种兼具隔水、含水性能在条件变化时又能转化的岩层，可称作半含水层或半隔水层。岩层透水性在不同方向上存在明显的差异，这就是所谓透水性的各向异性。如果透水性在同一方向基本是相同的，则称该岩层为均质岩层，严格说这实际上是不存在的，只能为计算方便概化为均质岩层。否则称为非均质岩层。对于均质岩层、

主要含水层带压情况论证报告

郑州市嵘昌煤业有限公司 底板主要含水层带压情况论证报告 编制单位：地测防治水科 编制人：刘红涛 审核人：刘国超 总工程师：孙聪伟 二〇一三年五月十一日

二1煤“带压开采”参数计算 一、概况 郑州市嵘昌煤业有限公司位于登封市东南大冶镇前柿杭村境内，行政区划属登封市大冶镇管辖，井田面积1.0032平方公里，南北走向长约0.95km，东西倾斜宽约1.4km，开采二1煤，矿井开采标高+280m~+105m米，煤层平均厚度2.7m。 矿井设计正常用水量60m3/h，最大用水量120m3/h，目前矿井实际正常用水量为30m3/h。我矿在主、副井底各布置内外水仓，水仓容量1150m3,主井选用MD155-30×7型离心水泵三台，配备防爆电机160KW;副井选用MD-46×6型离心水泵三台水泵，配备防爆电机130KW。正常涌水时，一台工作，一台备用，一台检修；最大涌水时，两台工作。排水管路选用φ156mm钢管两趟，经主井排到地面。正常涌水时，一趟工作，一趟备用；最大涌水时，两台泵分别工作于两趟排水管。满足《煤矿安全规程》的要求； （一）、地质构造 矿区总体构造形态为一走向东北，倾向北西，倾角4～16°的单斜构造，受区域构造影响，矿区发育滑动构造—芦店滑动构造（卢F1） （1）芦店滑动构造 滑动构造包括滑动基底、滑面和滑体三部分，总体特征为：1）滑动基底：由山西组下部、太原组、本溪组以及寒武系组成，总体构造形态为一走向NNE～SSW，倾向NW，倾角4～8°

的单斜构造。包括矿区边界在内，发育4条断层，断层走向为NE～SW；其中正断层1条，逆断层3条。 ①告F19：为矿区南部边界断层，正断层，走向60～75°延展长度1.5Km，倾向SE，倾角60°，落差10～15m。13201钻孔于71.10m穿见，上盘为C3tL2，下盘为C2b,控制严密。 ②告F4：为矿区北部边界，逆断层，走向NNE，延展长度2.1km，倾向NW，倾角50°，落差13.5～15.8m。13006钻孔于423.18m 穿见，上盘为C3tL1；下盘为C3tL1；13106孔于383.80m穿见，上盘为C3tL1，下盘为C3tL1；13402孔于309.17m穿见，上盘为C3tL1下盘为一5煤，控制较严密。 ③告F18:位于矿区北部，告F4之东南侧，逆断层，走向NE，延展长度1.1Km，倾向NW，倾角47°，落差4～12.5m。13102孔于237.35m穿见，上盘为C3tL8,下盘为C3tL8；13202孔于276.08m穿见，上盘为一1煤，下盘为C3tL2，控制严密。 ④告F18-1逆断层 位于矿区北部，告F18之分支，逆断层，走向NE，延展长度0.9Km，倾向NW，倾角50°，落差15m。13202孔于211.75m穿见，上盘为C3tL7,下盘为C3tL2,控制角严密。 2)滑面 在剖面上呈浅部向上翘起、中间向下凹的不规则弧状，滑面产状浅部倾角60°，深部逐渐变小、一般10～20°，深部和二1煤层产状基本一致；平面上略呈波状起伏的立体曲面，在向上

GCTS岩石三轴仪

GCTS岩石三轴仪 RTR-1000 特点&规格 ●动静闭环数字电液伺服控制，可以进行应变或者应力控制，也可以进行破坏后的行为 试验 ●高压三轴压力室，配备有液压提升/锁定装置，可以快速，方便和安全的安装试样 ●轴向加载1000kN，1500 kN(升级选项)，加载框架刚度达到1750 kN/mm(可以升级 到10,000 kN/mm，或者3,500 kN/mm的刚度)（根据要求，也可以提供更大的加载能力） ●集成的围压&孔压控制面板和双增压器，压力可以达到140 MPa，压力分辨率0.01Mpa， 液体体积分辨率0.01CC ●岩芯试样尺寸:最大75mm(3英寸) ●动态频率：0-10Hz ●轴向& 径向LVDT测量，变形范围±2.5mm，变形分辨率0.001mm ●温度：150℃，可选200℃温度范围 ●压力室自动安装装---无需紧固件 ●符合国际岩石力学学会关于岩石三轴试验的标准以及ASTM标准

RTR-1000描述 RTR-1000岩石三轴测试系统是一套闭环数字伺服控制的装置，可以快速安装试样。一套三轴压力室的自动液压装置和滑动底座使得这套系统相对于传统的三轴压力室，试样安装起来更为迅速和方便。压力室的快速安装和拆除可以通过按下一个按钮实现。无需额外的螺栓和紧固件来组装三轴压力室，这就使得用户可以有更多的时间按来专注于实验的进行。 通常使用GCTS的数据采集包进行操作，该数据采集包包括Windows (98/2000/NT/XP) 测试软件和数字信号调节系统。快速，方便和安全的操作时的这套系统特别适合应用于生产任务。该系统可以根据用户的要求设计制作来测试不同尺寸的试样。 自动传感器识别功能使得当需要更换传感器来完成不同的测试程序时，传感器接入十分方便。三轴压力室是由不锈钢制成的并且适合用最大至75mm的圆柱形试样。标准单元带有一个刚性加载活塞以及低摩擦石墨密封。这种独立的压力室的优点在于一旦当试样完全准

均质含水层潜水非完整井基坑降水方案设计

基坑降水方案设计 一、降水条件分析 根据本工程水文地质条件，基槽开挖深度范围内分布的地下水有两层地下水，依次为上层滞水、潜水，潜水含水层主要为卵石层，上层滞水静止水位约为2.0m～5.0m，潜水静止水位6.0m～8.0m，这两层地下水对基坑开挖、基坑支护及基础施工均有影响。目前为枯水期，按地下水位埋深约为6.0m设计降水方案。 场平标高为511.00米，基坑设计开挖深度最深处为9.45m，考虑降水对主楼电梯井的影响，降水至深度14.0m；主要降卵石层中的水；根据勘察资料，各卵石层渗透系数为20m/d。根据该场 地的环境条件和水文地质条件，含水层的渗透系数较大，地下水量较大，拟采用管井降水方案。 地下水控制方法可分为集水明排、降水、截水和回灌等类型。 表1-1 地下水控制方法与使用条件 针对该场地地下水类型、场区水文地质条件，设计采用管井降水方案，形成一定降深，达到疏干基槽目的。 二、基坑降水设计计算 1）确定降水井的埋深L H W =H W1 + H W2 + H W3 + H W4 + H W5 + H W6 式中：H W1——基坑深度，H W1 =9.45m； H W2——降水水位距离基坑底要求的深度，H W2 =4.55m； H W3 ——ir ，i为水力坡度，在降水井分布范围内宜为1/10～1/15，15 /1 = i，r0为降水井分 布范围内的等效半径或降水井排间距的1/2，取等效半径r =76.15m； H W4 ——降水期间地下水位变幅（m），取0米； H W5 ——降水井过滤器工作长度（m），取2.5米； H W6 ——沉砂管长度（m），取3.5米； 则 H W =9.45+4.55+（1/15）*76.15+0+2.5+3=24.58，取25m。 2）确定引用半径（假想半径）R 对于矩形基坑，其长宽比不大于5时，可用“大井法”将矩形基坑折算成假想半径为R 的理想 大圆井 R m 式中：A——基坑的面积,取18216m2； 3）确定抽水影响半径R 2 28357.77 R m = =?= 式中：k——渗透系数，取加权平均值，20/ k m d =； H——含水层厚度，取钻探揭露深度25米； s——抽水坑内水位下降值，s=14-6=8m。 4）确定基坑涌水量Q 井深25m，打入坑底卵石层中，由于卵石的渗透系数大，含水层厚度大，可以将井看作均质含 水层潜水非完整井，涌水量可用下式计算： ()() 2222 3 00 1.366 1.366202521 5415.14m/d 678.8221 1.521 lg1lg10.2 lg1lg10.2 76.15 1.576.15 m m m k H h Q h l h R r l r -??- === - ???????? -+++ +++ ? ? ? ????? ???? 其中 2517 21 22 m H h h m ++ === 5）确定单井出水量 对于均质含水层潜水非完整井单井出水量为：