一种软弱结构面高压渗透性测试结构的制作方法

本实用新型涉及高压水工隧洞，尤其是通常采用高压引水隧洞和高压岔管结构的抽水蓄能电站。

背景技术：

目前许多已建、在建或拟建的大型、特大型水利水电工程均坐落在裂隙岩体之上，建成蓄水后上游水位被抬高200m以上，个别超过了300m，坝基、坝肩岩体将承受很高的外水压力，若高压管道为透水衬砌，高压管道岩体同样承担很高的水头压力。抽水蓄能电站设计水头高，压力管道承担极高的内水压力，许多工程的压力管道内水水头达600m以上。在高水头作用下，一般采用压力钢管衬砌。由于压力钢管造价高、施工难度大，因此，在工程建设中越来越多地采用钢筋混凝土衬砌代替压力钢管，并以岩体作为承受高压水头的承载主体，围岩的透水性直接取决于岩体的完整性，因此对岩体的完整性提出了较高的要求。但是在高水头作用下，岩体中的微裂隙、节理等软弱结构面张开、扩展，改变了岩体的原始透水特性，即使在低压条件下透水性很微弱的裂隙岩体，高压条件下也是透水的，且其透水性往往远大于低压条件下的透水性，因此在高水头电站的坝基、边坡、高压隧洞中渗透稳定问题应引起足够重视。

由于软弱结构面的复杂地质成因和演化过程，其渗透性不但取决于节理裂隙发育情况及物质充填情况，还受粘粒物质、岩屑填充控制，物理力学特性和水力学特性无论是其宏观表现，还是细观特性，与均一介质相比要复杂得多。由于室内渗透试验受试验条件的限制，不可能真实模拟现场的岩体条件和渗流场条件，尤其是软弱结构面很难取样，在室内无法开展相关测试工作，因此现场渗透试验能够更好地反映出软弱结构面在高水头作用下的渗透性变化。

软弱结构面是在经受应力和地下水长期物理化学作用下，形成结构疏松、颗粒大小不均、多呈定向排列、强度较低的泥化软弱夹层，通常主要包括原生软弱夹层、构造及挤压破碎带、泥化夹层及其它夹泥层等，一方面为地下水渗流提供了良好的渗透通道，往往成为地下水运移的控制性构造。另一方面，在地下水的作用下，使得破碎岩体中的颗粒分散、含水量增大，进而使得岩体发生软化甚至泥化现象，强度劣化降低，同时还会使得软弱结构面中的可溶盐类溶解，引起离子交换，改变了软弱构造的物理、力学及化学性质。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种软弱结构面高压渗透性测试结构，以能够现场真实地测量软弱结构面高压渗透性。为此，本实用新型采用以下技术方案：

一种软弱结构面高压渗透性测试结构，其特征在于它在水工涵洞或测试洞的洞壁钻有压水试验孔、渗透压力测试孔、渗透变形测试孔，所述压水试验孔、渗透压力测试孔、渗透变形测试孔均穿过洞壁岩石中的软弱结构面；渗透压力测试孔、渗透变形测试孔穿过软弱结构面的长度以及从钻孔孔口到软弱结构面的长度均匹与水试验孔匹配并满足能够布置传感器；

压水试验孔在这些测试孔中处于中间位置，在压水试验孔两边分别布置渗透压力测试孔和渗透变形测试孔；

在渗透压力测试孔中，以软弱结构面为分界，分别在软弱结构面两侧及中间贯穿处布置应力传感器；

在渗透变形测试孔中，以软弱结构面为分界，分别在软弱结构面两侧及中间贯穿处布置形变传感器。

进一步地，压水试验孔、渗透压力测试孔、渗透变形测试孔与软弱结构面接近垂直相交。

进一步地，压水试验孔分为3段压水试验段，其中1段位于软弱结构面上盘、1段位于软弱结构面下盘，1段贯穿软弱结构面，每段的长度控制在5~10m，在渗透压力测试孔和渗透变形测试孔分别对应上述各段一一布置应力传感器及形变传感器。

本实用新型能够现场真实地测量软弱结构面高压渗透性，能够合理评估软弱结构面在高水头作用下的渗透特性，为工程布置和高压水工隧洞运行安全评价提供依据，有助于揭示高压水头作用下软弱结构面的渗透规律，了解其在不同水压作用下的渗透性变化，为设计确定高压水工隧洞衬砌结构型式及工程处理提供地质参数依据。本实用新型现场实施简便，技术门槛低，能够在高水头电站建设中发挥重要作用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

在工程现场的水工涵洞或测试洞200选择测试区域，以便在水工涵洞或测试洞200内向洞壁岩石中的软弱结构面100布设钻孔和布置监测传感器。在测试区域，对水工涵洞或测试洞200的洞壁钻孔，钻孔的深度保证能够穿过软弱结构面100并在穿过后有足够的长度来布置监测传感器，同时也要保证从钻孔孔口到软弱结构面100有足够的长度来布置监测传感器，便于检测软弱结构面对岩体渗透性的影响。

所述钻孔包括压水试验孔1、渗透压力测试孔2、渗透变形测试孔3。压水试验孔1、渗透压力测试孔2、渗透变形测试孔3的深度最好是基本一致，穿过软岩结构面100后的深度一致，在孔口到软弱结构面100的长度一致。3个测试孔的长度一般为15~30m，其中压水试验孔1的孔径为50mm，渗透压力测试孔2和渗透变形测试孔3的孔径为75mm。

压水试验孔1在这些测试孔中处于中间位置，可以布置1~2个，以便验证压水效果。为了提高压水效果，压水试验孔1尽量与软弱结构面100大角度垂直相交。压水试验孔1

在压水试验孔两边分别布置1个渗透压力测试孔2和渗透变形测试孔3，并且也尽量与软弱结构面100垂直相交。

在渗透压力测试孔2中，以软弱结构面100为分界线，分别在软弱结构面两侧布置2~3个应力传感器21，中间贯穿处布置1个应力传感器22，便于对比软弱结构面对渗透压力的影响。

在渗透变形测试孔3中，以软弱结构面100为分界线，分别在软弱结构面两侧布置2~3个形变传感器31，中间贯穿处布置1个形变传感器32，便于对比软弱结构面对渗透变形的影响。

优选地，压水试验孔1分为3段压水试验段，其中1段位于软弱结构面上盘、1段位于软弱结构面下盘，1段贯穿软弱结构面，每段的长度控制在5~10m。相应地渗透压力测试孔2、渗透变形测试孔3的深度也匹配压水试验孔1的深度，且对应压水试验孔的各段，在渗透压力测试孔2和渗透变形测试孔3对应上述各段分别一一布置应力传感器及形变传感器。

试验过程中最高水压按照10mpa设计，测试过程中采用从低至高、分级循环施加，压力梯级按照0.2~0.5mpa考虑，加压时每级压力持续时间为30min~60min。

通过带液压密封圈的塞柱，将压水试验孔的测试段与其它两段隔离开，对测试段按照上述步骤进行压水试验，记录流量-压力曲线，当软弱结构面发生水力劈裂后，流量会明显增加，水压会显著下降，代表了软弱结构面的最高渗透能力。对每个压水试验段按照上述步骤进行压水试验。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的范围内，做出的变化、改添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。