3.4 黑麋峰岔管段围岩高压渗透性试验研究
黑麋峰抽水蓄能电站高压岔管区埋深215m，紧邻F15断层。F15断层包括2条分支断层，两分支断层在引水隧洞下平段左侧合并，断层间最大相距5m左右。为研究高压岔管两高压引水隧洞在一洞运行一洞检修情况下岩体渗透特性，对岔管区岩体进行了高压压水试验。图3.4为高压压水试验平面布置图，图3.5和图3.6为测试孔孔内结构布置图。
试验试验过程中，岩体内水流状态在压水试验过程中不断发生变化。高压渗透系数计算公式的推导基于恒定流假定。为了保证渗透系数计算结果的正确性，计算时需要采用岩体内水流处于相对恒定状态下的数值进行计算。
图3.4 高压压水试验系统钻孔布置平面图
图3.5 4号、5号测试孔剖面及孔内结构布置简图
图3.7给出了测试孔渗压和压水孔压力与时间之间的关系图；图3.8给出了测试孔渗压和压水孔压入流量与时间之间的关系图。
图3.7和图3.8表明：在压水的起始阶段，尽管试验孔压力逐步增加，但试验孔中的压水流量和渗压孔中的压力基本保持恒定，当压水压力达到6.0MPa后，试验孔内的流量几乎同时急剧增加，表明裂隙岩体产生了水力劈裂，使得压入试验孔中的水量迅速向岩体裂隙通道扩散。压水压力维持在7.0MPa后，压水流量维持33.0L/min。渗压测试孔中的压力在流量突增大约7min之后开始增加，15min后，渗压孔中的压力基本稳定下来，其值约为0.67MPa。
图3.6 6号、7号测试孔剖面及孔内结构布置简图
图3.7 测试孔渗压和压水孔压力与时间关系图
从图3.7和图3.8还可以看出，试验孔内的压力与流量同步，但渗压孔内的压力变化存在滞后现象，表明水流从试验孔流向渗压孔需要一定的时间，符合渗流基本特征。试验孔压力降低后，压水流量随之同步降低，且压水压力小于6.0MPa之后，压水流量急剧减少，表明前期劈开的岩体裂隙出现弹性闭合，减小了渗流通道的面积。渗压孔内的压力在经过7min后开始降低，并和压力降低保持相同的趋势。
经过上述分析可知，当压水压力维持在7.0MPa、压水流量维持在33.0L/min、渗压孔中维持在0.67MPa的情况下，可以认为试验孔和渗压测试孔之间岩体的水流达到恒定流状态，满足前述高压渗透系数计算公式的适用条件。同样，可以根据降压阶段压水孔和渗压孔内的压力值确定出渗透系数计算所需的相对稳定压力和流量。
图3.8 测试孔渗压和压水孔压入流量与时间关系图
已知试验孔直径0.11m，试验孔压水段长度10m，试验孔和渗压孔间距5m。表3.3为依据层流和紊流理论推导的渗透系数计算公式估算得到的紊流渗透系数，同时也给出了按压水试验规程推荐公式 （层流理论）计算得到的渗透系数。
由表3.3可以看出，无论岩体内高压水流按紊流还是按层流考虑，其计算结果均表明岩体发生水力劈裂前渗透系数较小，而发生水力劈裂后渗透系数急剧增大得特点。同时，岩体紊流渗透系数大约是层流渗透系数得44～48倍。由此可见，渗流流态对渗透系数的估计起决定性作用。按层流计算公式、压水规程公式、巴布什金公式及透水率换算得到的渗透系数比较接近。
表3.3 渗透系数计算值 单位：cm/s
图3.9给出了紊流状态下岩体渗透系数随压水压力的变化趋势。由图3.9可知，在压力相对较低情况下，裂隙岩体由于没有产生水力劈裂，裂隙岩体中连通的空隙空间变化甚微，水流沿裂隙岩体中既有的连通裂隙流动，因此渗透系数基本保持一致。发生水力劈裂后，新生成的连通裂隙通道为水流的流动提供了新的空间，从而导致渗透系数急剧增加。对本工程试验岩体来说，可通过数据拟合的方法得到岩体渗透系数与压水压力关系如下。
图3.9 渗透系数与压力关系图
裂隙岩体的渗透系数是反映岩体渗透性大小最本质的水力学参数。研究表明：
（1） 裂隙岩体在高水压状态下的渗流定律更适合于用紊流定律加以描述。
（2） 裂隙岩体的紊流渗透系数远大于按层流考虑计算得到的渗透系数。同时高水压引起的水力劈裂会引起裂隙岩体高压渗透系数取值的急剧增加。