基于slug试验测定含水层渗透系数

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1、基于Slug试验测定含水层渗透系数　　摘要：Slug试验是在地下水位静止的条件下，瞬时使井孔水位产生一定幅度的?化来评价水文地质参数的原位测试方法，由于其设备便携，费用低，易操作的特点，被越来越多的人用于测定含水层的渗透系数K值。本文在分析Slug试验理论模型的基础上，采用自动监测设备记录水位，在利用AquiferTest软件计算含水层参数。结果表明：利用Slug试验简单易行且操作周期短，在利用AquiferTest软件很好的处理了采集数据能准确高效的计算出含水层的渗透系数。　　关键词：Slug试验；渗透系数；AquiferTest软件　　DOI：10.1

2、6640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.219　　1引言　　Slug试验是一种测试含水层渗透性的原位测试方法，近年来以其方便、经济、不失准确性的特点在国内外快速发展并应用于工程实践中，Slug试验的方法克服了室内试验不准确的缺点，同时相比与抽水试验，压水试验更加高效经济。　　Hvorslev在1951年首先将slug试验运用到实际现场的水文地质参数计算[1]，而后Ferris和Knowles（1954）在此基础上进行了改进[2]，cooper（1967）等对承压含水层参数评估方法进行了进一步修正[3]。这之后Rice（1976）以及Bo

3、uwer（1989）等人发展了考虑井阻和几何尺寸的承压、半承压、潜水层的理论计算方法[4]，Butler（1998）给出该方法的具体实施技术总结[5]，Willis（2008）等将其列为水文地质试验的常规手段及技术标准[6]。　　在我国九十年代前，由于Slug试验测量工具灵敏度不高、技术和场地的限制等原因只能进行低渗透率试验且鲜有应用，更没有相关的操作程序和标准。但是随着科技发展，仪器精度的提高，Slug试验不仅解决了适用低渗透率地层的常规认识，而且对中高渗透性含水层的测试也有了大的进步。张昭栋（1990）在地震领域利用瞬时激起井水位振荡法，提出了一种测量

4、含水层导水系数的新方法[7]。苏锐（2007）将Slug试验应用到低渗透的裂隙介质中，首次考虑温度和钻孔储存效应，进一步完善了Slug试验理论模型[8]，李星宇（2014）等人将Slug试验方法应用于岩溶裂隙水的研究中[9]。根据现今的Slug试验发展，本文以郭屯煤矿某现场Slug试验实例研究其应用优缺点。　　2计算原理模型　　Slug试验方法的基本原理是在地下水位静止的条件下，瞬时使井孔水位产生一定幅度的上升或者下降后记录水位恢复过程，在将实际得到的曲线与理论曲线对比拟合求取含水层参数，原理示意图如图1所示。　　2.1Hvorslev模型　　Hvorsl

5、ev模型由Hvorslev等学者于20世纪50年代初建立和发展起来的。其假设条件是：试验井孔为承压完整井；均质多孔介质含水层；地下水流动为达西稳定流；忽略含水介质的弹性储水效应，即Ss=0。如下为该模型的解析解，并可以根据直线图解法求出相关参数。　　3试验场地概况　　试验场地位于山东郭屯煤矿工广，井孔为风井试验注浆孔，该孔掘进施工至井深663.6m，现场注浆孔结构30m以下全取芯至孔深663m，土层孔径Φ108mm，风氧化带孔径Φ94mm；取芯结束后再扩孔下套管，表土层扩孔孔径Φ190mm，并下入Φ139.7×6.2mm套管，其中注浆段为花管，风氧化带注浆

6、孔径为Φ118mm，裸孔。本次试验对象为注浆孔底部540～584m的新近系砂层含水层。　　该含水层以厚层粘土为主，粘土呈杂色，呈现半固结状，常见白色高岭土层或石膏团块。砂层以灰白、棕黄色的中、细砂为主，砂质不纯，多含泥质成分，一般含砂层3～9层，砂层厚度15.6～85.60m，砂层厚度占12.1～50.6%，受古地形影响砂层厚度变化大，连续性差，多呈透镜状。该层段底部一般为厚层粘土、砂质粘土层，井田西部砂、砂砾层直接覆盖在下伏地层之上。　　4slug试验结果处理与分析　　4.1试验过程及数据采集　　实验前观测初始水位，确定初始水位位置，并启动DIVER水位

7、传感器，设置观测时间间隔，然后将带测绳的DIVER放入一定深度位置的水位中，该点水位变化范围不能超过25m（根据试验探头所设）；向孔中缓缓下一定长度钻杆，进入水中，引起水位升高，其变化在25m之内，等水位恢复至初始水位时，将钻杆缓缓升起至地面，孔中水位开始下降，等水位恢复至初始水位时，结束试验过程如图2所示。　　上述试验重复2～4次来减小偶然误差，结束后取出试验探头采集相关数据其水位数据如下图3。　　4.2试验数据处理及分析　　本文数据处理采用AquiferTest软件[10]是由美国WaterlooHydrogeologic.Inc公司开发，应用于Slu

8、g试验和抽水试验数据分析，主要解决承压含水层、潜水含水层、弱透水含