北山场址区不同尺度结构面导水特性研究

邓龙传 李晓昭 吴云 王迎超 黄震 刘江峰

邓龙传,李晓昭,吴云,等. 2021.北山场址区不同尺度结构面导水特性研究[J].工程地质学报, 29(1): 77-85. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-623
引用本文: 邓龙传,李晓昭,吴云,等. 2021.北山场址区不同尺度结构面导水特性研究[J].工程地质学报, 29(1): 77-85. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-623
Deng Longchuan, Li Xiaozhao, Wu Yun, et al. 2021. Study on water conductivity characteristics of different scale structure surfaces in Beishan site area[J]. Journal of Engineering Geology, 29(1): 77-85. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-623
Citation: Deng Longchuan, Li Xiaozhao, Wu Yun, et al. 2021. Study on water conductivity characteristics of different scale structure surfaces in Beishan site area[J]. Journal of Engineering Geology, 29(1): 77-85. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-623

北山场址区不同尺度结构面导水特性研究

doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2020-623
基金项目: 

南京大学博士生创新创意研究计划项目 XCXY-19-62

详细信息
    作者简介:

    邓龙传(1996-),男,硕士生,主要从事工程地质力学方面的科研. E-mail: dlcnju@163.com

    通讯作者:

    李晓昭(1968-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事工程地质力学方面的科研与教学工作. E-mail: lixz@nju.edu.cn

  • 中图分类号: P642.3

STUDY ON WATER CONDUCTIVITY CHARACTERISTICS OF DIFFERENT SCALE STRUCTURE SURFACES IN BEISHAN SITE AREA

Funds: 

the Innovative and Creative Research Program for Doctoral Students of Nanjing University XCXY-19-62

  • 摘要: 针对断裂构造带中断裂核部和裂隙破碎带的内在结构高度非均一性和渗透特性的强烈变异性难以表征和确定的难题,通过显微观察、粒度特征、孔隙特征、原位钻孔压水试验和室内渗透试验,研究了北山断裂带不同构造单元渗透特性和内在结构特征的关系。研究结果表明:十月井断层核部发育有断层泥,并可见构造错动结构面,室内渗透试验表明断层泥渗透系数约在(2~5)×10-11m·s-1,未发现断层泥垂向和侧向的渗透特性各向异性;借助于三维精细探槽,对十月井断层破碎带和F4断裂带的结构和地质成因进行了描述;钻孔压水试验获得十月井断层核部破裂带渗透系数范围为1.32×10-5 m·s-1到1.94×10-5 m·s-1区间内,芨芨槽F4断层核部岩体渗透系数一般大于2.4×10-6 m·s-1;十月井断层破裂带样品室内渗透试验表明断裂损伤带的渗透系数大体处于10-9~10-6m·s-1之间,其P-Q曲线表现为典型的层流型、充填型、冲蚀性,样品渗透能力随其包含裂隙数量的增加而增大。
  • 图  1  十月井断层和F4断层相关位置图

    Figure  1.  The location of Shiyuejing fault and F4 fault

    图  2  钻孔压水试验示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of borehole water pressure test

    图  3  十月井断层破碎带钻孔压水试验P-Q曲线

    Figure  3.  The P-Q curve of borehole water pressure test in the fracture zone of Shiyuejing

    图  4  钻孔位置示意图

    Figure  4.  Diagram of borehole location

    图  5  室内渗流过程图

    Figure  5.  Indoor seepage process diagram

    图  6  断裂损伤带取样位置图

    Figure  6.  Sampling location map of fracture damage zone

    图  7  十月井断裂损伤带样品P-Q曲线

    a.样品1; b.样品2; c.样品4

    Figure  7.  The P-Q curve of the sample in the Shiyuejing fracture damage zone

    图  8  十月井断层核部样品微观形貌

    Figure  8.  Microstructure of the core sample of Shiyuejing fault

    图  9  十月井断层核部样品颗粒组成

    Figure  9.  Grain composition of the core sample of Shiyuejing fault

    图  10  孔径-比表面积图

    a. 2#孔径-比表面积曲线;b. 3#孔径-比表面积曲线;c. 4#孔径-比表面积曲线

    Figure  10.  Aperture-specific surface area diagram

    图  11  断裂带内在结构模式三维探槽精细识别

    Figure  11.  Fine identification of the internal structure pattern of the fault zone by three-dimensional exploratory trench

    表  1  十月井3号孔钻孔压水试验结果

    Table  1.   Borehole water pressure test results of No.3 in Shiyuejing

    压力阶段 水压
    MPa
    流量
    L·s-1
    渗透系数/×10-5
    方法1 方法2 方法3
    1 0.1 0.14 2.1 2.4 1.60
    2 0.2 0.20 1.5 1.7 1.20
    3 0.3 0.24 1.2 1.4 0.94
    4 0.2 0.20 1.5 1.7 1.20
    5 0.1 0.15 2.2 2.5 1.70
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    表  2  F4断裂各钻孔压水试验结果

    Table  2.   Borehole water pressure test results of F4 fracture

    钻孔编号 平均渗透系数/m·s-1 距断层核部距离/m
    1 7.1E-9 20.5
    2 7.3E-7 15.0
    4 1.4E-8 8.0
    5 6.7E-7 7.3
    6 2.5E-6 3.0
    7 3.8E-6 1.4
    9 1.6E-7 14.0
    10 2.5E-8 11.0
    12 2.4E-6 0.0
    13 2.6E-6 2.6
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    表  3  十月井断层泥渗透试验结果

    Table  3.   Permeability test results of Shiyuejing fault gouge

    样品号 压力/MPa 渗透系数/m·s-1 渗透率/m2 取样方向
    样品1 0.05 4.72E-11 8.60E-18 垂向
    0.10 4.94E-11 9.00E-18
    0.20 4.68E-11 8.53E-18
    0.30 4.14E-11 7.54E-18
    样品3 0.05 4.99E-11 9.09E-18 垂向
    0.10 7.81E-11 1.42E-17
    0.15 7.98E-11 1.45E-17
    样品2 0.05 4.60E-11 8.38E-18 侧向
    0.10 4.35E-11 7.93E-18
    0.20 4.53E-11 8.25E-18
    0.30 3.98E-11 7.25E-18
    样品4 0.08 8.76E-11 1.60E-17 侧向
    0.10 8.15E-11 1.48E-17
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    表  4  损伤带样品渗流试验结果

    Table  4.   Seepage test results of damaged zone samples

    样品编号 渗透系数均值k
    /10-7m·s-1
    裂隙数量 P-Q曲线类型
    1 0.554 9 冲蚀
    2 4.176 6 充填
    3 1.209 2 /
    4 78.265 8 层流
    5 2.167 3 冲蚀
    6 12.581 3 层流
    7 1.041 2 充填
    8 0.025 3 冲蚀
    9 48.031 7 冲蚀
    10 1397.339 12 层流
    11 34.428 5 层流
    12 1.231 2 层流
    13 8.386 10 冲蚀
    14 0.027 3 冲蚀
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    表  5  孔径参数测试结果

    Table  5.   Aperture parameter test results

    编号 最大孔径
    /μm
    最小孔径
    /μm
    总孔容
    /ml·g-1
    孔隙总比表面积
    /m2·g-1
    有效孔隙度
    2 260.0 0.007 16 0.0775 5.7026 11.72%
    3 250.5 0.007 17 0.1230 11.1304 18.21%
    4 273.2 0.007 16 0.0823 9.9824 13.92%
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    表  6  远离十月井断层的BS03钻孔压水试验结果

    Table  6.   Borehole pressure water test results of BS03 far from Shiyuejing fault

    编号 试验段深
    /m
    渗透系数
    /m·s-1
    1 127.5 1.28E-8
    2 135.0 7.71E-9
    3 148.0 1.14E-7
    4 156.0 1.75E-7
    5 171.5 1.16E-7
    6 187.5 1.22E-7
    7 195.5 9.43E-9
    8 209.9 5.37E-8
    9 223.0 1.82E-7
    10 252.0 4.12E-8
    11 276.0 6.50E-8
    12 313.5 5.17E-8
    13 384.7 3.53E-8
    14 392.2 2.90E-8
    15 402.0 3.38E-8
    16 455.0 1.79E-7
    17 467.0 3.50E-7
    18 487.0 2.00E-7
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-02
  • 修回日期:  2021-01-19
  • 刊出日期:  2021-02-01

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