陳 賓，趙立權(quán)，胡惠華2，姚盛丹3，趙延林4，劉 通

(1.湘潭大學(xué) 湖南省巖土力學(xué)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411105 ; 2.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410008; 3.湖南省懷芷高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 懷化 418000;4.湖南科技大學(xué) 湖南省煤礦安全開采技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201)

1 研究背景

與黏土層和完整砂巖巖層相比，富水破碎砂巖膠結(jié)強(qiáng)度低，砂水分離明顯，透水性強(qiáng)，不利于地下施工與基礎(chǔ)建設(shè)，多采用降水、注漿等方法進(jìn)行治理[1]。注漿作為一種改善富水巖層力學(xué)及抗?jié)B性能的常用手段，其注漿效果對(duì)工程質(zhì)量至關(guān)重要。但注漿的隱蔽性導(dǎo)致難以采用直觀檢測(cè)方法對(duì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前注漿效果評(píng)價(jià)以巖體完整性、固結(jié)度和滲透性等方面為主，常用手段有：鉆孔取心、孔內(nèi)彈性模量檢測(cè)[2]、室內(nèi)巖心試驗(yàn)[3]、壓水試驗(yàn)、聲波檢測(cè)[4]、電法檢測(cè)等[5]。但在富水環(huán)境下，流水及破碎巖壁對(duì)壓水試驗(yàn)和鉆孔攝像等檢測(cè)不利，并會(huì)使巖體電阻率等電磁參數(shù)不穩(wěn)定，影響電法檢測(cè)準(zhǔn)確率[5]。而以水為耦合劑傳遞縱波，通過獲取縱波在各深度地層的傳播特性判斷注漿效果的聲波檢測(cè)方法，更適用于富水巖層。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過注漿前、后的波速分析，反演獲得了注漿前、后巖體完整度、剛度、強(qiáng)度等表征注漿效果的參數(shù)變化，如：Kohkichi等[6]基于波速試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)初始巖土變形性能與注漿加固效果成正相關(guān)；張文舉等[7]通過大量工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出波速提高率與原巖體波速的關(guān)系，指出可灌性決定最終固結(jié)效果；簡(jiǎn)文彬等[8]在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用彈性波理論以及修正的Hoek-Brown準(zhǔn)則，獲得注漿巖體動(dòng)彈性模量提高率、強(qiáng)度參數(shù)提高率與波速提高率間的函數(shù)關(guān)系。但是利用波速反演巖體滲透性的試驗(yàn)研究仍展開不足。該項(xiàng)研究若與聲波測(cè)井遠(yuǎn)探測(cè)技術(shù)[9]相結(jié)合，可檢測(cè)到距離檢測(cè)孔數(shù)十米范圍內(nèi)巖層的滲透性，實(shí)現(xiàn)深度逐點(diǎn)細(xì)部檢測(cè)，突破壓水試驗(yàn)只能獲取測(cè)段平均滲透率以及檢測(cè)范圍的局限。

本文根據(jù)Wyllie-Clemenceau波速-孔隙率模型與Kozeny-Carman滲透率方程，推導(dǎo)了富水巖體波速-滲透率理論模型，并結(jié)合注漿前、后巖心試樣聲波檢測(cè)與滲透試驗(yàn)結(jié)果，通過數(shù)據(jù)擬合，對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證與修正。以原位壓水試驗(yàn)獲取注漿前、后巖層測(cè)段的平均滲透性，采用聲波測(cè)井獲取巖層原位波速。將測(cè)井波速代入修正模型，計(jì)算得到原位檢測(cè)點(diǎn)各深度巖層滲透率。將測(cè)點(diǎn)計(jì)算滲透率轉(zhuǎn)換為測(cè)段滲透率，與壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型在工程應(yīng)用中的有效性。在建立波速-滲透率關(guān)系的基礎(chǔ)上，獲得計(jì)算滲透率，構(gòu)建了富水砂巖注漿效果評(píng)價(jià)體系，并針對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2 巖土體波速-滲透率模型研究

2.1 波速-孔隙率模型

經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐與研究，聲波測(cè)井所得縱波波速與巖土層孔隙率具有一定的相關(guān)性。Wyllie等[10]提出理想理論模型，即時(shí)間平均公式為

Δt=(1-?)Δtm+?Δtf。

(1)

式(1)可變換為

(2)

式中:Δt、Δtm、Δtf分別為巖土層、巖土骨架和孔隙流體的聲波時(shí)差；?為孔隙率；V、Vm、Vf分別為巖土層、巖土骨架和孔隙流體的縱波波速。其中Δt=1/V、Δtm=1/Vm、Δtf=1/Vf。

上述公式僅適用于孔隙率在20%～30%范圍內(nèi)含泥量較少的地層中。Raymer等[11]基于應(yīng)用實(shí)踐數(shù)據(jù)，提出適用于巖層孔隙率低于37%的經(jīng)驗(yàn)公式，即

V=Vm(1-?)2+Vf? 。

(3)

Raiga-Clemenceau等[12]通過大量試驗(yàn)并結(jié)合物理模型，得到半理論半經(jīng)驗(yàn)公式,即

(4)

式中x為巖性指數(shù)，與骨架性質(zhì)和結(jié)構(gòu)相關(guān)，由巖體類型確定經(jīng)驗(yàn)取值范圍[13]。該公式對(duì)孔隙率<50%的砂巖和石灰?guī)r等適用，但缺乏對(duì)流體的計(jì)算。

Kamel等[13]對(duì)以上研究進(jìn)行互補(bǔ)整合，同時(shí)分析巖性與流體對(duì)聲波的影響，結(jié)合式(2)與式(4)，以砂巖試驗(yàn)為基礎(chǔ)，獲得Wyllie-Clemenceau公式：

(5)

2.2 孔隙率-滲透率模型

多孔介質(zhì)常以Kozeny-Carman方程[14-15]表示滲流過程中孔隙率與滲透率之間的關(guān)系,即

(6)

式中:k為滲透率；c為Kozeny-Carman常數(shù)；S為固體比表面積。

2.3 波速-滲透率模型

由以上研究可知，巖土體的縱波波速V、孔隙率?、滲透率k三者存在著函數(shù)關(guān)聯(lián)性。以孔隙率?為關(guān)聯(lián)媒介可得到波速-滲透率模型。Jiang等[16]對(duì)花崗巖采用高溫處理，使內(nèi)部孔隙變化，發(fā)現(xiàn)波速與滲透率存在關(guān)系。鑒于花崗巖低孔隙率狀況，將Raymer公式(式(3))與Kozeny-Carman方程式(式(6))結(jié)合，構(gòu)造花崗巖波速-滲透率模型為

(7)

對(duì)于花崗巖一類近似各向同性巖體，可采用式(7)通過波速分析干燥狀態(tài)下巖體的滲透率。而本文研究的富水砂巖巖體破碎，處于水飽和狀態(tài)，水流方向及流速穩(wěn)定，并具有承壓性。注漿后因漿液擴(kuò)散充填，原巖物理力學(xué)性質(zhì)改變。構(gòu)建對(duì)應(yīng)模型時(shí)應(yīng)考慮流體、巖體、砂巖非均質(zhì)性及注漿效應(yīng)影響。Wyllie-Clemenceau公式(式(5))的基本假定為聲波通過唯一流體與巖體骨架相夾雜的孔隙巖塊傳播。式(5)中巖性指數(shù)x和骨架波速Vm均與巖體性質(zhì)相關(guān)。Kozeny-Carman方程式(式(6))適用于多孔介質(zhì)單相液體滲流與孔隙率的計(jì)算。富水砂巖物理狀態(tài)滿足式(5)基本假定與式(6)的適用條件，以孔隙率為媒介，將式(5)代入式(6)計(jì)算，形成富水砂巖波速-滲透率模型，其表達(dá)式為

(8)

3 注漿試驗(yàn)及檢測(cè)

3.1 試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)條件

模型的正確性以及在注漿應(yīng)用上的可靠性需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。工程試驗(yàn)區(qū)為湖南懷化的某在建高速立交橋樁基施工現(xiàn)場(chǎng)。場(chǎng)地巖性以紅砂巖為主，巖層上層為填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚度約為3.0～9.3 m；其下為第三系泥質(zhì)粉砂巖，并且夾雜強(qiáng)風(fēng)化砂巖以及壓碎巖，厚度約為12.5～26.1 m；下伏基巖為白堊系含礫砂巖。巖體滲透等級(jí)整體為中等透水。上覆黏土層與完整砂巖巖層之間、砂巖巖層與含礫砂巖巖層之間的接觸帶存在流砂與壓碎砂巖，并含有承壓水。地形構(gòu)造整體呈東北向，場(chǎng)地發(fā)育斷層，其整體走向約213°。

3.2 注漿試驗(yàn)及效果檢測(cè)

為保證富水地區(qū)人工挖孔樁施工安全以及成樁質(zhì)量，需對(duì)樁周預(yù)注漿，形成止水帷幕后開挖。試驗(yàn)采用水泥-水玻璃雙液注漿，以靜壓注漿與鋼花管注漿相組合。漿液采用PO.32.5普通硅酸鹽水泥，以水玻璃為速凝劑，以三乙醇胺和食鹽作為早強(qiáng)劑。為防止動(dòng)水在漿液凝固前將其驅(qū)替、融侵，并保證漿液可注性與擴(kuò)散性，取漿液水灰比為0.8∶1，水玻璃比例為8%，分管匯合注入巖體。

預(yù)挖樁長(zhǎng)26 m，為確保止水帷幕的效果，設(shè)定注漿深度30 m。每樁設(shè)置注漿孔兩排，均勻布置，共36孔，詳見圖1。注漿順序?yàn)橄冗M(jìn)行靜壓注漿，后進(jìn)行鋼花管注漿，并采取隨鉆隨注、跳孔注漿方式。靜壓注漿壓力控制于0.5～0.8 MPa，鋼花管注漿壓力控制于0.1～0.5 MPa。

圖1 注漿孔布置

為反映不同位置注漿效果，布置1—4號(hào)檢測(cè)孔(圖1)，進(jìn)行鉆孔取心，開展聲波測(cè)井和壓水試驗(yàn)等原位檢測(cè)，對(duì)部分巖心開展聲波檢測(cè)、滲透試驗(yàn)等室內(nèi)試驗(yàn)。1號(hào)孔作為注漿前檢測(cè)孔與注漿孔，其原位試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果代表注漿前巖層物理力學(xué)特性。注漿后鉆取2—4號(hào)孔，進(jìn)行原位檢測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)，其結(jié)果代表注漿后巖層物理力學(xué)特性。

聲波測(cè)井采用TH208聲波檢測(cè)儀與單發(fā)雙收一體式換能器，檢測(cè)時(shí)無套管。換能器與檢測(cè)儀通過刻度導(dǎo)線連接，導(dǎo)線最小刻度為0.2 m，量程為50 m。檢測(cè)位置深度為11.2～26.0 m，間隔0.4 m深度進(jìn)行逐點(diǎn)檢測(cè)，單孔共38個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。

壓水試驗(yàn)采取3壓力5階段對(duì)巖層滲透率檢測(cè)，并按鉆探深度分段進(jìn)行。試驗(yàn)的3壓力分別為0.1、0.3、0.5 MPa。壓水試驗(yàn)按照規(guī)程[17]進(jìn)行，并以規(guī)程中的公式計(jì)算得到滲透系數(shù)與滲透率。深度0～11 m巖層為上覆黏土層，滲透率低，處于承壓水層之上，在本次試驗(yàn)中不作為研究對(duì)象。

為分析砂巖波速-滲透率關(guān)系和注漿影響，取未注漿巖心及注漿巖心進(jìn)行聲波檢測(cè)和變水頭滲透試驗(yàn)。為加強(qiáng)注漿試驗(yàn)的對(duì)照性，采用距離最近的1號(hào)、2號(hào)檢測(cè)孔內(nèi)的巖心，作為注漿前、后的研究對(duì)象。利用切割工具制成直徑61.8 mm、高40 mm的巖心試樣，便于放入變水頭滲透容器中。巖心試樣按照深度分組，注漿前巖心對(duì)照組共15組，注漿后巖心試驗(yàn)組共15組。每組試樣3個(gè)，單組結(jié)果剔除偏離值取均值。由于聲波檢測(cè)屬于無損檢測(cè)，試樣按照先檢測(cè)聲波、后滲透試驗(yàn)的順序進(jìn)行。試驗(yàn)開始前對(duì)試樣進(jìn)行24 h抽真空水飽和處理，模擬富水環(huán)境。試樣達(dá)到近飽和后，將薄膜貼于其各個(gè)面并涂抹偶合劑。將聲波激發(fā)器與接收器緊靠于薄膜，利用TH208聲波檢測(cè)儀激發(fā)聲波檢測(cè)各向巖心波速。將完成檢測(cè)的試樣除去薄膜，放入滲透容器中，再進(jìn)行變水頭滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的TST-55型滲透儀，配直徑7 mm、長(zhǎng)度2.5 m變水頭管，管外刻度板的最小分度為1 mm。

4 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及分析

4.1 滲透試驗(yàn)結(jié)果及分析

1號(hào)孔為注漿前成孔，而

2—4號(hào)孔為注漿后成孔。通過室內(nèi)滲透試驗(yàn)和原位壓水試驗(yàn)，分別獲得了1號(hào)、2號(hào)孔各深度采取的巖心滲透率(見圖2)，以及1—4號(hào)孔各巖層段的滲透率(見表1)。其中1號(hào)和2號(hào)孔相距最近(僅0.35 m)，可近似認(rèn)為原始地質(zhì)環(huán)境及巖層性質(zhì)相同。選取二者進(jìn)行注漿前、后滲透率對(duì)照分析，具有較強(qiáng)的對(duì)比意義。由圖2數(shù)據(jù)可知，注漿前原始地層透水性強(qiáng)、弱相間，并以14～17 m、22～24 m段為中等透水層，平均滲透率分別為0.29 μm2和0.31 μm2，推測(cè)其為富水破碎砂層；注漿后，強(qiáng)弱透水地層透水性均有不同程度改變，中等透水層滲透性大幅降低至弱透水狀態(tài)。多孔破碎巖層利于漿液注入擴(kuò)散，止水效果顯著。由表1可知，注漿后巖層可注性趨于一致，各深度巖層滲透率接近于1×10-2μm2，均為弱透水層。

表1 壓水試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

圖2 室內(nèi)巖心滲透試驗(yàn)結(jié)果

4.2 巖層聲波檢測(cè)結(jié)果及分析

通過聲波測(cè)井試驗(yàn)與室內(nèi)巖心波速檢測(cè)，分別得到1—4號(hào)孔巖層波速，以及1號(hào)、2號(hào)孔各深度巖心波速，如圖3所示。由圖3可知，1號(hào)孔14～17 m、22～24 m段平均波速為1 855 m/s，低于整體平均波速2 121 m/s。注漿后2號(hào)孔整體巖層平均波速為2 741 m/s，巖層波速明顯提高，14～17 m及22～24 m原低波速區(qū)段均值波速提升38%，局部波速甚至高于3 000 m/s。3號(hào)、4號(hào)孔整體波速均值分別為2 720、2 699 m/s，在原低波速區(qū)段平均波速高于1號(hào)孔42%、39%。判斷該區(qū)段巖層為強(qiáng)風(fēng)化壓碎砂巖，巖體變形性強(qiáng)，裂隙和孔隙大且連通性好，漿液對(duì)孔隙有效填充，從而波速大幅度提高。該規(guī)律與Kohkichi等[6]的結(jié)論相近。注漿后各深度巖心的波速與滲透性的變化方向相反，變化幅度一致，表明波速可有效預(yù)測(cè)注漿巖層滲透性變化。

圖3 聲波波速檢測(cè)結(jié)果

4.3 富水砂巖波速-滲透率模型分析

模型中假定流體波速Vf與骨架波速Vm不變，依照Kamel等[13]巖體試驗(yàn)結(jié)果取值Vf=1 648 m/s，Vm=5 492 m/s。將以上1號(hào)、2號(hào)孔室內(nèi)巖心波速與滲透率試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(8)進(jìn)行回歸分析。擬合曲線如圖4所示，擬合參數(shù)如表2所示。

圖4 1號(hào)孔和2號(hào)孔巖心波速-滲透率擬合曲線(Vm=5 492 m/s)

表2 波速-滲透率模型擬合參數(shù)

兩組擬合所得的決定性系數(shù)R2分別為0.903和0.887，試驗(yàn)數(shù)值與模型擬合度較高，證明該公式中波速可以較好地反演砂巖滲透率，2號(hào)孔擬合度相對(duì)1號(hào)孔偏低。

由圖4可知，砂巖滲透率隨波速增大而降低，呈非線性關(guān)系，且滲透率的變化率隨波速的增大而減小，并存在變化分界點(diǎn)，即:波速低于分界點(diǎn)時(shí)，滲透率隨波速變化的幅度大；當(dāng)波速高于分界點(diǎn)時(shí)，滲透率隨波速變化的敏感度降低。式(8)中波速反映了滲流空間占比與滲透率的關(guān)系。當(dāng)波速接近純水中的波速1 640 m/s時(shí)，巖體內(nèi)固相幾乎不存在，滲流不受阻礙；當(dāng)波速接近砂巖骨架波速5 492 m/s時(shí)，將不存在滲流通道，滲透率將降為0，即β′為0。

圖5 注漿砂巖巖心及漿脈

4.4 注漿對(duì)波速-滲透率模型的影響及修正

式(8)中巖性指數(shù)x是表征巖土顆粒性質(zhì)及空間結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。注漿通過滲透、擠密、劈裂等作用使?jié){脈與原巖骨架形成新的復(fù)合巖土結(jié)構(gòu)，改變了地層性質(zhì)，如圖5所示。這導(dǎo)致圖4(a)曲線中巖性指數(shù)x與圖4(b)不同。漿脈主要成分為硅酸鹽水泥，其骨架波速為3 000 m/s[18]，低于砂巖骨架波速，因此新的巖土結(jié)構(gòu)骨架波速應(yīng)介于二者之間。對(duì)2號(hào)孔數(shù)值擬合時(shí)，采用原砂巖骨架波速，導(dǎo)致擬合度相對(duì)偏低，需修正骨架波速，對(duì)數(shù)據(jù)重新擬合。

根據(jù)Kamel等[13]的試驗(yàn)研究可知，巖體骨架聲波時(shí)差Δtm與巖性指數(shù)x存在以下關(guān)系,即

x=55 196Δtm-0.884 3。

(9)

由于Δtm=1/Vm，注漿前、后x比值存在以下關(guān)系,即

(10)

式中:x1、x2分別為注漿前、后巖性指數(shù)；V1、V2分別為注漿前、后波速;55 196和0.884 3為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

將表2中的參數(shù)注漿前骨架波速V1=5 492 m/s，巖性指數(shù)1/x1=2.826及未修正注漿后擬合所得的巖性指數(shù)1/x2=3.348代入式(10)，計(jì)算得到注漿后巖體骨架波速修正值V2為4 534 m/s。將修正波速V2代入式(8)的Vm，重新進(jìn)行回歸分析，得到圖6。由圖6和表2分析，擬合曲線決定系數(shù)R2達(dá)到0.908，與修正前相比擬合度明顯提高。這證明了注漿影響了模型參數(shù)，但未改變波速與滲透率間的函數(shù)關(guān)系。

圖6 2號(hào)孔巖心波速-滲透率擬合曲線(Vm=4 534 m/s)

4.5 模型工程檢驗(yàn)

以上回歸分析針對(duì)的是室內(nèi)巖心試驗(yàn)結(jié)果，分析對(duì)象僅1號(hào)孔與2號(hào)孔巖心，尚無法排除試驗(yàn)偶然性。利用原位聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算理論滲透率，與壓水試驗(yàn)測(cè)得的試驗(yàn)值對(duì)比，對(duì)模型進(jìn)行再次驗(yàn)證。

為驗(yàn)證模型在工程中的可靠性，將1—4號(hào)孔的測(cè)井波速代入含表2修正參數(shù)的式(8)中，計(jì)算得到各深度逐點(diǎn)巖層滲透率。通過式(11)進(jìn)行深度加權(quán)平均計(jì)算，將測(cè)點(diǎn)滲透率計(jì)算為測(cè)段平均滲透率。

(11)

表3 1號(hào)與2號(hào)孔巖層試驗(yàn)滲透率與計(jì)算滲透率對(duì)比

表4 3號(hào)與4號(hào)孔巖層試驗(yàn)滲透率與計(jì)算滲透率對(duì)比

分析表3可知，注漿前砂巖滲透率計(jì)算結(jié)果誤差介于7.2%～12.2%，注漿后砂巖滲透率計(jì)算結(jié)果誤差介于14.2%～21.4%，對(duì)注漿后模型參數(shù)修正后，計(jì)算誤差減小至11.2%～12.3%。由于漿脈影響，式(8)中的骨架波速將比實(shí)際值偏大，未修正前計(jì)算結(jié)果高于修正計(jì)算值，相對(duì)差值隨深度而增大。由表4可知，采用修正模型計(jì)算獲得的3號(hào)、4號(hào)孔滲透率誤差介于8.4%～12.4%。

因此，本文所提出的注漿富水砂巖波速-滲透率修正模型能夠根據(jù)巖層縱波波速較好地反演注漿后巖層滲透性的變化。

5 注漿效果評(píng)價(jià)應(yīng)用

對(duì)富水破碎砂巖注漿效果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，一般可以通過巖心試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)。但由圖3可知，原位試驗(yàn)波速高于室內(nèi)巖心波速。根據(jù)李曉昭等[19]的研究，產(chǎn)生該偏差的主要原因是巖心由地層取至地表，應(yīng)力狀態(tài)改變，內(nèi)部裂隙受彈性作用而擴(kuò)張，導(dǎo)致波速降低。富水破碎巖體受該擾動(dòng)更為明顯，裂隙擴(kuò)張甚至影響巖心滲透率，而利用測(cè)井波速反演巖層滲透率，可避免巖心試驗(yàn)存在的偏差。

對(duì)于富水破碎巖層，止水效果是注漿效果評(píng)價(jià)體系中的一個(gè)重要方向。滲透率降低幅度η可作為注漿對(duì)巖層抗?jié)B性改善的量化值，反映巖體滲透性變化，作為巖體抗?jié)B性提升評(píng)價(jià)指標(biāo)。其表達(dá)式為

(12)

式中:k1為注漿前巖層滲透率;k2為注漿后巖層滲透率。但由于存在原滲透率較低而注漿后滲透率變化較小的巖層情況，單從滲透率的變化幅度不足以體現(xiàn)注漿后巖層的透水性。

根據(jù)規(guī)范[20]可知滲透系數(shù)<10-4cm/s，滲透率<0.1 μm2時(shí)，巖體為弱透水性，將巖層現(xiàn)狀滲透率k作為透水性指標(biāo)，并以0.1 μm2為弱透水判定值判斷巖層透水性。k、k1、k2值可通過壓水試驗(yàn)獲得，但壓水試驗(yàn)結(jié)果僅代表整體測(cè)段平均滲透性。為提高檢測(cè)精度，通過聲波測(cè)井獲得各深度巖層縱波波速V，將V代入式(8)獲得注漿前、后巖層計(jì)算滲透率，以計(jì)算滲透率表示指標(biāo)中k、k1、k2值，突破了壓水試驗(yàn)試段檢測(cè)的局限，實(shí)現(xiàn)了滲透率的逐點(diǎn)檢測(cè)和對(duì)細(xì)部巖體的注漿止水效果評(píng)價(jià)。

根據(jù)以上評(píng)價(jià)方法，分析本文案例中的地基注漿效果。將圖3中的測(cè)井波速代入式(8)中，以圖4(a)參數(shù)計(jì)算注漿前巖層滲透率，以圖6參數(shù)計(jì)算注漿后巖層滲透率，并通過計(jì)算滲透率獲得巖層透水性指標(biāo)與抗?jié)B性提升指標(biāo)，如圖7、圖8所示。

圖7 巖層透水性指標(biāo)

圖8 巖層抗?jié)B性提升指標(biāo)

由圖7可知，注漿前34%測(cè)點(diǎn)巖層滲透率高于0.1 μm2，為中等透水巖層，主要分布于深度14～17 m及22～24 m，與室內(nèi)試驗(yàn)判一致，并發(fā)現(xiàn)20.5 m深度細(xì)部巖層透水性較大。注漿后所有測(cè)點(diǎn)巖層滲透率均低于0.1 μm2，透水性降低至弱透水，符合施工要求。根據(jù)圖8數(shù)據(jù)顯示，2—4號(hào)孔平均抗?jié)B性提升率分別達(dá)到0.86、0.78、0.77，超過40%測(cè)點(diǎn)巖層抗?jié)B濾提升指標(biāo)在0.9以上，注漿止水效果顯著。數(shù)據(jù)表明該地基注漿后整體及局部巖層抗?jié)B性得到改善，注漿效果達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。該評(píng)價(jià)方法適用于注漿富水砂巖滲透性檢測(cè)，通過聲波測(cè)井獲取各深度巖層滲透性，判斷注漿止水效果。

6 結(jié) 論

(1)以Wyllie-Clemenceau公式和Kozeny-Carman方程為基礎(chǔ)，建立了適用于富水砂巖的波速-滲透率模型，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，驗(yàn)證了模型的合理性，發(fā)現(xiàn)波速與滲透率呈非線性負(fù)相關(guān)，滲透率變化率隨波速增大而減小，并存在變化分界點(diǎn)。

(2)在Kamel試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，修正了注漿后模型參數(shù)巖體骨架波速Vm，提高了波速-滲透率模型對(duì)注漿巖體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合度。

(3)將構(gòu)建的波速-滲透率模型應(yīng)用于工程實(shí)踐，以測(cè)井波速代入模型，獲得注漿前、后各深度巖層計(jì)算滲透率?；谟?jì)算滲透率提出巖層透水性指標(biāo)與抗?jié)B性提升指標(biāo)，建立了注漿止水效果評(píng)價(jià)體系。