П 54-90 (ВНИИГ) Методика составления моделей водопроницаемости скальных массивов в основаниях гидротехнических сооружений (Пособие к СНиП 2.02.02-85)

2. СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ДАННЫХ
ПОЛЕВЫХ ОПЫТНО-ФИЛЬТРАЦИОННЫХ РАБОТ И ИХ АНАЛИЗ

2.1. Достоверность значений и и соответствие методики проведения опытов требованиям нормативно-методических документов [25, 43, 52, 57] следует оценивать по материалам первичной документации опытно-фильтрационных работ. Не соответствующие этим требованиям дефектные данные опытов необходимо исключить из дальнейшего рассмотрения. Результаты правильно проведенных опытов, сильно отличающиеся от фоновых значений водопроницаемости (на несколько порядков), должны учитываться, даже если они выходят за интервал "Трех сигм" (трех среднеквадратичных отклонений). Такие экстремальные величины характеристик или обычно находят свое объяснение в структурных особенностях изучаемого массива и отображаются в контурах элементов модели водопроницаемости.

2.2. Основной объем определений водопроницаемости () в массиве выполняется методом нагнетаний (наливов) воды в скважины, а одиночные (контрольные) поинтервальные откачки позволяют находить значения . Для каждого объекта исследований рекомендуется устанавливать методом парной корреляции связь . Для приближенных оценок можно использовать данные рис.3, либо принимать примерное равенство численных значений (л/мин) и (м/сут). Согласно СНиП 2.02.02-85 величина отношения . Обобщающие графики (рис.3, кривые 1-3), составленные по данным больших выборок (сотни значений), дают отношение в диапазоне л/мин.

Рис.3. К оценке коэффициента перехода от удельного водопоглощения к коэффициенту фильтрации
 (по данным Л.Н.Ткаченко, А.М.Гуреева, В.В.Каякина, И.А.Пирогова)

1 - диабазы, граниты; 2 - песчано-глинистые отложения; 3 - известняки, доломиты;
4 - граниты (Красноярская ГЭС); 5 - кристаллические сланцы (Саяно-Шушенская ГЭС);
6 - долериты (Братская, Усть-Илимская ГЭС); 7 - известняки (Чарвакская ГЭС);
8 - известняки (Токтогульская ГЭС); 9 - флиш (Курпсайская, Нурекская ГЭС).

Модель водопроницаемости следует составлять на основе значений либо . Если модель строится по значениям , то имеющиеся величины необходимо пересчитать в . И наоборот, следует пересчитать в , если модель строится по величинам .

2.3. Необходимым вспомогательным материалом для построения модели водопроницаемости служат графики () и (), либо () и (), где - глубина от поверхности скальных пород по вертикали до середины интервала опробования; - абсолютная отметка середины интервала опробования. Указанные графики недостаточно строить "в целом по массиву"; необходима серия графиков раздельно для различных геоморфологических элементов (левый берег, дно долины, правый берег), различных структурно-петрологических элементов (СПЗ, СПБ) и гидродинамической зональности (п.2.4).

График () позволяет выявить влияние выветривания и разгрузки естественных напряжений на водопроницаемость. Значение вертикальных скважин определяется по разности абсолютных отметок поверхности скальных пород и середины интервала опробования. Для скважин, пробуренных наклонно, в том числе пройденных из штолен, значения по вертикали следует определять в соответствии с рис.4.

Рис.4. Схема определения глубины зон опытных нагнетаний в буровые скважины от поверхности
скальных горных пород в зависимости от положения стволов скважин относительно рельефа

Б. С. (60°) - ствол буровой скважины с наклоном 60°; вертикальные пунктиры - глубины границ
интервалов опытных зон от кровли скальных пород.

График () позволяет выявить приуроченность зон повышенной водопроводимости (в частности, путей сосредоточенной фильтрации) к определенным абсолютным отметкам, что характерно для закарстованных оснований, районов молодого и современного вулканизма и др.

Примечание. В условиях каньонообразных или глубоко врезанных речных долин с крутыми бортами следует строить также графики () или (), где - глубина по перпендикуляру от поверхности скальных пород; - заглубление в массив по горизонтали. В указанных условиях такие графики дадут полезную информацию о влиянии выветривания и разгрузки естественных напряжений на водопроницаемость.

2.4. Водопроницаемость и режим фильтрации в различных частях скального массива зависят также от их приуроченности к одной из гидродинамических зон: а) зоне аэрации; б) зоне сезонного колебания уровня подземных вод; в) зоне полного водонасыщения; г) зоне глубинной циркуляции. При большой ширине русла реки и асимметрии долины возможна более дробная систематизация фактического материала, при условии достаточного для статистической обработки числа опытов в каждой зоне (рис.5). Рекомендуемое обязательное разделение дренированной и водонасыщенной зон в бортах долины связано и с методическими различиями в проведении опытов в этих зонах (наливы и нагнетания).

Рис.5. Принципиальная схема расчленения структурно-петрологических элементов скального основания
 на их инженерно-геологические части (объемные элементы-блоки) в зависимости
от геоморфологических и гидрогеологических условий

I - дренированные борта каньона и их части; II - зона сезонных колебаний зеркала подземных вод в бортах;
 III - обводненная зона бортов и ее части; IV - обводненная подрусловая зона и ее части:
П - правая; Ц - центральная; Л - левая.

В закарстованных массивах целесообразно разделять гидродинамические зоны по схеме Г.А.Максимовича (рис.6), так как каждая из этих зон характеризуется своим водным режимом, наличием или отсутствием напора, положением относительно эрозионного вреза, преобладающим направлением движения, скоростью фильтрации, т.е. присущим этой зоне направлением гидрогеологического процесса.

Рис.6. Схема гидродинамических зон карстового массива, прорезанного рекой (Г.А.Максимович, 1958 г.)

I - зона поверхностной циркуляции; II - зона вертикальной нисходящей циркуляции; IIа - подзона
подвешенных вод на местных водоупорах; III - зона колебания уровня карстовых вод или переходная;
 IV - зона горизонтальной циркуляции; V - зона сифонной циркуляции напорных вод; VI - зона
поддолинной или подрусловой циркуляции; VII - зона глубинной циркуляции.

Карстовые источники зон циркуляции: А - вертикальной нисходящей; Б - подвешенных вод; В, Д - сифонной;
 Г - переходной; Е - разгрузка вод зоны горизонтальной циркуляции в речные отложения.

2.5. Фактические данные опытно-фильтрационных работ целесообразно сводить в табличную форму (табл.3), в которой помимо общепринятых сведений отмечается отнесение интервала к соответствующему структурно-петрологическому элементу (СПБ, СПЗ), а также категория представительности материала опробования массива в зависимости от принадлежности интервала опробования к одному, двум или трем различным элементам строения массива:

I категория - вся длина интервала опробования находится в пределах одного СПБ или СПЗ;