Field Variable Permeability Tests (Slug Tests) in Boreholes Made by Driven Flush-Joint Casings, or Driven Flush-Joint Casing Permeameters, or Between Packers in Cored Rock Boreholes, or in Monitoring Wells ― Overdamped Response

En génie civil et géologique, on a utilisé depuis plus d'un siècle les essais in situ de perméabilité à niveau variable (essais VH ou slug tests), afin d'évaluer la conductivité hydraulique locale des sols et rocs testés. Le niveau d'eau dans le tuyau ou le tubage prend, après une période de repos, une position ou élévation statique, z2. Ensuite, on modifie rapidement la position du niveau d'eau, en ajoutant ou en enlevant rapi-dement un volume d'eau, ou en insérant ou retirant un objet solide. La position ou l'élévation du niveau d'eau, z1(t), est alors notée en fonction du temps, t, ce qui donne une différence de charge hydraulique définie par Z(t) = z1(t) - z2. Le niveau d'eau au repos est supposé être le niveau piézométrique pour la zone testée, avant de forer un trou et d'installer l'équipement pour un essai. Toutes les équations utilisent Z(t) ou Z*(t) = Z(t) / Z(t=0). La réponse du niveau d'eau avec le temps peut être soit un lent retour à l'équilibre (cas suramorti) soit une oscillation amortie retournant à l'équilibre (cas sous-amorti). Ce document ne traite que des cas suramortis. Leurs données peuvent être analysées à l'aide de plusieurs méthodes, connues pour donner des résultats différents pour la conductivité hydraulique. Les méthodes appartiennent à trois groupes : le groupe 1 néglige l'influence de la déformation de la matrice solide, le groupe 2 est pour les essais dans des aquitards avec une déformation différée causée par la consolidation, et le groupe 3 prend en compte une certaine déformation élastique et instantanée de la matrice solide. Ce document explique brièvement ce qui est incorrect dans les théories et pourquoi. Il montre trois façons de tracer les données, qui sont les trois graphiques de diagnostic. Selon l'expérience de milliers d'essais, la plupart des données sont biaisées par un estimé incorrect de z2, le niveau piézométrique supposé. Le graphe de la dérivée ou graphe des vitesses ne dépend pas de la valeur supposée pour le niveau piézomé-trique, mais peut vérifier son exactitude. Le document présente des résultats expérimentaux et explique le diagnostic à trois graphiques, qui unifie les théories et donne un résultat indépendant de l'utilisateur, ce qui est important.

Abstract

Civil and geological engineers have used field variable-head permeability tests (VH tests or slug tests) for over one century to assess the local hydraulic conductivity of tested soils and rocks. The water level in the pipe or riser casing reaches, after some rest time, a static position or elevation, z2. Then, the water level position is changed rapidly, by adding or removing some water volume, or by inserting or removing a solid slug. Afterward, the water level position or elevation z1(t) is recorded vs. time t, yielding a difference in hydraulic head or water column defined as Z(t) = z1(t) - z2. The water level at rest is assumed to be the piezometric level or PL for the tested zone, before drilling a hole and installing test equipment. All equations use Z(t) or Z*(t) = Z(t) / Z(t=0). The water-level response vs. time may be a slow return to equilibrium (overdamped test), or an oscillation back to equilibrium (underdamped test). This document deals exclusively with overdamped tests. Their data may be analyzed using several methods, known to yield different results for the hydraulic conductivity. The methods fit in three groups: group 1 neglects the influence of the solid matrix strain, group 2 is for tests in aquitards with delayed strain caused by consolidation, and group 3 takes into account some elastic and instant solid matrix strain. This document briefly explains what is wrong with certain theories and why. It shows three ways to plot the data, which are the three diagnostic graphs. According to experience with thousands of tests, most test data are biased by an incorrect estimate z2 of the piezometric level at rest. The derivative or velocity plot does not depend upon this assumed piezometric level, but can verify its correctness. The document presents experimental results and explains the three-diagnostic graphs approach, which unifies the theories and, most important, yields a user-independent result.

Mots clés

• Permeability tests
• Field
• Variable head
• Hydraulic conductivity
• Essais de perméabilité
• Terrain
• Niveau variable
• Conductivité hydraulique