[發明專利]一種變水頭分段滲透系數測量設備及測量方法

有效

• 申請號: 201310038456.2
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103091229A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 陳亮;王保田;黃德文;詹瀘成;趙敬川;羅志琳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于巖土工程參數探測領域，特別涉及一種變水頭分段滲透系數測量設備，還涉及利用該設備測量滲透系數的方法。

背景技術

利用鉆孔測量含水層的滲透系數一般采用注水法或抽水法，這兩種方法測量的都是鉆孔揭露的地層的平均滲透性。然而，由于地質條件的復雜性，不同深度的地層的滲透系數并不相同，有的甚至相差好幾個數量級；因此，這兩種方法不能反映滲透的不均勻性。

目前對鉆孔的分段滲透系數測量通常采用壓水法，例如《水利水電工程鉆孔壓水試驗規程SL25－92》。壓水法對鉆孔及栓塞的要求比較嚴格，如采用金剛石鉆進、巖石堅硬、孔壁完整、連續鉆進深度不超過40m等。然而，由于鉆孔的施工工藝不同，地質情況復雜多變，導致很多鉆孔難以滿足上述要求。同時，由于壓水法中的水壓較大，一般分為三級壓力值（0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa），因此對栓塞的密封性能要求很高，例如上述規程中要求栓塞的長度達到7.5倍鉆孔孔徑，即對于鉆孔孔徑為1dm的鉆孔需要的封堵栓塞的長度達到了7.5dm；然而，即使這樣也很難達到較好的封堵效果。此外，壓水法測量時間較長，成本較高，對于急于得到巖土體滲透系數的工程不太實用。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的是提供一種測定時間短、結果準確的變水頭分段滲透系數測量設備，還涉及利用該設備測量滲透系數的方法。

技術方案：本發明提供的一種變水頭分段滲透系數測量設備，包括降水頭微水試驗裝置、雙栓塞封堵裝置和探頭；所述微水試驗裝置包括通過導水管連接的量筒和漏水花管；所述雙栓塞封堵裝置包括通過導氣管自上而下依次連接的高壓氣筒、單向閥、壓力計、第一栓塞和第二栓塞，所述單向閥和壓力計之間還設有氣閥；所述第一栓塞、漏水花管和第二栓塞自上而下依次設于探頭內。

作為本發明變水頭分段滲透系數測量設備的一種改進，還包括三腳架，所述三腳架設于量筒底部。

作為本發明變水頭分段滲透系數測量設備的一種優選，所述第一栓塞和第二栓塞均為彈性材料制成，由于第一栓塞和第二栓塞膨脹性能、密封性能良好的彈性材料制成，從而保證了良好的封堵密封性；進一步優選地，所述彈性材料為橡膠等材料，如輪胎內膽等。

作為本發明變水頭分段滲透系數測量設備的另一種優選，所述第一栓塞的長度為15-20cm，所述第二栓塞的長度為15-20cm。

本發明還提供了一種變水頭分段滲透系數測量方法，包括以下步驟：

（1）確定待測鉆孔的封堵氣壓和極限氣壓：無水壓的條件下，測定待測鉆孔所需的封堵氣壓和極限氣壓，所述封堵氣壓為確保鉆孔中待測段不漏水的最小氣壓，所述極限氣壓為確保栓塞安全的最大氣壓；

（2）將變水頭分段滲透系數測量設備的探頭置于待測鉆孔的指定深度，測量待測鉆孔水位，根據探頭深度和待測鉆孔水位計算附加封堵氣壓，所述附加封堵氣壓即抵抗水壓力所需的氣壓；

（3）將第一栓塞和第二栓塞加壓至封堵氣壓，鉆孔中待測段即被封堵；

（4）向量筒內注水，并記錄量筒內水位隨時間的變化關系，即得鉆孔中待測段地層的滲透系數；

（5）測試結束后，打開氣閥，釋放第一栓塞和第二栓塞內的氣壓；此外，改變探頭深度即可進行下一次測試。

有益效果：本發明提供的變水頭分段滲透系數測量設備結構簡單、成本低廉、使用方便，通過高壓氣筒壓入空氣使第一栓塞和第二栓塞膨脹并封堵隔離一段鉆孔，利用微水試驗裝置即可測量封堵段鉆孔附近含水層的滲透系數，測量結果準確。

本發明提供的變水頭分段滲透系數測量設備，相對于壓水實驗裝置省去了高壓注水的裝置，由于采用降水頭微水試驗來測量滲透系數，不需要較高的水壓，因此封堵栓塞較短，并能達到較好的密封效果，結構簡單、成本低廉，而且操作方便。

本發明提供的變水頭分段滲透系數測量方法利用量筒內水頭隨時間變化關系，繪制出來ln(H_t/H₀)～t變化曲線，根據相關參數即可計算出滲透系數，能夠快速的現場測量出巖土體的滲透系數，測量時間短、成本低、容易實現。

附圖說明

圖1為本發明變水頭分段滲透系數測量設備的結構示意圖。

圖2為本發明變水頭分段滲透系數測量方法各參數示意圖。

圖3為ln(H_t/H₀)隨時間變化曲線。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作出進一步說明。

實施例1