CN107102378A - 利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法 - Google Patents

利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，包括步骤：1)对测量地区土层进行孔压静力触探贯入试验；2)根据孔压静力触探贯入试验划分的土层，判定隔水层与承压含水层，确定承压含水层顶面埋深H1；3)采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0；4)计算承压含水层水位h与水头高度hw，计算公式为：h＝H1‑hw(2)式中：hw表示承压含水层顶面的压力水头高度；γw表示水的重度，取10kN/m3；H表示试验深度；H1表示承压含水层顶面埋深；D表示孔压静力触探探头孔压过滤器至承压含水层顶面的距离，D＝H‑h；u0表示在承压含水层试验深度孔压消散试验稳定孔隙水压力值；h表示承压含水层水位埋深。

Description

利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法
技术领域
本发明涉及岩土工程勘察技术领域，具体地指一种利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法。
背景技术
在岩土工程勘察中，承压含水层水位与水头高度是重要的水文地质参数，尤其对深基坑工程的坑底抗突涌稳定性计算至关重要。目前在岩土工程勘察中，要想获得准确的承压含水层水位与水头高度，必须单独设置承压含水层水文观测孔，首先利用钻机钻孔至承压含水层，埋设底部设有孔洞并包裹滤网的金属圆管至承压含水层，在金属圆管外侧与钻孔壁之间填筑一定级配的砂石(作为反滤料)至承压含水层顶板，再在反滤料上部填筑黏土球封堵承压含水层上部的地下水，最后测定金属圆管内的稳定水位即为承压含水层水位。利用水文观测孔测定承压含水层水文工艺复杂、耗时长、费用大，若承压含水层上部地下水未被完全封堵，测定的则是整个地层的混合水位，不能作为承压含水层的水位。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足之处，提出一种利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，直接快速测试承压含水层水位与水头高度，解决目前承压含水层水位与水头高度难以测定的问题。
为实现上述目的，本发明所设计的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)对测量地区土层进行孔压静力触探贯入试验；
2)根据孔压静力触探贯入试验划分的土层，判定隔水层与承压含水层，确定承压含水层顶面埋深H1；
3)采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0；
4)计算承压含水层水位h与水头高度hw，计算公式为：
h＝H1-hw (2)
式中：hw表示承压含水层顶面的压力水头高度；
γw表示水的重度，取10kN/m3；
H表示试验深度；
H1表示承压含水层顶面埋深；
D表示孔压静力触探探头孔压过滤器至承压含水层顶面的距离，D＝H-h；
u0表示在承压含水层试验深度孔压消散试验稳定孔隙水压力值；
h表示承压含水层水位埋深。
优选地，所述步骤1)中孔压静力触探贯入试验的步骤包括：
11)布置孔压静力触探的测试孔位；
12)安装反力装置和贯入设备；
13)启动贯入设备，进行贯入试验；
14)提取锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙水压力u试验数据，绘制孔压静力触探贯入试验的曲线图，划分土层；
优选地，所述步骤2)中根据孔压静力触探贯入试验曲线图划分的土层中淤泥、淤泥质土、粉质黏土、黏土等土层判定为不透水层；粉土、砂土、砾石土及碎石土等土层判定为透水层。
优选地，所述步骤2)中判定隔水层与承压含水层的方法为当透水层上方分布有不透水层时，则此透水层判定为承压含水层，其上方的不透水层判定为隔水层。
优选地，所述步骤2)中确定承压含水层顶面埋深H1的方法为所述孔压静力触探贯入试验曲线图中隔水层与其下部承压含水层的分界界面即为承压含水层顶面，其深度即为承压含水层顶面埋深H1。
优选地，所述步骤3)中采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0的方法为孔压静力触探贯入到达承压含水层试验深度H后停止贯入，立刻进行孔隙水压力消散试验，即按时间间隔测试孔隙水压力，直至孔隙水压力消散达到稳定为止，采集仪显示孔压消散曲线并储存数据。
优选地，所述步骤13)中贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙水压力u，采集仪器同步显示锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙水压力u沿深度的贯入曲线。
本发明利用孔压静力触探贯入试验可准确划分土层，确定隔水层与承压含水层，并确定承压含水层顶面埋深，利用孔压静力触探消散试验可准确确定承压含水层的稳定孔隙水压力，从而可准确计算出承压含水层的水位与水头高度。利用孔压静力触探测试承压含水层水位与水头高度，相对于单独设置水文观测孔，具有操作简单、试验快速、精度高、费用低等特点。本发明在不增加测试技术手段的前提下，解决了承压含水层水位与水头高度难以测定的问题，拓展了孔压静力触探的应用功能，节约了勘察成本，提高了效率，效果明显。
附图说明
图1为本发明所采用的孔压静力触探试验示意图。
图2为图1中孔压静力触探探头的结构示意图。
图3为孔压静力触探贯入试验曲线图。
图4为孔压静力触探消散试验曲线图。
图中：孔压静力触探探头1，探杆2，承压含水层3，隔水层4，承压含水顶面5，锥尖6，摩擦套筒7，孔压过滤器8。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明一种利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，包括如下步骤：
1)对测量地区土层进行孔压静力触探贯入试验。
11)布置静探孔的测试孔位，确定试验深度H。
根据岩土工程勘察资料，确定需要在勘察场地进行试验的孔位，并测量放线，根据岩土工程勘察资料，确定需要进行测试的承压含水层的深度，即试验深度H。
12)安装反力装置和贯入设备(图1、图2)。
平整试验场地，安装反力装置和贯入设备，用水平尺调整机具水平后，紧固贯入设备与反力装置，再就是传感器与静探专用仪器连接，仪器调零完成后即可贯入。
13)启动贯入设备，采集测量地区的锥尖阻力qc、侧摩阻力fs、孔隙水压力u。
贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入锥尖阻力值、侧摩阻力值、孔隙水压力值，采集仪显示测试参数随深度变化曲线并储存数据。
14)提取锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙水压力u试验数据，绘制孔压静力触探贯入试验的曲线图(图3)，划分土层。
2)根据孔压静力触探贯入试验划分的土层，判定隔水层与承压含水层，确定承压含水层顶面埋深H1。
根据孔压静力触探贯入试验曲线图(图3)划分的土层中淤泥、淤泥质土、粉质黏土、黏土等土层为不透水层；粉土、砂土、砾石土及碎石土等土层判定为透水层。当透水层上方分布一定厚度的不透水层时，则此透水层判定为承压含水层，其上方的不透水层判定为隔水层。
孔压静力触探贯入试验曲线图(图3)中隔水层与其下部承压含水层的分界界面即为承压含水层顶面，其深度即为承压含水层顶面埋深，其深度即为承压含水层顶面埋深H1。
3)采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0；
孔压静力触探贯入到承压含水层中试验深度后停止贯入，立刻进行孔隙水压力消散试验，即按时间间隔测试孔隙水压力u，直至孔压消散达到稳定为止(以连续2小时内孔压值不变为标准)，采集仪显示孔压消散曲线并储存数据(图4)，得到孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0。
4)计算承压含水层水位h与水头高度hw。
承压含水层顶面的压力水头高度hw按下式计算：
则承压含水层水位h为：
h＝H1-hw (2)式中：hw表示承压含水层顶面的压力水头高度(m)；
γw表示水的重度(kN/m3)，一般取10kN/m3；
H表示试验深度(m)；
H1表示承压含水层顶面埋深(m)；
D表示—孔压静力触探探头孔压过滤器至承压含水层顶面的距离(m)(图1)，D＝H-h；
u0表示在承压含水层试验深度孔压消散试验稳定孔隙水压力值(kPa)；
h表示承压含水层水位埋深(m)。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对测量地区土层进行孔压静力触探贯入试验；
2)根据孔压静力触探贯入试验划分的土层，判定隔水层与承压含水层，确定承压含水层顶面埋深H1；
3)采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0；
4)计算承压含水层水位h与水头高度hw，计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>h</mi> <mi>w</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>w</mi> </msub> <mi>D</mi> </mrow> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>w</mi> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>u</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>&amp;gamma;</mi> <mi>w</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mi>D</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
h＝H1-hw (2)
式中：hw表示承压含水层顶面的压力水头高度；
γw表示水的重度，取10kN/m3；
H表示试验深度；
H1表示承压含水层顶面埋深；
D表示孔压静力触探探头孔压过滤器至承压含水层顶面的距离，D＝H-h；
u0表示在承压含水层试验深度孔压消散试验稳定孔隙水压力值；
h表示承压含水层水位埋深。
2.根据权利要求1所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤1)中孔压静力触探贯入试验的步骤包括：
11)布置静探孔的测试孔位；
12)安装反力装置和贯入设备；
13)启动贯入设备，进行贯入试验；
14)提取锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔隙水压力u试验数据，绘制孔压静力触探贯入试验的曲线图，划分土层。
3.根据权利要求1所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤2)中根据孔压静力触探贯入试验曲线图划分的土层中淤泥、淤泥质土、粉质黏土、黏土等土层为不透水层；粉土、砂土、砾石土及碎石土等土层为透水层。
4.根据权利要求1所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤2)中判定隔水层与承压含水层的方法为当透水层上方分布有不透水层时，则此透水层判定为承压含水层，其上方的不透水层判定为隔水层。
5.根据权利要求1所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤2)中确定承压含水层顶面埋深H1的方法为所述孔压静力触探贯入试验曲线图中隔水层与其下部承压含水层的分界界面即为承压含水层顶面，其深度即为承压含水层顶面埋深H1。
6.根据权利要求1所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤3)中采集承压含水层中孔压消散试验稳定孔隙水压力值u0的方法为孔压静力触探贯入到达承压含水层试验深度H后停止贯入，立刻进行孔隙水压力消散试验，即按时间间隔测试孔隙水压力，直至孔压消散达到稳定为止，采集仪显示孔压消散曲线并储存数据。
7.根据权利要求2所述的利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法，其特征在于：所述步骤13)中贯入设备以20mm/s的速度匀速贯入试验地层中，每贯入100mm采集一次贯入锥尖阻力值qc、侧摩阻力值fs、孔隙水压力值u。
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