CN110186827A - 一种压水试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压水试验装置及试验方法。该压水试验装置包括压水系统、动态流量平衡系统和压力记录系统；所述压水系统经动态流量平衡系统对设于钻孔内的压水管定流量压水，通过压力记录系统记录钻孔试验段的水压增量值。该装置实现了定流量压水，同时还实现了实时记录钻孔内压力变化。该压水试验方法通过压水试验装置获得流量和压力记录数据，直接采用地下水动力学中成熟的解析公式计算渗透参数，提高测量的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种本发明属于水利水电工程地质勘察技术领域，具体涉及一种压水试验装置及试验方法。
背景技术
进行水利水电工程地质勘察时，需要确定岩体，特别是透水结构面，如断层、错动带等的渗透性参数。目前的主要通过分级定压力（变流量）压水试验确定岩体渗透参数，由于分级定压力（变流量）压水试验获得的流量和压力值没有相对应的解析公式可以计算渗透参数，因此多采用经验公式计算渗透参数，理论不严密，计算误差较大。在地下水动力学中有很多成熟的钻孔定流量非稳定流计算渗透参数的解析公式，如Dupuit公式、Theis公式、Jacob公式等等，抽水试验主要通过钻孔定流量非稳定流抽水试验采用这些公式计算含水层的渗透参数。压水试验由于技术上的原因，难以做到定流量压水、更难实现实时记录钻孔内压力变化，因此多采用定压力压水试验，而无法采用以上成熟的计算渗透参数的解析公式。
发明内容
本发明提供一种压水试验装置及试验方法，不仅实现了定流量压水，同时还实现了实时记录钻孔内压力变化，通过该装置压水试验获得的流量和压力记录数据，可以直接采用地下水动力学中成熟的解析公式计算渗透参数，提高测量的精确度。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种压水试验装置，包括压水系统、动态流量平衡系统和压力记录系统；所述压水系统经动态流量平衡系统对设于钻孔内的压水管定流量压水，通过压力记录系统记录钻孔试验段的水压增量值。
优选地，所述压水系统包括蓄水箱、水泵和回水管；所述水泵的抽水口经抽水管与蓄水箱连通，水泵的出水口与动态流量平衡系统的进水口连通，水泵的回水口经回水管与蓄水箱连通，所述回水管上设置有回水阀。
优选地，所述动态流量平衡系统包括：动态流量平衡阀、弹性闸阀和用于控制动态流量平衡阀的通过流量的流量控制阀，所述弹性闸阀与动态流量平衡阀的进水口和出水口处各设有一个。
优选地，所述动态流量平衡阀上设有用于显示动态流量平衡阀进水口压力的第一压力表和用于显示动态流量平衡阀出水口通过流量的第一流量表。
优选地，所述压水记录系统包括第二压力表，传压管和设于钻孔试验段中的压力传感器；所述传压管一端与所述第二压力表连接，另一端延伸至所述钻孔试验段中；所述压力传感器上连接有用于将压力传感器从钻孔试验段置入和取出的挂绳。
优选地，所述压力传感器包括自记式压力传感器。
本发明提供的压水试验装置，其优点在于：装置中动态流量平衡系统中的动态流量平衡阀的阀胆能根据系统内的水压差变化自动调整，保证不会超过原先设定的水流量并吸收过量的压差，从而实现整个水系统压力和流量的自动平衡。弹性闸阀是允许能产生微量变形的闸板 , 以改善其工艺性 , 弥补密封面角度在连接过程中产生的偏差。压力自动记录系统中的自记式压力传感器，可以按设定的频率自动记录，显示实际水压增量值变化过程。因此本发明装置实现了定流量压水、同时实现实时记录钻孔内压力变化。
本发明还提供了一种压水试验方法，包括如下步骤：压水系统按照动态流量平衡系统设定的流量值对压水管进行多次定流量压水，每次设定的流量值不同；根据压力记录系统记录的钻孔试验段不同时段水压增量值，计算渗透参数。
优选地，定流量压水的次数为三次，第二次设定的流量值是第一次设定的流量值的1.5~2倍；第三次设定的流量值是第一次设定的流量值的3~5倍。
优选地，所述压力记录系统每分钟记录6~10个水压增量值。
本发明提供的压水试验方法，其优点在于：采用定流量进行试验，记录下压力变化，可以直接采用地下水动力学中成熟的解析公式计算渗透参数，理论严密，计算误差小。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种压水试验装置的结构示意图；
其中：1-蓄水箱；2-回水管；3-回水阀；4-抽水管；5-水泵；6：第一弹性闸阀；7-动态流量平衡阀；8-第一压力表；9-流量控制阀；10-第一流量表；11-第二弹性闸阀；12-第二流量表；13-第二压力表；14-压水管；15-传压管；16-上栓塞；17-自记式压力传感器；18-下栓塞；19-挂绳；20-地下水位；21-钻孔；22-地面。
具体实施方式
本发明提供的一种压水试验装置及试验方法适用于水利水电工程地质勘察技术领域，在待试验岩体进行钻孔，于钻孔中置入压水管，并通过栓塞隔离形成钻孔试验段，试验时对钻孔内的压水管进行定流量压水，记录钻孔试验段的水压增量，根据水压增量值计算渗透性参数，能够提高渗透性参数的计算精度。
为了更好的理解本发明的实质，下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作进一步的阐述。
如图1所示，本发明实施例提供的压水试验装置，包括压水系统、动态流量平衡系统和压力记录系统。压水系统经动态流量平衡系统对设于钻孔内的压水管定流量压水，通过压力记录系统记录钻孔试验段的水压增量值，根据水压增量值计算渗透性参数。
压水系统主要包括蓄水箱1、回水管2、回水阀3、抽水管4、水泵5、压水管14和上栓塞16和下栓塞18。上栓塞16和下栓塞18置于钻孔，隔离形成钻孔试验段，压水管14从钻孔口置入延伸至上栓塞16上表面。水泵5的抽水口经抽水管4与蓄水箱1连通，水泵5的出水口与动态流量平衡系统的进水口连通，水泵5的回水口经回水管2与蓄水箱1连通，回水管2上设置有回水阀3。试验时，水泵5抽取蓄水箱1中的水，按照动态流量平衡系统设定的流量向压水管14定流量压水，当水泵5抽取的水量大于动态流量平衡系统设定的流量时，多余的水可以由水泵5通过回水管2经回水阀3回流至蓄水箱1。
动态流量平衡系统包括动态流量平衡阀7、第一压力表8、流量控制阀9、第一弹性闸阀6和第二弹性闸阀11、第一流量表10和第二流量表12。动态流量平衡阀的阀胆能根据系统内的水压差变化自动调整并吸收过量的压差，保证流量的稳定性，流量控制阀9用于调整动态流量平衡阀的流量，连接于动态流量平衡阀上的第一压力表8用于显示动态流量平衡阀进水口压力，连接于动态流量平衡阀上的第一流量表用于显示动态流量平衡阀出水口通过流量。动态流量平衡阀7的进水口处连接第一弹性闸阀6，出水口处连接第二弹性闸阀11，弹性闸阀是允许能产生微量变形的闸板，用于弥补密封面角度在连接过程中产生的偏差。第二流量表12用于显示进入试验段的流量。
压力记录系统包括第二压力表13、传压管15和置于钻孔试验段的压力传感器。传压管15贯穿压水管14，传压管15的上端连接第二压力表13，下端贯穿上栓塞16延伸至钻孔试验段中。压力传感器经贯穿传压管15的挂绳连接第二压力表13，通过挂绳13能够将压力传感器置入钻孔试验段，同理，也能够通过挂绳13将压力传感器从钻孔试验段取出，便于数据的读取。为了能够实现试验过程中水压自动记录，压力传感器采用自记式压力传感器17。自记式压力传感器17可以按设定的频率自动记录钻孔试验段的实际水压增量值，也可通过无线或有线的方式与地表显示器连接，显示实际水压增量值变化过程。
本发明实施例提供的压水试验装置中动态流量平衡系统中的动态流量平衡阀的阀胆能根据系统内的水压差变化自动调整，保证不会超过原先设定的水流量并吸收过量的压差，从而实现整个水系统压力和流量的自动平衡。弹性闸阀是允许能产生微量变形的闸板 , 以改善其工艺性 , 弥补密封面角度在连接过程中产生的偏差。压力自动记录系统中的自记式压力传感器，可以按设定的频率自动记录，显示实际水压增量值变化过程。因此本发明装置实现了定流量压水、同时实现实时记录钻孔内压力变化。
本发明实施例还提供了一种压水试验方法，该试验方法可以采用前述的压水试验装置实现，具体包括如下步骤：
（1）确定需要做定流量压水试验的钻孔，钻孔位置低于地下水位。
（2）按图1组装钻孔定流量压水试验装置。
（3）打开所有阀门，在动态流量平衡阀上通过流量控制阀9设定某一流量值，开启水泵，检查所有管道、阀门、仪表连接处是否密闭，所有阀门、仪表是能否正常工作。
（4）确定试验装置都能正常工作后，等地下水位稳定后开始正式压水试验。
（5）打开所有阀门，在动态流量平衡阀上通过流量控制阀9设定第一次试验的固定流量值，开启水泵5，记录试验延续时间和第一次试验的固定流量值，观测并记录各个仪表工作状态。待第二压力表13基本稳定或试验延续30分钟后，在动态流量平衡阀上通过流量控制阀9重新设置流量，开始第二次钻孔定流量非稳定压水试验。
（6）第二次钻孔定流量非稳定压水试验是在第一次试验基础上连续试验的，设定的流量可以是第一次试验的1.5-2倍值。观测并记录各个仪表工作状态。待第二压力表13基本稳定或试验延续30分钟后，再次在动态流量平衡阀上通过流量控制阀9重新设置流量，开始第三次钻孔定流量非稳定压水试验。
（7）第三次钻孔定流量非稳定压水试验是在第二次试验基础上连续试验的，设定的流量可以是第一次试验的3-5倍值。观测并记录各个仪表工作状态。待第二压力表13基本稳定或试验延续30分钟后，可以结束试验。如工作需要也可再次在动态流量平衡阀上通过流量控制阀9重新设置流量，开始下一次钻孔定流量非稳定压水试验。
（8）试验结束后，通过挂绳19取出自记式压力传感器17，将记录的不同时间水压增量值数据拷贝到电脑上，显示水压增量值随时间变化曲线。优选地，自记式压力传感器设置成每分钟记录6-10个水压增量值。
（9）根据自记式压力传感器17记录的不同时间水压增量值数据，选择合适的方法和解析公式计算渗透参数值。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种压水试验装置，其特征在于，包括压水系统、动态流量平衡系统和压力记录系统；所述压水系统经动态流量平衡系统对设于钻孔内的压水管定流量压水，通过压力记录系统记录钻孔试验段的水压增量值。
2.根据权利要求1所述的压水试验装置，其特征在于，所述压水系统包括蓄水箱、水泵和回水管；所述水泵的抽水口经抽水管与蓄水箱连通，水泵的出水口与动态流量平衡系统的进水口连通，水泵的回水口经回水管与蓄水箱连通，所述回水管上设置有回水阀。
3.根据权利要求1或2所述的压水试验装置，其特征在于，所述动态流量平衡系统包括：动态流量平衡阀、弹性闸阀和用于控制动态流量平衡阀的通过流量的流量控制阀，所述弹性闸阀在动态流量平衡阀的进水口和出水口处各设有一个。
4.根据权利要求3所的压水试验装置，其特征在于，所述动态流量平衡阀上设有用于显示动态流量平衡阀进水口压力的第一压力表和用于显示动态流量平衡阀出水口通过流量的第一流量表。
5.根据权利要求1所述的压水试验装置，其特征在于，所述压水记录系统包括第二压力表，传压管和设于钻孔试验段中的压力传感器；所述传压管一端与所述第二压力表连接，另一端延伸至所述钻孔试验段中；所述压力传感器上连接有用于将压力传感器从钻孔试验段置入和取出的挂绳。
6.根据权利要求5所述的压水试验装置，其特征在于，所述压力传感器包括自记式压力传感器。
7.一种压水试验方法，其特征在于，采用权利要求1至6任一项所述的试验装置实现，所述方法包括如下步骤：
压水系统按照动态流量平衡系统设定的流量值对压水管进行多次定流量压水，每次设定的流量值不同；
根据压力记录系统记录的钻孔试验段不同时段水压增量值，计算渗透参数。
8.根据权利要求7所述的压水试验方法，其特征在于，定流量压水的次数为三次，第二次设定的流量值是第一次设定的流量值的1.5~2倍；第三次设定的流量值是第一次设定的流量值的3~5倍。
9.根据权利要求8所述的压水试验方法，其特征在于，所述压力记录系统每分钟记录6~10个水压增量值。
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