CN113640191A - 一种大尺寸现场注水试验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸现场注水试验装置及测试方法，试验装置包括蓄水筒体、设置于顶部的注水装置，以及设置于内壁的刻度尺；测试方法包括：根据实际工程水位需要确定蓄水筒体内水头；选取地层中孔隙及孔洞较发育地段，将蓄水筒体压入地表并压实筒体外部和外环之间的土体；通过注水装置向蓄水筒体内注水，待筒体内水头稳定后，每间隔5分钟记录注水时间和注水量；根据稳定后的注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透系数；每间隔5分钟记录水头变化情况；绘制水头比与时间关系曲线，计算变水头渗透系数。本发明通过试验装置，测量获取各项参数计算渗透系数，查明工程区地层渗透特性，解决难以准确测定各种结构性粘性土地层渗透性的难题。

Description

一种大尺寸现场注水试验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及各类结构性粘性土防渗漏测试技术领域，特别涉及一种大尺寸现场注水试 验装置及测试方法。

背景技术

某平原水库工程库底分布有一层上更新沉积形成的粉质黏土、重粉质壤土，灰黄至褐 黄色，含少量砂礓，含铁锰结核颗粒或斑，黏粒含量30％以上，且完整性较好，水平细层 理清晰，结构致密，层厚1.0m～4.0m；该层土沉积后在生物或地质作用下形成针状孔洞，分布极不均匀，孔径一般在1mm左右，少量达3mm～5mm，以竖向展布为主，延伸长5cm～30cm，多沿垂直向渗漏，受扰动后极易闭合，对水库库底防渗漏有不利影响。

现有技术不足之处在于，室内和孔内试验不能反映该层土的孔洞结构性对渗透的影 响，试坑注水也难以体现水库蓄水水位下库底地层孔洞的连通渗透性。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种大尺寸现场注水 试验装置及测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，所述试验装置包括蓄水筒体、设置于蓄水 筒体顶部的注水装置，以及设置于蓄水筒体内壁的刻度尺；

所述试验装置的测试方法的具体步骤包括：

根据实际工程水位需要确定蓄水筒体内水头大小；

选取工程区孔隙及孔洞较发育地段，将蓄水筒体压入地表并压实筒体外部的土体；

通过注水装置向蓄水筒体内注水，待筒体水头稳定后，每间隔5分钟记录注水时间和 注水量；

根据注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透系数；

待停止供水后，每间隔5分钟记录水位下降位置；

根据上述步骤绘制水头比与时间关系曲线，计算变水头渗透系数。

作为本发明的进一步的方案：所述蓄水筒体底部设置形成有刃口，所述刃口设置用于 密封底部的外环，且所述蓄水筒体周向外侧设置有用于固定的至少两个地锚。

作为本发明的进一步的方案：所述蓄水筒体顶部设置有用于密封的筒盖，且筒盖内侧 设置有密封圈，所述筒盖采用铰链连接密封结构。

作为本发明的进一步的方案：所述注水装置包括注水口、设置于注水口的管道，以及 设置于管道入口处的水泵。

作为本发明的进一步的方案：所述管道设置有用于流量监测的流量计，以及用于稳定 水压水位的分流阀。

作为本发明的进一步的方案：所述根据注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透 系数的具体步骤包括：

根据注水过程中获取注水量Q、试验水头H及渗透的过水面积A，计算常水头的渗透系数K₁，公式为：

作为本发明的进一步的方案：所述根据上述步骤绘制水头比与时间关系曲线，计算变 水头渗透系数的具体步骤包括：

获取每间隔5分钟记录的注水时间、水位下降位置，以及渗透面的过水面积，计算变 水头渗透系数K₂，公式为：

式中，t₁和t₂为注水试验某一时刻的时间，单位为min，H₁和H₂为在试验时间t₁和t₂时的试验水头，单位为cm，A为形状系数，r为筒内半径，单位为cm。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

通过采用上述的技术方案，设计用于测试的试验装置，该装置结构简单，坚固耐用， 安装试验方便。过水断面较大，可以反映具有裂隙、孔洞等特殊结构性土层的渗透特点； 可以根据工程需要，测试设计或较大水头下的地层渗漏情况；试验过程简便，测试原理清 晰完整，测试成果准确可靠。通过设置的试验装置，测量获取各项参数计算渗透系数，查明工程区地层渗透特性，解决了难以准确测定各种结构性粘性土地层渗透性的难题。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本申请公开的一些实施例的测试方法的步骤示意图；

图2为本申请公开的一些实施例的试验装置的结构示意图；

图3为本申请公开的一些实施例的蓄水筒体的剖视图；

图4为现有技术的室内渗透试验的示意图；

图5为现有技术的试坑注水试验的示意图。

图中：1、蓄水筒体；11、地锚；2、注水装置；21、注水口；22、管道；23、水泵； 24、流量计；25、分流阀；3、刻度尺；4、刃口；41、外环；5、筒盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

如图4和图5所示，图示为现有技术的简单介绍，现有土层试验技术原理以达西定律 为基础，主要有室内试验、试坑注水试验(单、双环)、钻孔孔内试验(抽水、注水)。

室内试验需要现场采取试验样品，样品采集对土层结构影响较大、且试样搬运过程中 易受扰动，影响试验精度；试坑注水试验设备尺寸和水头较小，对土层均匀性要求较高， 难以反映工程水位条件下的土层渗透特性；钻孔孔内试验难以消除成孔过程中孔壁改造和 孔径对试验结果的影响。

请参考图1和图2，本发明实施例中，一种大尺寸现场注水试验装置及测试方法，所述试验装置包括用于存蓄水体的蓄水筒体1、设置于蓄水筒体1顶部用于注入水体的注水装置2，以及设置于蓄水筒体1内壁用于表示水位的刻度尺3；

具体的，所述蓄水筒体1底部设置形成有刃口4，所述刃口4设置用于密封底部的外环41，且所述蓄水筒体1周向外侧设置有用于固定的至少两个地锚11，通过地锚11将蓄 水筒体1固定于地表。且所述注水装置2包括用于导入水体的注水口21、设置于注水口 21的管道22，以及设置于管道22入口处用于提供动力的水泵23。所述蓄水筒体1顶部设 置有用于密封的筒盖5，且筒盖5内侧周向设置有密封圈，所述筒盖5采用铰链连接密封 结构。

具体的，所述管道22设置有用于流量监测的流量计24，以及用于稳定水压水位的分 流阀25。

所述试验装置的测试方法的具体步骤包括：

S1、根据蓄水库的水位深度确定蓄水筒体1的高度；

具体实施方式中，根据与水库蓄水水深相近的水位制作蓄水筒体1，本实施例中，如 图2和图3所示，具体为制作内径1.0m、壁厚2cm、高2.2m的蓄水筒体1，并镶嵌设置 有刻度尺3。

在一些具体的实施例中，蓄水筒体1的筒体高度可以是一个定值，需要的水头高度根 据注水压力来确定，具体是根据压力大小通过筒盖5上设置有的压力计读取，从而实现该 装置并不仅限于某一个工程使用。

具体转换比例为：1mm水柱＝10pa，10m水柱＝100000pa＝0.1MPa。

S2、选取库底孔隙及孔洞较发育地段，将蓄水筒体1利用刃口4压入地表并压实蓄水 筒体1与外环41之间的土体地表；

具体实施方式中，选择库底孔隙、孔洞较发育地段，清理地表浮土。将蓄水筒体1利用刃口4压入土中15cm，将蓄水筒体1底外与外环内之间的土压实。

S3、通过注水装置2向蓄水筒体1内注水，直至水头达到实际工程所需水头高度稳定 后，同时每间隔5分钟记录注水时间和注水量；

具体实施方式中，通过水泵23向蓄水筒体1中注水，并保持水位稳定，每隔5min记录注水时间和注水量，至水位和注入水量保持稳定1小时以上。

S4、根据注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透系数，具体步骤包括：

根据注水过程中获取注水量Q、试验水头H及渗透的过水面积A，计算常水头的渗透系数K₁，公式为：

S5、停止注水后，每间隔5分钟记录水位下降位置；

S6、根据上述步骤绘制水头比与时间关系曲线，计算变水头渗透系数，具体步骤包括：

获取每间隔5分钟记录的注水时间、水头高度，以及渗透面的过水面积，计算变水头 渗透系数K₂，单位为cm/s，公式为：

式中，t₁和t₂为注水试验某一时刻的时间，单位为min，H₁和H₂为在试验时间t₁和t₂时的试验水头，单位为cm，A为形状系数，r为筒内半径，单位为cm。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述试验装置包括蓄水筒体(1)、设置于蓄水筒体顶部的注水装置(2)，以及设置于蓄水筒体内壁的刻度尺(3)；

所述试验装置的测试方法的具体步骤包括：

根据实际工程水位需要确定蓄水筒体内水头大小；

选取工程区孔隙及孔洞较发育地段，将蓄水筒体压入地表并压实筒体外部的土体；

通过注水装置向蓄水筒体内注水，待筒体水头稳定后，每间隔5分钟记录注水时间和注水量；

根据注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透系数；

待停止供水后，每间隔5分钟记录水位下降位置；

根据上述步骤绘制水头比与时间关系曲线，计算变水头渗透系数。

2.根据权利要求1所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述蓄水筒体底部设置形成有刃口(4)，所述刃口设置用于密封底部的外环(41)，且所述蓄水筒体周向外侧设置有用于固定的至少两个地锚(11)。

3.根据权利要求2所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述蓄水筒体顶部设置有用于密封的筒盖(5)，且筒盖内侧设置有密封圈，所述筒盖采用铰链连接密封结构。

4.根据权利要求1所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述注水装置包括注水口(21)、设置于注水口的管道(22)，以及设置于管道入口处的水泵(23)。

5.根据权利要求4所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述管道设置有用于流量监测的流量计(24)，以及用于稳定水压水位的分流阀(25)。

6.根据权利要求1所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述根据注水量、试验水头及过水断面计算常水头渗透系数的具体步骤包括：

根据注水过程中获取注水量Q、试验水头H及渗透的过水面积A，计算常水头的渗透系数K₁，公式为：

7.根据权利要求1所述一种大尺寸现场注水试验装置的测试方法，其特征在于，所述根据上述步骤绘制水头比与时间关系曲线，计算变水头渗透系数的具体步骤包括：

获取每间隔5分钟记录的注水时间、水头位置，以及渗透面的过水面积，计算变水头渗透系数K₂，公式为：

式中，t₁和t₂为注水试验某一时刻的时间，单位为min，H₁和H₂为在试验时间t₁和t₂时的试验水头，单位为cm，A为形状系数，r为筒内半径，单位为cm。

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