基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水利工程中對于地質(zhì)參數(shù)的獲取技術(shù)，其公開了一種基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，解決傳統(tǒng)技術(shù)中水文地質(zhì)試驗(yàn)方法存在的實(shí)驗(yàn)效率低、水設(shè)備要求高、穩(wěn)定性低的問題。該方法包括以下步驟：A.鉆探試驗(yàn)孔至試驗(yàn)要求深度；B.在試驗(yàn)段位置安裝自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備；C.采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn)；D.對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計算滲透參數(shù)。本發(fā)明適用于工程建設(shè)原始地層的水文地質(zhì)參數(shù)的獲取，可快速獲取地層滲透系數(shù)，以輔助地質(zhì)人員對地層滲透特性進(jìn)行評價，幫助設(shè)計人員對工程防滲提供設(shè)計參考。
【專利說明】基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利工程中對于地質(zhì)參數(shù)的獲取技術(shù)，具體涉及一種基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水文地質(zhì)試驗(yàn)工作是在工程項(xiàng)目前期階段，配合勘探鉆孔所進(jìn)行的現(xiàn)場原位試驗(yàn)工作的一種，主要目的在于查明地層的滲透特性，為工程區(qū)防滲處理提供依據(jù)和參考，是任何一個涉及地下水的工程項(xiàng)目必須進(jìn)行的試驗(yàn)工作，目前主要采用的試驗(yàn)方式有:
[0003]1、穩(wěn)定流抽水試驗(yàn):
[0004]穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)是目前應(yīng)用最廣泛的水文地質(zhì)試驗(yàn)之一，是目前最常用的試驗(yàn)方法，配合鉆探工作至試驗(yàn)區(qū)段時，向鉆孔內(nèi)加入過濾料、沉砂管、水泵等一系列試驗(yàn)設(shè)施，將地層中的地下水按固定的涌水量抽出，同時保持動水位達(dá)到固定的降深，記錄抽水孔的涌水量和抽水孔及觀測孔的動水位并通過量取水位降深、抽水流量，計算得出地層的滲透系數(shù)。根據(jù)規(guī)范要求，在抽水穩(wěn)定延續(xù)時間內(nèi)，實(shí)測涌水量最大值與最小值之差應(yīng)小于平均涌水量的5%，涌水量應(yīng)無持續(xù)增大或變小的趨勢。同時，在抽水穩(wěn)定延續(xù)時間內(nèi)，動水位穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合下列要求:采用離心泵、深井泵、潛水泵、拉桿式水泵抽水過程中，抽水孔測壓管的水位波動值不應(yīng)大于3cm ;同一時間內(nèi)觀測孔的水位波動值不應(yīng)大于1cm。采用空壓機(jī)抽水過程中，抽水孔測壓管的水位波動值不應(yīng)大于10cm。動水位應(yīng)無持續(xù)上升或下降的趨勢，在動水位與涌水量同時穩(wěn)定后，需至少觀測與記錄4個小時以上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)方可用于滲透系數(shù)的計算。
[0005]該方式存在以下缺陷:
[0006]a)試驗(yàn)效率低下:每5m試驗(yàn)段試驗(yàn)耗時至少10小時以上，隨著試驗(yàn)段的深入，試驗(yàn)耗時時間持續(xù)提聞。
[0007]b)試驗(yàn)設(shè)備要求高:穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求動水位保持穩(wěn)定,對水泵的穩(wěn)定性能要求較高，一旦不符合規(guī)范要求，則必須更換設(shè)備，對于西南地區(qū)設(shè)計深厚覆蓋層的工程區(qū)域，隨著試驗(yàn)段埋深超過20m，試驗(yàn)設(shè)備更難滿足要求。
[0008]c)試驗(yàn)設(shè)備安裝復(fù)雜:不僅需要配合大口徑鉆探(鉆孔直徑需滿足水泵尺寸)，同時要求按規(guī)范準(zhǔn)備過濾料、沉砂管，加入后還需起拔套管，將試驗(yàn)段暴露在地層之外，起拔套管的過程，在深厚覆蓋層中非常難操作，需要大型拔管器方可實(shí)施。
[0009]d)需要現(xiàn)場采用紙質(zhì)方式記錄，并在室內(nèi)電子化，工作量大。
[0010]2、穩(wěn)定流注水試驗(yàn):
[0011]穩(wěn)定流注水試驗(yàn)與抽水試驗(yàn)設(shè)備安裝等過程基本相似，但試驗(yàn)主要采取將水以穩(wěn)定的流量注入原始地層中，并保持動水位抬升至一穩(wěn)定的水位。通過記錄水位的抬升與流量的關(guān)系，計算滲透系數(shù)，適用于試驗(yàn)段位于地下水位以上，或抽水試驗(yàn)無法實(shí)施時。
[0012]該方式與穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)類似，同樣存在試驗(yàn)效率低下、對設(shè)備要求高、安裝復(fù)雜的問題；此外,穩(wěn)定流注水試驗(yàn)精度較差,多次重復(fù)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)離散值也較高，同時無完整的規(guī)范建議，一般不推薦使用，僅在抽水試驗(yàn)確實(shí)無法進(jìn)行的地層方可采用。
[0013]3、非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn):
[0014]非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)安裝方法與穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)相同，與穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)必須同時保證涌水量與動水位穩(wěn)定的要求不同，非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)可保持涌水量固定而觀測地下水位隨時間的變化，或保持水位降深固定而觀測涌水量隨時間的變化的抽水試驗(yàn)，通過特定的計算公式，得出地層滲透系數(shù)。
[0015]相比穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)設(shè)備安裝流程完全相同，但由于不需要同時保持動水位和涌水量的穩(wěn)定，因此對試驗(yàn)設(shè)備要求相對較低，試驗(yàn)效率有所提高，但仍然較差，同時試驗(yàn)精度相比穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提出一種基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，解決傳統(tǒng)技術(shù)中水文地質(zhì)試驗(yàn)方法存在的實(shí)驗(yàn)效率低、水設(shè)備要求高、穩(wěn)定性低的問題。
[0017]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0018]基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0019]A.鉆探試驗(yàn)孔至試驗(yàn)要求深度；
[0020]B.在試驗(yàn)段位置安裝自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備；
[0021]C.采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn)；
[0022]D.對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計算滲透參數(shù)。
[0023]具體的，步驟A中，所述試驗(yàn)孔為基巖裸孔或者為設(shè)置有過濾器的松散地層鉆孔，試驗(yàn)孔的選擇和布置視場地情況和勘探需要設(shè)置。
[0024]具體的，步驟B中，所述自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備包括水泵、水頭激發(fā)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述傳感器系統(tǒng)中的壓力傳感器通過數(shù)據(jù)傳輸線連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄儀。
[0025]具體的，步驟B中，將壓力傳感器沿鉆孔下落至試驗(yàn)區(qū)段，并需確保其在井孔水位激蕩后，仍然位于水面之下；此外，試驗(yàn)段上下須用栓塞止水，非試驗(yàn)段用套管封閉，保證只有試驗(yàn)段與含水層有水力聯(lián)系。
[0026]具體的，步驟C中，所述采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn)包括:向孔內(nèi)注入一定的水量，通過水頭激發(fā)系統(tǒng)使地下水位產(chǎn)生波動，同時觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所記錄的水頭隨時間的變化過程。
[0027]具體的，步驟D中，所述對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計算滲透參數(shù)，包括:
[0028]首先對原始觀測記錄進(jìn)行整理、校核；然后在分析試驗(yàn)地段的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)孔的結(jié)構(gòu)、含水層類型、試驗(yàn)方法和阻尼系數(shù)ζ大小，通過基于振蕩方程的滲透系數(shù)計算方法對同一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行滲透性參數(shù)計算。
[0029]本發(fā)明的有益效果是:
[0030]1、效率高:
[0031]自由振蕩法試驗(yàn)可以顯著地提升水文地質(zhì)試驗(yàn)工作效率，每個試驗(yàn)區(qū)段耗時僅需5-10分鐘時間，對于工期要求緊、搶險施工、高原復(fù)雜環(huán)境區(qū)域等工程項(xiàng)目尤其重要。
[0032]2、設(shè)備要求較低:
[0033]自由振蕩法試驗(yàn)所需設(shè)備要求較低，僅需一套振蕩法試驗(yàn)設(shè)備與一臺普通水泵即可。
[0034]3、設(shè)備安裝簡易:
[0035]自由振蕩法試驗(yàn)所需鉆孔直徑較小，方便鉆探施工，各項(xiàng)試驗(yàn)設(shè)備安裝簡易。
[0036]4、數(shù)字化程度高:
[0037]自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備自帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可方便進(jìn)行數(shù)字化數(shù)據(jù)采集，直接轉(zhuǎn)為原始記錄的成果。

【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明旨在提出一種基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，解決傳統(tǒng)技術(shù)中水文地質(zhì)試驗(yàn)方法存在的實(shí)驗(yàn)效率低、設(shè)備要求高、穩(wěn)定性低的問題，在適用的地層區(qū)域可高效、準(zhǔn)確地計算出地層滲透系數(shù)。
[0039]為便于更好的理解本發(fā)明，下面對幾個專用技術(shù)術(shù)語進(jìn)行解釋:
[0040]自由振蕩法試驗(yàn):即通過一定激發(fā)手段使得孔內(nèi)水位發(fā)生瞬時變化，在水頭差的作用下，鉆孔中水位逐漸恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)，測量水位隨時間的變化，獲得水位-時間響應(yīng)數(shù)據(jù)，利用響應(yīng)數(shù)據(jù)來確定含水層的滲透系數(shù)，這一過程就叫做自由振蕩法試驗(yàn)；
[0041]水文地質(zhì)滲透試驗(yàn):水文地質(zhì)滲透試驗(yàn)是工程地質(zhì)勘察中一項(xiàng)最重要最基本的勘察方法，它是運(yùn)用水文地質(zhì)、工程地質(zhì)理論，通過抽水試驗(yàn)、注水試驗(yàn)等一系列的現(xiàn)場水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，以查明擬定建筑區(qū)內(nèi)原始地層的滲透系數(shù)，水力比降等參數(shù)，為工程防滲設(shè)計與施工提供參考。
[0042]在具體實(shí)現(xiàn)上，本發(fā)明中的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法包括以下步驟:
[0043]1.鉆探至試驗(yàn)深度:
[0044]試驗(yàn)孔可以是勘探孔，也可以是專門的試驗(yàn)孔(對鉆孔直徑要求較低)?？梢允腔鶐r裸孔，也可以是設(shè)置有過濾器的松散地層鉆孔。試驗(yàn)孔的選擇和布置完全視場地情況和勘探需要而定。試驗(yàn)可以是完整井，也可以是非完整井。對于非完整井，試驗(yàn)段應(yīng)與濾管設(shè)置的位置相對應(yīng)。2.安裝自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備:
[0045]在試驗(yàn)段位置，自由振蕩式試驗(yàn)設(shè)備需要水頭激發(fā)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。同時注水式自由振蕩法水頭激發(fā)需配備一定功率的水泵一臺，將傳感器系統(tǒng)中的壓力傳感器通過數(shù)據(jù)傳輸導(dǎo)線(數(shù)據(jù)線)連接數(shù)據(jù)記錄儀。將壓力傳感器沿鉆孔下落至試驗(yàn)區(qū)段，并需確保其在井孔水位激蕩后，仍然位于水面之下。另外，試驗(yàn)段上下必須用栓塞止水，非試驗(yàn)段用套管封閉，保證只有試驗(yàn)段與含水層有水力聯(lián)系。
[0046]3.采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn):
[0047]向孔內(nèi)注入一定的水量，通過自由振蕩式試驗(yàn)設(shè)備使地下水位產(chǎn)生波動，同時觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所記錄的水頭隨時間的變化過程。
[0048]4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、計算滲透系數(shù):
[0049]首先對原始觀測記錄進(jìn)行整理、校核，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時分析研究和解決。其次分析試驗(yàn)地段的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)孔的結(jié)構(gòu)、含水層類型、試驗(yàn)方法和阻尼系數(shù)ζ大小，通過基于振蕩方程的滲透系數(shù)計算方法對同一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行滲透性參數(shù)計算。
【權(quán)利要求】
1.基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: A.鉆探試驗(yàn)孔至試驗(yàn)要求深度； B.在試驗(yàn)段位置安裝自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備； C.采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn)； D.對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計算滲透參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟A中，所述試驗(yàn)孔為基巖裸孔或者為設(shè)置有過濾器的松散地層鉆孔，試驗(yàn)孔的選擇和布置視場地情況和勘探需要設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟B中，所述自由振蕩法試驗(yàn)設(shè)備包括水泵、水頭激發(fā)系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述傳感器系統(tǒng)中的壓力傳感器通過數(shù)據(jù)傳輸線連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄儀。
4.如權(quán)利要求3所述的基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟B中，將壓力傳感器沿鉆孔下落至試驗(yàn)區(qū)段，并需確保其在井孔水位激蕩后，仍然位于水面之下；此外，試驗(yàn)段上下須用栓塞止水，非試驗(yàn)段用套管封閉，保證只有試驗(yàn)段與含水層有水力聯(lián)系。
5.如權(quán)利要求1所述的基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟C中，所述采用注水式激發(fā)水頭的方式進(jìn)行試驗(yàn)包括:向孔內(nèi)注入一定的水量，通過水頭激發(fā)系統(tǒng)使地下水位產(chǎn)生波動，同時觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所記錄的水頭隨時間的變化過程。
6.如權(quán)利要求1所述的基于注水式自由振蕩法的水文地質(zhì)試驗(yàn)方法，其特征在于，步驟D中，所述對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，計算滲透參數(shù)，包括: 首先對原始觀測記錄進(jìn)行整理、校核；然后在分析試驗(yàn)地段的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗(yàn)孔的結(jié)構(gòu)、含水層類型、試驗(yàn)方法和阻尼系數(shù)大小，通過基于振蕩方程的滲透系數(shù)計算方法對同一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行滲透性參數(shù)計算。
【文檔編號】G01N15/08GK104297129SQ201410594850
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】崔中濤, 張世殊, 石定國, 單詩涵, 李進(jìn)元, 崔懷樹, 徐海洋, 張巍, 龔淑華 申請人:中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司