一种承压自流井放水试验装置及其试验方法与流程

1.本发明涉及工程地质勘察水文地质试验技术领域。更具体地说，本发明涉及一种承压自流井放水试验装置及其试验方法。


背景技术：

2.在水利水电大坝、输水隧洞以及交通隧洞等工程地质勘察领域中，当工程施工区域涉及到岩溶含水层时，通常需要对建筑物地基岩土体与基岩体，以及本身岩体作为大坝体、隧洞洞身的岩体介质进行岩溶、裂隙发育程度、透水性进行评价；在工程地质、水文地质勘查中需要对岩溶含水层的渗透性进行定量分析时，通常要测试含水层介质导水系数(t)和渗透系数(k)，目前较为常用的方法是野外钻孔抽水试验。当钻孔孔径较小时，大功率的抽水泵无法放入其中，导致抽水试验无法进行，只能采用放水试验。
3.放水试验是利用孔口(涌水点)标高低于地下水水位标高的有利条件，让水自由溢出孔口，同时观测其流量及放水孔与观测孔水位变化情况的水文地质试验方法。它是不用抽水设备降低水头的试验，但是其原理与抽水试验的原理相同，可分为地面放水试验和矿井井下放水试验。通过放水试验主要是测定含水层水文地质参数：导水系数(t)、渗透系数(k)，评价含水层的富水性，查明矿床水文地质条件，为预计隧道、矿井(坑)涌水量，确定地下水防治和利用方法提供依据。目前工程中普遍采用的是定降深放水试验，通过经验公式进行参数求取，该方法操作繁琐且精度较低，市面上缺少较为简单便携且易于操作的野外放水实验装置。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
5.本发明还有一个目的是提供一种承压自流井放水试验装置，通过对成孔后的地质钻孔进行野外放水试验，利用本设计的监测井试验装置对放水试验过程中放水流量、钻孔水压等数据随时间变化的情况进行高精度的监测，结合钻孔的尺寸参数计算出承压含水层导水系数、渗透系数等水文地质参数，为准确快速的获取承压含水层介质的导水系数(t)、渗透系数(k)，评价岩溶地区岩层岩溶裂隙、溶洞发育程度以及承压含水层的渗透性能提供便捷。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种承压自流井放水试验装置，包括：输水管、放水控制阀、涡轮流量计、压力表、数据采集器、处理终端，所述输水管穿过弱透水层进入承压含水层，所述输水管上依次设置所述压力表、所述放水控制阀、所述涡轮流量计，所述数据采集器分别与所述压力表和所述涡轮流量计连接。
7.优选的是，还包括：套管，所述套管套设在位于弱透水层内的所述输水管上，所述套管的内径与所述输水管的外径匹配。
8.优选的是，所述套管的上端与所述输水管灌浆固结。
9.本发明提供一种承压自流井放水试验装置的试验方法，包括以下步骤：利用涡轮
流量计和放水控制阀实现可变量放水；
10.利用数据采集器采集压力表和涡轮流量计的实时数据；
11.数据采集器将数据传输给处理终端进行数据处理。
12.优选的是，关闭放水控制阀即可获得此时刻的承压水压力，承压水压力可以转换为承压水柱高度，从而得到承压水位。
13.优选的是，通过在放水过程中设定时间间隔，定时关闭放水控制阀，获得放水过程中不同时刻下的承压水压力，经过数据处理后即可获得钻孔放水过程中承压水水位降深曲线。
14.本发明至少包括以下有益效果：
15.本发明提供的一种承压自流井放水试验装置，解决了在岩溶区钻孔遇到承压自流井时，通过放水试验求取含水层水文地质参数工作的难题，大大的提高了工作的测试精度和效率；
16.利用可变流量的放水控制阀，根据实际试验条件选取合适的流量进行定流量或变流量放水并自动监测、存储放水流量数据；
17.利用存储放水过程中承压水压的变化数据，并将数据转换为承压水柱的降深数据；
18.运用数据分析软件中的抽水试验模块，将放水试验转换为抽水试验进行处理，快速而准确的求取出承压含水层的水文地质参数，提升了试验工作的整体精度和效率，可以节省大量的人力成本；
19.该装置测试方法工程量小成本低廉、对当地环境没有影响，适合广泛的应用到承压含水层放水试验工作中，具有很大的市场价值。
20.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
21.图1为本发明承压自流井放水试验装置的结构示意图；
22.图2为本发明放水试验前后承压水位的模拟图；
23.图3为本发明放水试验过程中降深随时间变化的曲线图；
24.图4为本发明放水试验实测曲线与标准曲线的拟合图。
25.附图标记：压力表1、放水控制阀2、涡轮流量计3、数据采集器4、处理终端5、弱透水层6、承压含水层7.
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
27.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“依次设置”、“上”、“内”、“外”、“上端”、“匹配”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.如图1所示，本发明提供一种承压自流井放水试验装置，包括：输水管、放水控制阀2、涡轮流量计3、压力表1、数据采集器4、处理终端5，处理终端5即电脑，所述输水管穿过弱透水层6进入承压含水层7，所述输水管上依次设置所述压力表1、所述放水控制阀2、所述涡轮流量计3，所述数据采集器4分别与所述压力表1、所述涡轮流量计3、所述处理终端5连接。
29.需要说明的是，数据采集器4可以实时对放水流量进行自动采集记录，可以控制钻孔中不同承压水位下的放水流量，便于快速准确测试得到不同岩体的渗透系数，为运用电脑数据分析软件求取钻孔岩层水文地质参数提供放水流量数据。
30.需要说明的是，数据采集器4可以实时对压力表1的数据进行自动采集记录，可以对放水过程中的水压数据进行实时存储。
31.还需要说明的是，关闭放水控制阀2即可获得此时刻的承压水压力，承压水压力可以转换为承压水柱高度，从而得到承压水位。通过在放水过程中设定时间间隔，定时关闭放水控制阀2，获得放水过程中不同时刻下的承压水压力，经过数据处理后即可获得钻孔放水过程中承压水水位降深曲线，为运用电脑数据分析软件求取钻孔岩层水文地质参数提供水位降深数据。关闭放水控制阀2后，由压力表1所示数值换算得到的钻孔承压水位模拟图如图2所示。
32.具体为：根据数据采集器4采集的数据，在计算机中把承压水柱水压变化数据换算为承压水位降深数据(s)，作出lgs-lgt实测曲线，t为时间，与标准曲线进行拟合，如图3、图4所示(某次放水试验实例)，根据公式计算出含水层导水系数(t)、渗透系数(k)。
33.根据地下水动力学中的标准曲线拟合法，对于某个钻孔定流量抽水试验存在：且为常数，因此实测的lgs-lgt曲线与理论的曲线的形式是相同的，只是纵坐标平移了的距离。将lgs-lgt实测曲线与标准曲线进行拟合，即可得到纵坐标的平移值s。
34.导水系数(t)按照方程(1)进行计算：
35.式中，q—放水流量，m3/h；
36.s—水头降深，m；
37.w(u)—theis井流的井函数。
38.渗透系数(k)按照方程(2)进行计算：
39.式中，t—导水系数，m2/d；
40.m—承压含水层7厚度，m。
41.为防止钻孔孔壁进行保护防治坍塌变形，在井口中安装套管，套管长度根据孔壁完整性而定，所述套管套设在位于弱透水层6内的所述输水管上，所述套管的内径与所述输水管的外径匹配。
42.为防止地下水从井口外溢出，所述套管的上端与所述输水管灌浆固结。
43.以上野外放水试验装置都是方便拆卸、安装的不同模块组成，便于在野外携带运输。相比传统的定降深放水试验，该套装置采用可变流量放水试验装置和承压水位变化监测来记录实时放水流量和承压水位变化，将放水试验当作定流量或变流量抽水试验处理，并运用电脑数据分析软件(处理终端5)进行水文地质参数求取，能够更加快速更加准确的测试得到岩体渗透系数。
44.另外针对不同钻孔的承压水柱高度变化范围较大，我们设计了涡轮流量计3与放水控制阀2，对不同承压水位下放水试验的流量达到可控调节，这样就能固定放水流量在一个合适的大小范围内，利用不同的承压水位(水压)降深数据来计算测量岩体渗透性，可以适用于不同承压含水层7、不同岩性、不同渗透系数的水文地质参数求取；搭配使用电脑数据分析软件，达到更加准确快速的测试目的。
45.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。