一种适用于破碎岩体的压水试验高效测试方法与流程

1.本发明涉及压水试验技术领域，特别涉及一种适用于破碎岩体的压水试验高效测试方法。


背景技术：

2.在工程地质水文地质工作中，常用钻孔压水试验来获取地下岩土体的渗透性能，或借以反应岩体的裂隙发育程度。具体方法为在钻孔中选取待测段落（长度为l）进行封堵，以不同的压力（p）向封闭的试验段供水，测试水从试验段孔壁的渗透流量（q），通过公式来计算试验段岩土体的透水率，或通过透水率数值大小对岩体裂隙发育程度进行评价。目前的压水试验，多采用钻机辅助进行供水。具体方法为：先用钻机钻孔、洗孔；在孔中选取试验段落，按其长度和深度，在钻杆下方连接气压或水压胶囊式封堵器，用钻机下放至预定深度，其中的胶囊式封堵器分为上下两个，包裹在铁管上，上下两个封堵器中间以花管连接；在地面孔口处，将水泵、流量计、压力计、钻杆依次连接组装；另一方面，钻杆下方的胶囊式封堵器通过胶管与地面的压力箱连接；完成以上的连接组装后，先向钻孔中下放水位计，测量试验前水位，之后取出水位计，通过压力箱向空中胶囊式封堵器充气或充水，使胶囊膨胀，充填封堵器与钻孔之间的空隙，达到封闭试验段落的目的；打开水泵，向钻孔试验段供水，通过连接在水泵上的球阀，调节供水压力至预定值；将水位计放回孔中，观测孔中水位变化情况；孔中水位稳定后，按预定时间间隔记录供水流量。
3.上述试验方法在试验效率和精度上存在诸多问题：一方面需要投入较多的人员设备配合，造成了试验成本较高；另一方面在变换试验段时需要增减管路长度，操作时间过长；采用钻杆进行供水，因接头处频繁变径造成多次压力损失，不利于试验数据的精准高效处理；如遇试验段裂隙发育程度高，封堵效果不好，则会出现较大的流量损失，影响试验效率和精度；压力变换时不宜固定；钻孔中需同时放置供水管道（钻杆）、供压管路（一般为橡胶管）和水位测量系统（电线），易发生多路缠绕或管路损坏现象，影响工作效率。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供一种适用于破碎岩体的压水试验高效测试方法。本方法，无需钻机辅助，降低成本，精确计算精度提高，试验压力的稳定控制，提高了试验效率，实现试验压力、试验段流量数据的精准采取。
5.本发明采用的技术方案是：提供一种适用于破碎岩体的压水试验高效测试方法，包括以下步骤：步骤一、将供水装置、封堵装置、孔隙水压力计、孔口压力计、流量测量装置和实验记录仪组装连接；步骤一中，供水装置包括水泵；水泵的输出端连通有塑料供水管道；供水管道上设置有稳压罐；水泵的进水端与外界水源连通；步骤一中，封堵装置包括压力箱、上部封堵器和下部封堵器；压力箱的输出端通过
橡胶供压管路分别与上部封堵器和下部封堵器连通；下部封堵器上端与塑料供水管道下端固定连接；下部封堵器的上端，塑料供水管道外侧和上部封堵器固定套接；步骤一中，上部封堵器的上方，孔隙水压力计在塑料供水管道外侧设置；步骤一中，稳压罐的出水端，孔口压力计配合设置在塑料供水管道上；步骤一中，流量测量装置包括电磁流量计、封堵器上部电磁流量计和封堵器下部电磁流量计；稳压罐的出水端且在孔口压力计的进水端，电磁流量计配合设置在塑料供水管道上；上部封堵器的上端，封堵器上部电磁流量计套接固定在塑料供水管道外侧；下部封堵器下端通过固定杆和封堵器下部电磁流量计固定连接；步骤一中，孔隙水压力计、孔口压力计、电磁流量计、封堵器上部电磁流量计和封堵器下部电磁流量计均与实验记录仪连接；步骤二、将组装好的塑料供水管道、橡胶供压管路、上部封堵器、下部封堵器、电磁流量计、封堵器上部电磁流量计和封堵器下部电磁流量计部件下方至钻孔内预定位置；步骤三、开启压力箱通过橡胶供压管路对上部封堵器和下部封堵加压，使上部封堵器和下部封堵器加压膨胀固定到钻孔壁上；步骤四、开启水泵，塑料供水管道内的水依次通过稳压罐、电磁流量计、孔口压力计、管道收纳盘最后到达上部封堵器和下部封堵器之间；步骤四中，管道收纳盘处，塑料供水管道为拆绕型供水管道；管道收纳盘下端，塑料供水管道为硬材质管；步骤四中，上部封堵器和下部封堵器之间，塑料供水管道外侧均匀设置有出水口；步骤五、调节水泵流速，使孔口压力计读数到达设定值，同时观测孔隙水压力计、封堵器上部电磁流量计和下部电磁流量计的读数；步骤六、按预定时间记录电磁流量计、孔口压力计、孔隙水压力计、封堵器上部电磁流量计和下部电磁流量计的数据；步骤七、记录流量达到稳定标准后，按预定压力阶段调节水泵流速和预定时间重复步骤五和步骤六；步骤八、完成预定压力的试验后，停止水泵供水，释放上部封堵器和下部封堵压力；断开水泵与塑料供水管道的连接，以及断开孔隙水压力计、孔口压力计、电磁流量计、封堵器上部电磁流量计和封堵器下部电磁流量计与实验记录仪的连接；转动管道收纳盘，将试验段放置在下一预定深度；步骤九、重复步骤二至步骤八，直至完成钻孔内所有试验段；步骤十、计算试验段压力p和渗透流量q，计算试验段岩土体透水率及其他指标。
6.本发明与传统压水试验测试方法比，其有益效果在于：1、不需要钻井杆的配合，只需要将组装好的塑料供水管道、橡胶供压管路、上部封堵器、下部封堵器、电磁流量计、封堵器上部电磁流量计和封堵器下部电磁流量计部件下方至钻孔内预定位置，即可进行试验，无需钻机辅助，减少试验辅助操作人员数量，降低试验成本，提高试验效率；2、通过对水泵流速、孔口压力计、孔隙水压力计、封堵器上部电磁流量计、下部电磁流量计、电磁流量计、孔口压力计、孔隙水压力计的数据进行计算，方便对管路压力损失和封堵器渗漏流量进行精确测量或计算，提高了数据精度；
3、通过稳压罐等控制压力的装置，实现了试验压力的稳定控制；4、塑料供水管道、橡胶供压管路、孔隙水压力计、电磁流量计、封堵器上部电磁流量计、封堵器下部电磁流量计，提高了试验效率。
附图说明
7.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的局部结构示意图；图3为本发明的逻辑图；图中，1、孔隙水压力计；2、孔口压力计；3、实验记录仪；4、水泵；5、塑料供水管道；6、稳压罐；7、压力箱；8、上部封堵器；9、下部封堵器；10、出水口；11、电磁流量计；12、封堵器上部电磁流量计；13、封堵器下部电磁流量计；14、固定杆；15、管道收纳盘；14、橡胶供压管路。
具体实施方式
8.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
9.如图1-3所示，一种适用于破碎岩体的压水试验高效测试方法，包括以下步骤：步骤一、将供水装置、封堵装置、孔隙水压力计1、孔口压力计2、流量测量装置和实验记录仪3组装连接；步骤一中，供水装置包括水泵4；水泵4的输出端连通有塑料供水管道5；供水管道上设置有稳压罐6；水泵4的进水端与外界水源连通；步骤一中，封堵装置包括压力箱7、上部封堵器8和下部封堵器9；压力箱7的输出端通过橡胶供压管路14分别与上部封堵器8和下部封堵器9连通；下部封堵器9上端与塑料供水管道5下端固定连接；下部封堵器9的上端，塑料供水管道5外侧和上部封堵器8固定套接；步骤一中，上部封堵器8的上方，孔隙水压力计1在塑料供水管道5外侧设置；步骤一中，稳压罐6的出水端，孔口压力计2配合设置在塑料供水管道5上；步骤一中，流量测量装置包括电磁流量计11、封堵器上部电磁流量计12和封堵器下部电磁流量计13；稳压罐6的出水端且在孔口压力计2的进水端，电磁流量计11配合设置在塑料供水管道5上；上部封堵器8的上端，封堵器上部电磁流量计12套接固定在塑料供水管道5外侧；下部封堵器9下端通过固定杆14和封堵器下部电磁流量计13固定连接；步骤一中，孔隙水压力计1、孔口压力计2、电磁流量计11、封堵器上部电磁流量计12和封堵器下部电磁流量计13均与实验记录仪3连接；步骤二、将组装好的塑料供水管道5、橡胶供压管路14、上部封堵器8、下部封堵器9、电磁流量计11、封堵器上部电磁流量计12和封堵器下部电磁流量计13部件下方至钻孔内预定位置；步骤三、开启压力箱7通过橡胶供压管路14对上部封堵器8和下部封堵加压，使上部封堵器8和下部封堵器9加压膨胀固定到钻孔壁上；其中的上部封堵器8和下部封堵器9结构为压水试验用灌浆栓塞、封孔器、阻塞器；步骤四、开启水泵4，塑料供水管道5内的水依次通过稳压罐6、电磁流量计11、孔口压力计2、管道收纳盘15最后到达上部封堵器8和下部封堵器9之间；
步骤四中，管道收纳盘15处，塑料供水管道5为拆绕型供水管道；管道收纳盘15下端，塑料供水管道5为硬材质管；上部封堵器8和下部封堵器9在塑料供水管道5位置如图2所示；橡胶供压管路14另一端分别与上部封堵器8和下部封堵器9连通，橡胶供压管路14用于对上部封堵器8和下部封堵器9进行提供气压或者减少气压，其连接结构为普通的连接；其中塑料供水管道5为拆绕型供水管道，方便在管道收纳盘15上进行缠绕，方便进行收放塑料供水管道5，更方便使用，而且当通过水泵4供水时，水流通过缠绕在管道收纳盘15上的塑料供水管道5时，会起到稳压作用，如水压较大的水龙头打开时会喷出很多水，水流很急，而当水龙头接上较长的管道后水流和水压相对稳定，水管流出的水也就会缓和很多，不同直径的塑料供水管道5都会影响流速；步骤四中，上部封堵器8和下部封堵器9之间，塑料供水管道5外侧均匀设置有出水口10；其中水泵4通过塑料供水管道5对上部封堵器8和下部封堵器9之间进行供水，水最后通过其外侧设置的出水口10流出；步骤五、调节水泵4流速，使孔口压力计2读数到达设定值，同时观测孔隙水压力计1、封堵器上部电磁流量计12和下部电磁流量计11的读数；步骤六、按预定时间记录电磁流量计11、孔口压力计2、孔隙水压力计1、封堵器上部电磁流量计12和下部电磁流量计11的数据；步骤七、记录流量达到稳定标准后，按预定压力阶段调节水泵4流速和预定时间重复步骤五和步骤六；步骤八、完成预定压力的试验后，停止水泵4供水，释放上部封堵器8和下部封堵压力；断开水泵4与塑料供水管道5的连接，以及断开孔隙水压力计1、孔口压力计2、电磁流量计11、封堵器上部电磁流量计12和封堵器下部电磁流量计13与实验记录仪3的连接；转动管道收纳盘15，将试验段放置在下一预定深度；步骤九、重复步骤二至步骤八，直至完成钻孔内所有试验段；步骤十、计算试验段压力p和渗透流量q，计算试验段岩土体透水率及其他指标；具体试验段压力p计算方法为：p=p1 pz-p2-p3,式中p1为孔口压力计2读数，pz为压力计中心至压力计算零线的水柱压力，压力计算零线由孔隙水压力计1确定的地下水位和试验段深度综合确定，p2和p3分别为缠绕型供水管道和孔内硬材质管的塑料供水管道5所造成的管路压力损失，计算方法为：；,式中，l1和l2分别为对应的缠绕型供水管道和孔内直线型供水管道长度，d1为供水管道内径，v为供水管道内水的流速，由电磁流量计11的读数q1和供水管道内径d1确定；g为重力加速度；具体渗透流量q计算方法为：q=q2-q3，式中，q2为封堵器上部电磁流量计12读数，代表供水系统供水流量与通过上部封堵器8渗漏流量之差，q3为封堵器下部电磁流量计13读数，代表通过下部封堵器9渗漏的流量；计算试验段岩土体透水率的方法为：，式中的p和q为前两步计算结果，l为试验段长度；上部封堵器8和下部封堵器9的具体位置如图所示状；孔口压力计2用于测塑料供
水管道5的水压；其中压力损失系数λ1和λ2计算方法：正式开展试验工作前，将水泵4、塑料供水管道5、稳压罐6、孔口压力计2、电磁流量计11、塑料供水管道5依次连接，并在平整的地面展开，缠绕型供水管道段的塑料供水管道5和硬材质管的塑料供水管道5长度分别为l1和l2；打开水泵4，记录孔口压力计2的读数
始1
和电磁流量计11的读数q1；调整水泵4阀门，电磁流量计11的读数变化至q2、q3，分别记录对应时刻孔口压力计2的读数
始2
、
始3
；之后关闭水泵4，将孔口压力计2拆下移至硬材质管的塑料供水管道5末端，打开水泵4，调整电磁流量计11读数分别至q1、q2、q3，记录对应时刻孔口压力计2的读数
终1
、
终2
、
终3
；建立方程1： ，方程2： ，方程3： ，其中v为供水管道内水的流速，由公式获得，d1为供水管道内径；变换缠绕型供水管道和硬材质管的塑料供水管道5的长度至l3和l4，在流量q1、q2、q3的条件下重复以上步骤，记录孔口压力计2的读数
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、
始2
、
始3
以及
终1
、
终2
、
终3
；建立方程4： ，方程5： ，方程6： ；分别联立方程组1和4,2和5,3和6，计算的三组不同的压力损失系数λ1和λ2，求其平均值，即为所需的缠绕型供水管和硬材质管的塑料供水管道5的压力损失系数。
10.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。