一种孔内双柱塞注水渗透试验仪及其工作方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种孔内双柱塞注水渗透试验仪及其工作方法。

背景技术：

水文参数测试是水文地质和工程地质勘察工作中一项不可或缺的重要内容，能否在勘探测试过程中准确测试地下水在土层中的渗透性，确定水文地质的相关参数，对于岩土设计，地基施工等起着重要作用。

目前，在钻孔内测定地下水渗透系数还没有专门的测试仪器，在工程中广泛应用的测试方法是通过现场钻孔，在孔内放入注水管（pvc管或钢管）并设置渗透试验段，通过膨胀泥球或止水带对非试验段进行隔水，试验前需要对钻孔进行洗孔，然后进行注水渗透试验，记录试验时间和水头变化直至稳定，计算土层的渗透系数。

现有的孔内土层渗透系数测定方法主要难点在于：需要为试验专门进行钻孔和洗孔，试验不利于和勘察过程中的钻孔相结合；试验装置需要专门制作注水钢管或pvc管，对成本的控制和环境保护不利；试验装置隔水需要采用泥球或止水带，对非试验土层的隔水困难；试验完毕pvc管遗留在孔内，具有一定的工程风险；试验装置安装复杂，整个试验的时间长、投入大，不利于现场试验的进行。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种孔内双柱塞注水渗透试验仪及其工作方法，该试验仪由依次同轴连接的上止水腔、注水试验腔以及下止水腔组成，并通过借助于工程勘察过程中已有的钻孔进行孔内试验，适用于各种土层（粘性土、粉性土或砂土）的渗透系数k值的测定。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种孔内双柱塞注水渗透试验仪，其特征在于所述孔内双柱塞注水渗透试验仪包括依次同轴连接的上止水腔、注水试验腔以及下止水腔；所述上止水腔以及所述下止水腔均包括钢管以及套设在所述钢管外侧的膨胀气囊；所述注水试验腔包括透水花管以及套设在所述透水花管外侧的注水腔滤网片；所述透水花管侧壁开设有若干通孔。

所述透水花管的底端通过丝扣结构与所述下止水腔的所述钢管的顶端同轴密封连接；所述下止水腔的所述钢底端连接有底端单向闷头。

所述透水花管的顶端通过丝扣结构与所述上止水腔的所述钢管的底端同轴密封连接；所述透水花管与所述上止水腔的内部相互连通；所述上止水腔的所述钢管的顶端安装有顶部密封结构；所述顶部密封结构开设有供注水管连接的水源接口。

所述上止水腔以及所述下止水腔的所述膨胀气囊均连接有通气软管；所述通气软管穿过所述钢管的侧壁并与所述顶部密封结构上的气源接口连通。

所述膨胀气囊的两端分别通过一个固定圈安装在所述钢管的外表面。

所述注水腔滤网片的两端分别与所述上止水腔的底端以及所述下止水腔的顶端连接。

一种孔内双柱塞注水渗透试验仪的工作方法，所述工作方法包括以下步骤：分别将注水软管以及注气软管连接在上止水腔顶部的水源接口以及气源接口；将所述孔内双柱塞注水渗透试验仪插入钻孔内，并下放至预定深度；通过所述注水软管向注水试验腔内注水，以便清洗所述钻孔内的试验渗透段；通过所述注气软管向所述上止水腔以及下止水腔的膨胀气囊通气加压，使得两个所述膨胀气囊膨胀并紧贴所述钻孔的内壁构成阻隔密封；通过所述注水软管向所述注水试验腔注水，进行注水渗透试验；注水渗透试验完成后，降低所述膨胀气囊的气压，使得所述膨胀气囊收缩。

进行注水渗透试验的过程中，持续记录注水时间以及所述注水软管中的水头下降深度；水头稳定后停止记录，计算所述钻孔内试验渗透段土体的渗透系数。

本发明的优点是：

1）减轻劳动强度，该装置主要由隔水段、透水段和注水段组成，并且呈组合式装配使用，具有整体重量轻，搬运容易，操作简单，减轻操作人员的劳动强度；

2）降低试验成本，该试验可以在一个孔中对不同深度段的土层进行试验；该试验仪可以多次重复使用，靠气压膨胀隔水，减少套管采用pvc管的一次性投入，同时减少套管外止水带或泥球隔水的成本，节约成本；

3）提高测试精度，该试验仪通过气压膨胀贴壁可以有效隔水，通过试验仪的透水段对试验渗透段孔壁进行有效清洗，使试验精度提高；

4）注重节约环保，该试验仪所有部件均可以重复使用，且试验完成后在孔内没有任何残留，无需在地下埋设pvc管，避免对环境造成损害；

5）控制潜在风险，采用该试验仪完成试验后，试验仪可回收利用，对孔位可以进行及时回填，避免pvc管试验完毕遗留孔内造成可能的透水风险。

附图说明

图1为本发明中孔内双柱塞注水渗透试验仪的侧视图；

图2为本发明中注水试验腔的剖视图；

图3为本发明中下止水腔的局部剖视图；

图4为本发明中上止水腔的局部剖视图；

图5为本发明中孔内双柱塞注水渗透试验仪未充气膨胀时的侧视图；

图6为本发明中孔内双柱塞注水渗透试验仪充气膨胀后的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-6，图中标记1-18分别为：孔内双柱塞注水渗透试验仪1、上止水腔2、注水试验腔3、下止水腔4、透水花管5、注水腔滤网片6、钢管7a、钢管7b、膨胀气囊8、底端单向闷头9、顶部密封结构10、水源接口11、固定圈12、通气软管13、气源接口14、土层15、钻孔16、注水软管17、注气软管18。

实施例：如图1所示，本实施例具体涉及一种孔内双柱塞注水渗透试验仪，该孔内双柱塞注水渗透试验仪1包括依次同轴连接的上止水腔2、注水试验腔3以及下止水腔4。

如图2所示，注水试验腔3包括透水花管5以及套设在透水花管5外侧的注水腔滤网片6；透水花管5的侧壁开设有若干通孔，以便透水花管5内的水可以流到注水试验腔3的外侧。

如图2、3、4所示，上止水腔2以及下止水腔4均包括钢管7以及套设在钢管7外侧的膨胀气囊8；透水花管5的底端通过丝扣结构与下止水腔4的钢管7a的顶端同轴密封连接；为了便于连接，在钢管7a的顶部设置有六角形的扳手卡口；下止水腔4的钢管7a的底端连接有底端单向闷头9，底端单向闷头9与钢管7a的底端开口形成密封连接。

如图2、4所示，透水花管5的顶端通过丝扣结构与上止水腔2的钢管7b的底端同轴密封连接；透水花管5与上止水腔2的钢管7b的内部腔体相互连通；上止水腔2的钢管7b的顶端安装有顶部密封结构10；顶部密封结构10开设有供注水管连接的水源接口11。

如图2至4所示，两个膨胀气囊8的两端分别通过一个固定圈12安装在钢管7上；上止水腔2以及下止水腔4的膨胀气囊8均连接有通气软管13；通气软管13穿过钢管7的侧壁并与顶部密封结构10上的气源接口14连通；向气源接口14注入高压气体时，上止水腔2以及下止水腔4的膨胀气囊8均膨胀；向水源接口11注水时，注入的水只能从注水试验腔3侧壁的流出。

如图2至4所示，注水腔滤网片6的两端分别与上止水腔2的底端以及下止水腔4的顶端连接；上止水腔2的底端以及下止水腔4的顶端均设置有滤网固定螺丝扣，注水腔滤网片6通过紧固螺帽与滤网固定螺丝扣连接。

如图1至6所示，本实施例还涉及一种孔内双柱塞注水渗透试验仪的工作方法，其工作方法包括以下步骤：

1）在地面组装并检查孔内双柱塞注水渗透试验仪1，确保其处于正常工作的状态；

2）利用钻机在土层15上钻孔至预设深度，形成钻孔16；

3）分别将注水软管17以及注气软管18连接在上止水腔2顶部的水源接口11以及气源接口14；注水软管17连接水箱，注气软管18连接气泵；

4）如图3、4、6所示，将孔内双柱塞注水渗透试验仪1插入土层15的钻孔16内，并下放至预定深度；使用注水软管17向注水试验腔3注水，注入的水从注水试验腔3的侧壁流出，从而清洗孔内双柱塞注水渗透试验仪1与钻孔16的试验渗透区段内壁之间的空隙；

5）如图3、4、5所示，通过注气软管18向上止水腔2以及下止水腔4的膨胀气囊8通气加压，使得两个膨胀气囊8膨胀并紧贴钻孔16的内壁；起到隔水的作用，可有效地防止注水试验腔3流出的水沿竖直方向流失；

7）在膨胀气囊8保持膨胀状态后，通过注水软管17向注水试验腔3注水，进行注水渗透试验；进行注水渗透试验的过程中，通过注水软管17向注水试验腔3注满水，持续记录时间以及注水软管17中的水头下降深度；水头稳定后停止记录，并计算孔内试验土层的渗透系数；

8）如图3、4、6所示，注水渗透试验完成后，降低膨胀气囊8的气压，使得所述膨胀气囊8收缩；随后可调整孔内双柱塞注水渗透试验仪1的深度，再次进行注水渗透试验；或者将孔内双柱塞注水渗透试验仪1从钻孔16内抽出，清洗干净以备下一次测试。

本实施例的有益技术效果为：

1）减轻劳动强度，该装置主要由隔水段、透水段和注水段组成，并且呈组合式装配使用，具有整体重量轻，搬运容易，操作简单，减轻操作人员的劳动强度。

2）降低试验成本，该试验可以在一个孔中对不同深度段的土层进行试验；该试验仪可以多次重复使用，靠气压膨胀隔水，减少套管采用pvc管的一次性投入，同时减少套管外止水带或泥球隔水的成本，节约成本。

3）提高测试精度，该试验仪通过气压膨胀贴壁可以有效隔水，通过试验仪的透水段对试验渗透段孔壁进行有效清洗，使试验精度提高。

4）注重节约环保，该试验仪所有部件均可以重复使用，且试验完成后没有在孔内有任何残留，无需在地下埋设pvc管，避免对环境造成损害。

5）控制潜在风险，采用该试验仪完成试验后，试验仪可回收利用，对孔位可以进行及时回填，避免pvc管试验完毕遗留孔内造成可能的透水风险。