一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法，本发明专利技术装置包括：供水系统、多级稳压系统、数据采集系统及钻孔封闭系统四部分。供水系统由储水箱、压水泵、高压软管、单向阀及钻杆组成；多级稳压系统由稳压室、3个三通、3个控制阀门、3个所需梯度压力的泄压阀及回水管路组成；数据采集系统由流量传感器、渗透压力传感器及DT数据采集仪组成；钻孔封闭系统由供电电源箱、注水泵、2个控制阀门、上橡胶止水栓塞、下橡胶止水栓塞及高压测压软管及压力表组成。本发明专利技术能够解决现有的压水试验装置无法精准控制压水压力的问题，同时可以实现钻孔压水过程中流量和渗透压力的实时采集，有效提高了压水试验的效率和质量。

A Multistage Gradient Pressure Drilling Water Pressure Test Device and Test Method

The invention relates to a multi-stage gradient pressure stabilization borehole pressure water test device and test method. The device comprises four parts: a water supply system, a multi-stage pressure stabilization system, a data acquisition system and a borehole sealing system. The water supply system consists of water storage tank, pressure pump, high pressure hose, one-way valve and drill pipe; the multi-stage pressure stabilization system consists of pressure stabilization chamber, three tees, three control valves, three pressure relief valves and water return pipelines for gradient pressure required; the data acquisition system consists of flow sensor, osmotic pressure sensor and DT data acquisition instrument; the borehole closure system consists of power supply box, water injection pump and two water return pipelines. Control valve, upper rubber water stop embolism, lower rubber water stop embolism and high pressure pressure pressure hose and pressure gauge composition. The invention can solve the problem that the existing pressure water test device can not accurately control the pressure water pressure, and can realize the real-time collection of flow rate and osmotic pressure during the borehole pressure water process, effectively improving the efficiency and quality of the pressure water test.

【技术实现步骤摘要】
一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法
本专利技术属于裂隙岩体原位渗透性测试与注浆施工效果检测原位试验装置
，具体涉及一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法。
技术介绍
钻孔压水试验是工程地质、水文地质条件勘察和地下工程注浆施工效果检测中常用的一种原位测试方法，为评价裂隙岩体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料。钻孔压水试验是利用专门的止水栓塞将钻孔中的测试段隔离出来，然后用稳定的水压向被隔离段内压水，水通过隔离段孔壁周围的裂隙向岩体内部渗透，最终渗透的水量会趋于固定值，根据压力和流量的关系确定岩土体渗透特性、岩体裂隙开度、裂隙充填物性质、灌浆效果检测等。《水利水电工程钻孔压水试验规程》中规定钻孔压水试验应按三级压力、五个阶段即P1→P2→P3→P4(＝P2)→P5(＝P1)，P1＜P2＜P3进行。P1、P2、P3三级压力值宜分别为0.3MPa、0.6MPa和1MPa；当被隔离段埋深较浅时，宜适当降低试段压力为0.1MPa、0.3MPa和0.6MPa。每一级压力达到稳定后，间隔1-2min观测流量变化，当流量无持续增大趋势，并且五次流量读数中最大与最小值之差小于最终值的10％，或者最大与最小值之差小于1L/min时，本阶段试验即可结束，取最终值作为计算值。将试验压力调整到新的预定值，重复上述试验过程，直到完成该阶段的试验。试验完成后，通过采集到的数据，绘制压力P与流量Q的变化曲线，根据曲线特点，确定试段的P-Q曲线类型，是属于A(层流)型、B(紊流)型、C(扩张)型、D(冲蚀)型、E(充填)型哪一种，然后计算透水率及渗透系数，计算公式如下：式中：q为试段的透水率(Lu)；L为试段长度；Q3为第三阶段的稳定流量(L/min)；P3为第三阶段的试段压力。当试段位于地下水位以下，且透水率q<10Lu，P-Q曲线为A(层流)型时，可以按照下式计算岩体渗透系数：式中：k为试段的渗透系数(m/d)；Q3为第三级压力压入岩土体中的流量(m3/d)；H为试验水头(m)；L为试段长度；r0为钻孔半径(m)。当试段位于地下水位以下，且透水率q<10Lu，P-Q曲线为B(紊流)型时，用第一阶段的压力P1(换算成水头高度，以m计算)和流量Q1带入公式计算渗透系数。当透水率较大时，P-Q曲线为C(扩张)型、D(冲蚀)型与E(充填)型，采用其他水文地质试验方法测定岩体渗透系数。在现有压水试验的技术设备中，均是通过调整调压阀的大小，来实现压力的调节，但是这种方法存在一定的缺陷：(1)调节过程主要是依靠人为控制，每次试验需要多次调节，耗时较长，效率低下；(2)压力主要是参考压力表指针的位置进行估读，精度范围较低，无法实现压力的精确控制；(3)由于压水的压力主要是依靠压力表指针位置进行估读，因此无法保证每次试验时，压力保持一致，因此所获得的数据的可对比性较差，试验也没有可重复性。现有压水试验设备在多级梯度稳定压力调节方面的缺陷，已经限制了压水试验的效率和高精度试验结果的获取。
技术实现思路
针对上述情况，为了克服现有压水试验装置水压控制与数据采集程序繁琐、精度低的缺陷，本专利技术的目的就是提供一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法，操作更加便捷、高效，水压控制更加稳定、精确，采集的数据更加准确，可以更加精准的了解地下岩土体的渗透特性，为相关工程设计提供可靠的现场参数，且更加符合《水利水电工程钻孔压水试验规程》的相关规定。为了实现上述目的，本专利技术按以下技术方案予以实现：一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，包括通过高压软管依次连通的储水箱、压水泵、单向阀、稳压室、3个三通、钻杆、钻孔测试段；所述3个三通分别连接控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三，控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三分别连接泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三；所述高压软管上设有流量传感器和渗透压力传感器，流量传感器和渗透压力传感器分别连接数据采集仪；泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三的压力分别为钻孔压水试验所需的第一级压力、第二级压力和第三级压力。进一步的，所述泄压阀通过回水管路连通所述储水箱。进一步的，所述钻孔测试段的上下端分别设置上橡胶止水栓塞、下橡胶止水栓塞，上橡胶止水栓塞、下橡胶止水栓塞之间连接有连接软管；上橡胶止水栓塞通过高压测压软管连通注水泵；所述注水泵连通储水箱，高压测压软管上设有控制阀门四和压力表，高压测压软管上设有支管，支管上设有控制阀门五。进一步的，所述稳压室包括耐压密封罐体，耐压密封罐体上下设有开口，上开口与单向阀经高压软管连接，下开口经高压软管引出后与三通相连接。基于上述试验装置的钻孔压水试验方法，包括如下步骤：步骤1：打开压水泵和控制阀门一，控制阀门二和控制阀门三关闭，进行第一级压力下的压水试验，压水泵将储水箱中的水送入钻孔测试段周围的岩土体裂缝中，多余的水从泄压阀一溢出；流量传感器与渗透压力传感器将采集到的数据，存储到数据采集仪中；步骤2：当流量数据达到《水利水电工程钻孔压水试验规程》中规定的第一级压力下的结束标准时，关闭控制阀门一，打开控制阀门二，进行第二级压力下的压水试验；步骤3：当流量数据达到《水利水电工程钻孔压水试验规程》中规定的第二级压力下的结束标准时，关闭控制阀门二，打开控制阀门三，进行第三级压力下的压水试验；步骤4：当流量数据达到《水利水电工程钻孔压水试验规程》中规定的第三级压力下的结束标准时，关闭控制阀门三，打开控制阀门二，进行第四级压力下的压水试验；步骤5：当流量数据达到《水利水电工程钻孔压水试验规程》中规定的第四级压力下的结束标准时，关闭控制阀门二，打开控制阀门一，进行第五级压力下的压水试验；当流量达到第五级压力下的结束标准时，关闭压水泵和数据采集仪；步骤6：根据采集到的数据，绘制压力P与流量Q的变化曲线，根据曲线特点，确定试段的P-Q曲线类型，然后计算透水率及渗透系数。进一步的，所述钻孔测试段的处理步骤包括：步骤1：钻孔打好后进行洗孔，待孔口出水返清，无岩粉沉淀在孔底时，洗孔完成；步骤2：结合钻孔压水试验要求和钻孔的岩芯，选取钻孔测试段，将上橡胶止水栓塞与下橡胶止水栓塞分别放置于钻孔测试段的上下端；步骤3：开启注水泵，将储水箱中的水打入上橡胶止水栓塞中，上橡胶止水栓塞中的水经过连接软管流入下橡胶止水栓塞，此时注水泵与上橡胶止水栓塞之间的高压测压软管上的控制阀门四处于打开状态，高压测压软管的支管上的控制阀门五处于关闭状态，观察高压测压软管上的压力表的变化，当压力表显示压力达到预定值，同时关闭注水泵与控制阀门四；步骤4：钻孔压水试验结束后，缓慢打开控制阀门五，将上橡胶止水栓塞与下橡胶止水栓塞内部的压力缓慢释放。与现有压水试验设备相比，本专利技术的积极效果如下：本专利技术所述一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置及试验方法，通过并联安装的3个控制阀门与3个泄压阀，高效、精准的实现了《水利水电工程钻孔压水试验规程》中要求的5级梯度压力下的钻孔压水过程，其中P1＝P5＜P2＝P4＜P3，同时实现了压力和流量数据的自动采集与存储，提高了工作效率，测试数据更加精准可靠，更加符合规范要求，可广泛用于水利水电工程地基渗透性测试、岩溶裂隙岩体灌浆治理效果检测及核废料储存选址等地下工程领域。附图说明图1为本专利技术一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，其特征在于，包括通过高压软管依次连通的储水箱、压水泵、单向阀、稳压室、3个三通、钻杆、钻孔测试段；所述3个三通分别连接控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三，控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三分别连接泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三；所述高压软管上设有流量传感器和渗透压力传感器，流量传感器和渗透压力传感器分别连接数据采集仪；泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三的压力分别为钻孔压水试验所需的第一级压力、第二级压力和第三级压力。

【技术特征摘要】
1.一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，其特征在于，包括通过高压软管依次连通的储水箱、压水泵、单向阀、稳压室、3个三通、钻杆、钻孔测试段；所述3个三通分别连接控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三，控制阀门一、控制阀门二和控制阀门三分别连接泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三；所述高压软管上设有流量传感器和渗透压力传感器，流量传感器和渗透压力传感器分别连接数据采集仪；泄压阀一、泄压阀二和泄压阀三的压力分别为钻孔压水试验所需的第一级压力、第二级压力和第三级压力。2.根据权利要求1所述的一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，其特征在于，所述泄压阀通过回水管路连通所述储水箱。3.根据权利要求1所述的一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，其特征在于，所述钻孔测试段的上下端分别设置上橡胶止水栓塞、下橡胶止水栓塞，上橡胶止水栓塞、下橡胶止水栓塞之间连接有连接软管；上橡胶止水栓塞通过高压测压软管连通注水泵；所述注水泵连通储水箱，高压测压软管上设有控制阀门四和压力表，高压测压软管上设有支管，支管上设有控制阀门五。4.根据权利要求1所述的一种多级梯度稳压钻孔压水试验装置，其特征在于，所述稳压室包括耐压密封罐体，耐压密封罐体上下设有开口，上开口与单向阀经高压软管连接，下开口经高压软管引出后与所述三通相连接。5.基于权利要求1所述试验装置的钻孔压水试验方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：打开压水泵和控制阀门一，控制阀门二和控制阀门三关闭，进行第一级压力下的压水试验，压水泵将储水箱中的水送入钻孔测试段周围的岩土体裂缝中，多余的水从泄压阀一溢出；流量传感器与渗透压力传感器将采集到的数据，存储到数据采集仪中；步骤2：当流量数据达到《水利水电工程钻孔压水试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁世冲，袁胜超，李蕴镭，马履霞，段伟强，刘进，张建石，李维欣，李洋，王军，鲁尚斌，贾玉琴，张坤，李日升，王建秋，张晶，
申请(专利权)人：华北有色工程勘察院有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13