河湖沉积物渗透性测试方法技术

本发明专利技术公开了一种河湖沉积物渗透性测试方法，包括

【技术实现步骤摘要】
河湖沉积物渗透性测试方法


[0001]本专利技术涉及水文地质试验装备
，尤其是涉及一种在河流、湖泊、水库以及沼泽、湿地等场所开展沉积物渗透性试验的原位测试方法。

技术介绍

[0002]1951年，美国学者Hvorslev根据大量的室内渗透仪试验以及现场试验案例数据的观测与统计分析，推导了不同边界条件以及试验方案下求取渗透系数的公式，在此基础上形成了利用竖管在多孔介质中直接测定渗透系数的方法，奠定了竖管试验的基础。之后，竖管试验逐步被推广应用于科研教学以及水文地质勘察应用等领域。
[0003]21世纪以来，国内外许多研究者对野外现场竖管试验进行了较深入的研究。陈洵洪（2000）在美国内布拉斯州的Republican River通过大量野外试验证明了该方法在确定河床沉积物渗透系数及各向异性方面的实用性，束龙仓（2002）、迟宝明在美国内布拉斯州的普拉特河（Platte River）、中国江苏省张家港市的暨阳湖分别做了现场竖管试验，得到了可靠的河床沉积物、湖底沉积物渗透系数结果。竖管试验由于其原理清晰，操作简单方便而被广大的学者所采用。
[0004]长期以来，在推广和应用野外现场竖管试验时，大部分学者和工程技术人员多把注意力放在竖管试验方法的应用、竖管试验计算公式的推导和改进、以及竖管试验结果的分析等方面，对竖管试验仪本身的关注较少，并没有针对竖管试验仪在使用中存在的问题以及局限性进行相关改进。
[0005]在河湖沉积物水平向渗透试验的实际操作过程中，通常采用PVC材质或者塑料材质的直管，利用异形接头进行垂直搭接，组合成一套传统的“L”型的竖管试验仪（见图1）进行试验。在试验过程中，管内水头观测多是利用测尺进行人工观测，也有部分学者直接将智能水位计放入竖管底部进行试验水位的测量。
[0006]采用人工测量方式，受竖管空间和结构的限制，存在测量误差大、精度低、操作不便利等缺陷。例如，对于管内水位和管内沉积物的量测而言，从竖管上部利用测尺测读的管内水位，由于读数的视角与水面存在较大的角度，读数偏差不可避免。
[0007]采用智能水位计时，由于管内空间无稳定的搭载位置，智能水位计的安置比较随意。一般是利用绳子牵引，垂直吊放至竖管底部，智能水位计的放置状态常常是未知的。当同一个试验点开展多组试验时，智能水位计的状态可能存在多种情况：或者斜靠着管壁，或者平放于管底，或者垂直吊装于管底，甚至可能出现倒置等情况，甚至特殊情况下会被沉积物所覆盖导致无法正常工作。由于随意放置的智能水位计，其姿态的差异具有随机性，导致其记录的管内水位观测误差具有随机性和偶然性，进而使得试验获取的数据对比性变差。
[0008]除了测量方式的局限外，现有“L”型的竖管试验仪还存在材质适应性差的问题。作为一种现场原位专业水文地质试验仪器，大部分试验人员在试验准备阶段完成半成品加工，然后运至试验地点组装后开展试验。由于试验仪器的材质选择性少，质量参差不齐，直管搭接一般采取专用胶水或者缠绕止水胶带等方式现场搭接，其密封性往往无法保障，即
使搭接质量较好，在将“L”型竖管试验仪的水平段推入试验地层的过程中，承受外力的接头部位容易发生变形进而导致管体密封性遭到破坏，从而使试验成功率大大降低。
[0009]当在比较松散的沉积物中，如松散的粉砂、粉细砂、泥质粉砂层开展竖管试验时，由于试验时“L”型竖管试验仪的垂直管内是充水状态，进入水平段的饱和沉积物在临空侧无法保持直立状态，由于其形状不规则，管内水平方向沉积物长度L
h
的测量误差往往较大，导致试验结果的置信度大幅降低。

技术实现思路

[0010]为了解决上述问题，本专利技术提供一种适用范围广、操作方便、智能化水平高的河湖沉积物渗透性测试方法，具体可采取如下技术方案：本专利技术所述的河湖沉积物渗透性测试方法，通过
“⊥”
型试验装置实现，所述
“⊥”
型试验装置包括：试验管，为由插入段、顶推段和测量段构成的倒T形结构，所述插入段和顶推段同轴设置，所述顶推段为闭口结构，所述测量段垂直设置在插入段和顶推段的交接处；测量组件，包括设置在插入段的滤水封盖、设置在所述顶推段的转向轮和智能水位计、设置在测量段的收卷轮，所述滤水封盖、转向轮和收卷轮通过传动链相连，所述传动链的竖直段上设置有测量尺；所述测量段的开口端设置有管帽，所述管帽上设置通气孔。
[0011]所述测试方法包括：首先，将试验管和测量组件调整到初始状态，同时，对试验点进行前处理，使试验目标层位的河床沉积物产生一个规整的台阶，方便试验管插入段的插装作业；其次，安装测量尺，并对顶推段的尾部施加压力，将插入段缓慢推入试验地层，待测量尺稳定后，读数，并进行记录；再次，取下测量尺，并向试验管测量段注入一定体积的水体（如河水和湖水等），使管内水位达到测量段顶部或高出地下水位一定高度作为初始水头值H0，覆盖测量段顶部以防止蒸散发，管内注完水的同时开始计时；最后，观测管内水位变化过程，到达预定试验时间后，缓慢将插入段从试验地层中拔出，排出管体内的水，取出智能水位计，并读取试验数据，完成试验。
[0012]在观测管内水位变化过程中需满足以下条件：1）采用通用观测法或者特征观测法，其中，a.通用观测法包括：管内水位观测开始间隔时间采用1min，连续观测5次；然后间隔10min，观测3次；之后的观测时间间隔可根据水位下降速度确定，粘土类地层推荐30min间隔进行，粉土和砂土类仍建议按10min间隔控制；b.特征观测法：试验期间管内水位下降记录间隔也可根据地层岩性的不同有所区别，卵砾石类地层可采用1min或者0.5min等时间间隔，砂土类地层建议时间间隔为5min，粘土类地层建议采用的时间间隔为20min或者30min，时间间隔固定设置，连续进行观测和记录，直至观测结束；2）应在试验现场采用半对数坐标纸绘制水头比与时间[ln（H
t
/H0）
‑
t]关系曲线；当水头比与时间关系不呈直线时，应进行试验检查，并重新试验；H
t
为降水头竖管入渗试验在试验时间t时刻对应的管内试验水头，单位cm，H0为降
水头竖管入渗试验的初始水头值，单位cm；3）当试验水头下降到初始试验水头的0.3倍或者连续观测数据达到10个以上时，即可结束试验。
[0013]所述顶推段的管体端部通过旋接设置的一字型手柄形成所述闭口结构，顶推段的管体顶部设置有用于安装所述智能水位计的内螺纹固定槽。
[0014]所述插入段的管体开口端为便于插入沉积物的倒角型结构，所述倒角型结构的裁切角度为25
‑
30
°
。
[0015]所述插入段、顶推段和测量段的管内径相同，且插入段的壁厚小于顶推段和测量段的壁厚；测量段最小高度为80cm，插入段的长度大于管径的5倍且小于测量段的高度，顶推段的长度大于15cm且小于插入段的长度。
[0016]所述滤水封盖垂直于插入段的中心轴，且与插入段的管体内径相适配，滤水封盖上的过滤孔直径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河湖沉积物渗透性测试方法，通过
“⊥”
型试验装置实现，其特征在于，所述
“⊥”
型试验装置包括：试验管，为由插入段、顶推段和测量段构成的
“⊥”
型结构管，所述插入段和顶推段同轴设置，所述顶推段为闭口结构，所述测量段垂直设置在插入段和顶推段的交接处；测量组件，包括设置在插入段的滤水封盖、设置在所述顶推段的转向轮和智能水位计、设置在测量段的收卷轮，所述滤水封盖、转向轮和收卷轮通过传动链相连，所述传动链的竖直段上设置有测量尺；所述测试方法包括：首先，将试验管和测量组件调整到初始状态，同时，对试验点进行前处理，使试验目标层位的河床沉积物产生一个规整的台阶，方便试验管插入段的插装作业；其次，安装测量尺，并对顶推段的尾部施加压力，将插入段缓慢推入试验地层，待测量尺稳定后，读数，并进行记录；再次，取下测量尺，并向试验管测量段注入一定体积的水体，使管内水位达到测量段顶部或高出地下水位一定高度作为初始水头值H0，覆盖测量段顶部以防止蒸散发，管内注完水的同时开始计时；最后，观测管内水位变化过程，到达预定试验时间后，缓慢将插入段从试验地层中拔出，排出管体内的水，取出智能水位计，并读取试验数据，完成试验。2.根据权利要求1所述的河湖沉积物渗透性测试方法，其特征在于，在观测管内水位变化过程中需满足以下条件：1）采用通用观测法或者特征观测法，其中，a.通用观测法包括：管内水位观测开始间隔时间采用1min，连续观测5次；然后间隔10min，观测3次；之后的观测时间间隔可根据水位下降速度确定，粘土类地层推荐30min间隔进行，粉土和砂土类仍建议按10min间隔控制；b.特征观测法：试验期间管内水位下降记录间隔也可根据地层岩性的不同有所区别，卵砾石类地层可采用1min或者0.5min等时间间隔，砂土类地层建议时间间隔为5min，粘土类地层建议采用的时间间隔为20min或者30min，时间间隔固定设置，连续进行观测和记录，直至观测结束；2）应在试验现场采用半对数坐标纸绘制水头比与时间[ln（H
t
/H0）
‑
t]关系曲线；当水头比与时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜新峰，万伟锋，王俊智，杨金林，顾龙龙，陈晓光，
申请(专利权)人：黄河勘测规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：