CN105628612A - 一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法 - Google Patents

一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法，包括：从上到下依次连接的潜水含水层试样装载圆筒（1）、粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3），所述粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）之间活动设置有用于分隔二者的挡板（6），所述承压含水层试样装载圆筒（3）的顶端侧壁上连通有进水管，所述承压含水层试样装载圆筒（3）的底端连通有出水管（13）。本发明提供的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法，解决以往研究粘土承压含水层释水特性时，无法有效主动地控制相邻承压含水层降深，以及无法测量粘土承压含水层释水水量的问题。

Description

一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法，尤其涉及一种基于可控承压含水层降深情况下，诱发相邻粘土承压含水层释水的实验装置及方法，属于地下水探测技术领域。
背景技术
粘土承压含水层是指渗透能力极弱的含水层。通常，粘土承压含水层被认为一种特殊的隔水层。但是，在发生越流时，由于驱动水流的水力梯度大且发生渗透的过水断面很大（等于粘土承压含水层分布范围），因此，相邻含水层通过粘土承压含水层交换的水量相当大，这时将难以视其为隔水层。松散沉积物中的粘性土，坚硬基岩中裂隙稀少而狭小的岩层（如砂质页岩、泥质粉砂岩等）都可以归入粘土承压含水层之列。简单、典型的地下水含水层***由上至下分布为潜水含水层、粘土承压含水层和承压含水层。当下部承压含水层水头降低时，顶部的潜水含水层将越流至粘土承压含水层，从而诱发粘土层释水。尽管这一问题被广泛地关注，但是如何在实验室内有效控制承压含水层降深，从而诱发相邻粘土承压含水层释水的问题依然没有解决。目前，在国内外针对粘土承压含水层释水的问题，开展了较多机理方面研究，但多数实验研究并不能有效主动地控制承压含水层降深。因此，本发明公开一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法具有重大的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种承压含水层降深可控，粘土承压含水层释水量可测的定降深诱发粘土承压含水层释水的装置；进一步地，本发明提供一种可保证潜水含水层和粘土承压含水层的水头压力保持不变的定降深诱发粘土承压含水层释水的装置；更进一步地，本发明提供一种不仅可有效主动地控制承压含水层降深，诱发粘土承压含水层释水，且粘土承压含水层释水水量可计算获得的定降深诱发粘土承压含水层释水的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：包括：从上到下依次连接的潜水含水层试样装载圆筒、粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒，所述粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒之间活动设置有用于分隔二者的挡板，所述承压含水层试样装载圆筒的顶端侧壁上连通有进水管，所述承压含水层试样装载圆筒的底端连通有出水管，所述进水管上设置有测压管。
所述潜水含水层试样装载圆筒内装有潜水含水层，所述粘土承压含水层试样装载圆筒内装有粘土承压含水层，所述承压含水层试样装载圆筒内装有承压含水层。
所述进水管通过导流管与恒流量水泵相连。
所述潜水含水层试样装载圆筒的顶端开口通过定水头装置注水，所述潜水含水层试样装载圆筒和粘土承压含水层试样装载圆筒的外侧壁上均从上到下等间距一字排列有若干测压管缺口，所述粘土承压含水层试样装载圆筒上的部分所述测压管缺口上设置有开关；所述潜水含水层试样装载圆筒的外侧壁顶端还设置有外延式阀门。
所述挡板为塞式档板，所述活动设置为所述塞式档板与设置于圆筒外的转动开关相连。
所述承压含水层试样装载圆筒的下面还连接有反滤层，所述反滤层为筒形，所述出水管设置于所述反滤层的侧壁上，所述反滤层有底。
所述测压管缺口为外延式测压管缺口。
所述塞式档板的厚度小于所述粘土承压含水层试样装载圆筒中的粘土承压含水层厚度的10%。
所述潜水含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒的材质为钢，所述粘土承压含水层试样装载圆筒的材质为有机玻璃。
潜水含水层的水头应保持不变。
一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置的释水方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，从上到下依次连接潜水含水层试样装载圆筒、粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒；
S02，在粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒之间安装塞式档板；
S03，在承压含水层试样装载圆筒的顶端侧壁上连通进水管，在承压含水层试样装载圆筒的底端连通出水管，所述进水管上设置有测压管；
S04，开启所述塞式档板，使粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒之间具有水力联系；测定所述测压管的水头压力，并记录为H1，此时，所述出水管为关闭状态；
S05，关闭所述塞式档板，阻断粘土承压含水层试样装载圆筒和承压含水层试样装载圆筒之间的水力联系；开启所述进水管，在所述进水管采用恒流量水泵以恒流速向承压含水层试样装载圆筒注水，同时，出水管开启放水，待所述测压管的水头稳定后，此时，记录所述测压管的水头压力为H2；并记录出水管的流量为Q2；
S06，再开启所述塞式档板，此时记录出水管的流量为Q3，则得出，粘土承压含水层试样装载圆筒中的粘土承压含水层的释水流量为Q3-Q2；粘土承压含水层的降深为H1-H2。
H2小于H1。
本发明在粘土承压含水层的相对隔水底板位置安装塞式档板，阻断粘土承压含水层与下覆承压含水层的水力联系；通过恒流量水泵向下覆承压含水层注水，使其水头小于该粘土承压含水层的初始水头；各含水层水头稳定后，开启塞式档板，使粘土承压含水层与下覆承压含水层恢复水力联系；下覆承压含水层两次水头差即为诱发粘土承压含水层释水的定降深水头值，下覆承压含水层底部出水口流量差即为诱发粘土承压含水层释水的释水量。
本发明提供的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置及方法，粘土承压含水层的降深为H1-H2，粘土承压含水层的释水流量为Q3-Q2，使承压含水层降深可控，粘土承压含水层释水量可测；测压管缺口的设置，可直观检测潜水含水层和粘土承压含水层的水头压力是否保持不变；塞式档板的设置，启闭塞式档板的两次水头差即为诱发粘土承压含水层释水的定降深水头值；本发明主要解决以往研究粘土承压含水层释水特性时，无法有效主动地控制相邻承压含水层降深，以及无法测量粘土承压含水层释水水量的问题。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1~图2所示，一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，包括：试样装载***、供水***、水头测量***、粘土层沉降测量***及反滤层。试样装载***由两节钢制和一节高强度有机玻璃圆筒组成。供水***包括：定水头装置10和恒流量水泵12。水头测量***由若干内径20mm的玻璃测压管9组成。水头测量***的测压管9分布在三节试样装载圆筒侧壁上，其中，最上层的潜水含水层试样装载圆筒1侧壁上分布11个外延式圆型的测压管缺口4，每个缺口直径1cm，用于安装测压管9。中间的粘土承压含水层试样装载圆筒2侧壁分布5个外延式缺口。最下面承压含水层试样装载圆筒侧壁分布2个外延式测压管缺口4，并在2个缺口设置开关，开关的设置主要是为了主动控制承压含水层降深。粘土承压含水层释水量，根据承压含水层的进出水量守恒原理计算获得。在最底层的承压含水层试样装载圆筒3内的承压含水层的进水口处，设置高精度测压管9，以便测量承压含水层的水头压力。其中进水管与恒流量水泵12相连，出水管13与水量收集器相连。潜水含水层试样装载圆筒1的外侧壁顶端还设置有外延式阀门8。
本发明的操作步骤为：
（1）将潜水含水层试样装载圆筒1、粘土承压含水层试样装载圆筒2和承压含水层试样装载圆筒3用水进行饱和，其中潜水含水层试样装载圆筒1中的潜水含水层中的水位通过定水头装置10任意设定。
（2）开启挡板6（即塞式档板）的转动开关5，使粘土承压含水层试样装载圆筒2中的粘土承压含水层与下覆承压含水层具有水力联系，并待各级圆筒外侧的测压管中水头稳定。
（3）在恒流量水泵12不开启的情况下，测定粘土承压含水层下方的承压含水层顶部测压管9的水头压力，记录此时此处测压管9的水头压力为H1。
（4）关闭粘土承压含水层的相对隔水底板处的塞式档板，阻断粘土承压含水层与下覆承压含水层的水力联系。
（5）开启粘土承压含水层下方承压含水层顶部进水管和底部的出水管13，在顶部的进水管采用恒流量水泵12，以W1流速，向粘土承压含水层下方承压含水层注水，同时，底部的出水管13开启放水，待顶部测压管9的水头稳定后，记录其水头为H2，应保证H2小于H1。
（6）记录粘土承压含水层下方承压含水层底部出水管13的流量为Q2。粘土承压含水层下方承压含水层的降深为H1-H2。
（7）开启粘土承压含水层的相对隔水底板处的塞式档板。
（8）记录出水管13的流量为Q3，粘土承压含水层释水量通过流量守恒原理计算获得，即为Q3-Q2。
利用反滤层7反滤时，出水管13变为注水口。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：包括：从上到下依次连接的潜水含水层试样装载圆筒（1）、粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3），所述粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）之间活动设置有用于分隔二者的挡板（6），所述承压含水层试样装载圆筒（3）的顶端侧壁上连通有进水管，所述承压含水层试样装载圆筒（3）的底端连通有出水管（13），所述进水管上设置有测压管（9）。
2.根据权利要求1所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述进水管通过导流管（11）与恒流量水泵（12）相连。
3.根据权利要求1所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述潜水含水层试样装载圆筒（1）的顶端开口通过定水头装置（10）注水，所述潜水含水层试样装载圆筒（1）和粘土承压含水层试样装载圆筒（2）的外侧壁上均从上到下等间距一字排列有若干测压管缺口（4），所述粘土承压含水层试样装载圆筒（2）上的部分所述测压管缺口（4）上设置有开关；所述潜水含水层试样装载圆筒（1）的外侧壁顶端还设置有外延式阀门（8）。
4.根据权利要求1所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述挡板（6）为塞式档板，所述活动设置为所述塞式档板与设置于圆筒外的转动开关（5）相连。
5.根据权利要求1所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述承压含水层试样装载圆筒（3）的下面还连接有反滤层（7），所述反滤层（7）为筒形，所述出水管（13）设置于所述反滤层（7）的侧壁上，所述反滤层（7）有底。
6.根据权利要求3所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述测压管缺口（4）为外延式测压管缺口。
7.根据权利要求4所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述塞式档板的厚度小于所述粘土承压含水层试样装载圆筒（2）中的粘土承压含水层厚度的10%。
8.根据权利要求1所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置，其特征在于：所述潜水含水层试样装载圆筒（1）和承压含水层试样装载圆筒（3）的材质为钢，所述粘土承压含水层试样装载圆筒（2）的材质为有机玻璃。
9.根据权利要求1~8任一项所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的装置的释水方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01，从上到下依次连接潜水含水层试样装载圆筒（1）、粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）；
S02，在粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）之间安装塞式档板；
S03，在承压含水层试样装载圆筒（3）的顶端侧壁上连通进水管，在承压含水层试样装载圆筒（3）的底端连通出水管（13），所述进水管上设置有测压管（9）；
S04，开启所述塞式档板，使粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）之间具有水力联系；测定所述测压管（9）的水头压力，并记录为H1，此时，所述出水管（13）为关闭状态；
S05，关闭所述塞式档板，阻断粘土承压含水层试样装载圆筒（2）和承压含水层试样装载圆筒（3）之间的水力联系；开启所述进水管，在所述进水管采用恒流量水泵（12）以恒流速向承压含水层试样装载圆筒（3）注水，同时，出水管（13）开启放水，待所述测压管（9）的水头稳定后，此时，记录所述测压管（9）的水头压力为H2；并记录出水管（13）的流量为Q2；
S06，再开启所述塞式档板，此时记录出水管（13）的流量为Q3，则得出，粘土承压含水层试样装载圆筒（2）中的粘土承压含水层的释水流量为Q3-Q2；粘土承压含水层的降深为H1-H2。
10.根据权利要求9所述的一种定降深诱发粘土承压含水层释水的方法，其特征在于：H2小于H1。
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