CN109959598B - 一种含水层底部疏放水井渗流试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含水层底部疏放水井渗流试验方法，包括扇形、空心的仅上端开口的渗流砂箱体，渗流砂箱体内填充有砂体，渗流砂箱体内设置有水位监测***，渗流砂箱体包括前侧板、后侧板和圆弧外侧板，渗流砂箱体边缘沿其圆弧外侧板设置有稳压槽，圆弧外侧板上设置有至少两组高度不同的进水口和出水口，圆弧内侧板上开设有若干透水孔，渗流砂箱体内靠近其圆心位置设置有扇形的疏放水井，疏放水井底部设置有疏放水口，所述渗流砂箱体底面上设置有饱和进水口，疏放水口、饱和进水口、进水口和出水口分别连接有供水循环***。与现有技术相比，本发明具有结构简单、适用性强、经济节约的特点，实现对含水层底部疏放水井渗流特征的研究。
Description
技术领域
本发明属于含水层底部疏放水井渗流技术领域，具体涉及一种含水层底部疏放水井渗流试验方法。
背景技术
深入地面以下开发利用地下空间及能源资源是21世纪人类工程活动的主要课题，我国是世界隧道和地下工程最多、发展最快、水文地质及结构形式最复杂的国家，复杂的水文地质条件对地下工程施工带来诸多困难。地下工程施工扰动围岩体形成不同程度的扰动裂隙，其贯穿联通是形成突水、涌砂、突泥等灾害的重要通道，对工程与生命财产安全构成严重威胁。
超前探测并对含水层（体）进行疏水降压是解决水体下工程施工发生突水溃砂灾害的有效手段。对于深部地下工程施工，地面施工钻孔进行抽排水降压，钻进深度往往要800m以上，时间长、费用高，在地下空间向上施工仰斜孔（钻进长度通常小于100m）对含水层（体）进行疏水降压更为经济、合理。
仰斜疏放水孔由含水层底部进入含水层，含水层体内水流依靠渗流梯度及自重向下渗流，这与传统意义上地面的抽排水井渗流规律不同。传统的适用于地面的抽排水井渗流规律的Dipuit-Thiem公式已不再适合计算疏放水井的渗流规律。在疏放水井渗流特征方面，疏放水井的井径、井长及疏放水井底开闭对疏放水渗流特征有着显著影响，进而影响地下工作面进行疏水降压时疏放水井的布设方案；然而，目前还没有适用于研究疏放水井渗流特征的模型及方法。
发明内容
为解决传统的适用于地面的抽排水井渗流规律的Dipuit-Thiem公式已不再适合计算疏放水井的渗流规律的问题，本发明提供一种含水层底部疏放水井渗流试验方法，具有结构简单、适用性强、经济节约的特点，实现对含水层底部疏放水井渗流特征的研究，能有效的揭示动静储量水对疏放水井非稳定渗流阶段的定量补给特征，揭示含水层底部疏放水井井长、井径以及含水层的厚度、孔隙水压力等因素对非完整疏放水井渗流特征的影响关系，为采用含水层底部疏放水试验测试含水层水文地质参数的方法并推导相关理论公式等方面提供物理模型研究基础。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种含水层底部疏放水井渗流试验方法，包括以下步骤：
（一）试验装置安装：先将供水循环***与渗流砂箱体连接，将疏放水井、砂体保护板与渗流砂箱体分别卡接，且砂体保护板位于井管外侧；
（二）砂体填充及水位监测***安装：将砂体充填于渗流砂箱体内至预定渗流砂体厚度，并同步安装水位监测***；
（三）饱和固结砂体：使水由渗流砂箱体底部的饱和进水口进入，逐渐充填砂体至预定水位以使砂体内空气逐渐向上排出，打开疏放水阀门及供水循环***60分钟以上，通过渗流循环再次逐渐排出砂体内残留空气并固结砂体；重复饱和及调节供水循环***3次以上，直至使渗流砂箱体的砂体内空气充分排出，砂体完成密实固结，并保持渗流砂箱体上的稳压槽内的边界水位稳定；
（四）疏放水渗流过程：开启水量监测***采集数据，打开疏放水井的疏放水阀门，使疏放水井内的水向外渗流，保持边界水位稳定、供水循环***循环供水，同步监测渗流砂箱体内各水位监测点的水位变化，至各测点水位及渗流稳定，关闭疏放水阀门，保持边界水位稳定，监测各点水位恢复过程及边界补给水量，至各水位监测点的水位完全恢复时，关闭水量监测***和供水循环***，停止试验；
（五）更换疏放水井：调节供水循环***，疏放渗流砂箱体内的水，当疏放水井的疏放水口处没有水流渗出时，关闭供水循环***，进行更换疏放水井；
（六）再次饱和固结砂体：更换好疏放水井后，采用步骤（三）的饱和方法对渗流砂体进行再次饱和，重复饱和砂体2-3次，饱和结束后检查各水位监测管的水位有无异常；
（七）重复渗流实验：更换新的井管后，可按照步骤（四）的方法进行渗流试验，渗流试验结束后，继续按照步骤（五）的方法更换井管，然后按照步骤（六）再次饱和砂体，按顺序重复步骤（五）、步骤（六）及步骤（四）开展若干组渗流试验。
所述步骤（一）具体采用以下步骤：将供水循环***中的供水箱的供水口通过供水管依次与供水阀门、供水口流量计、进水口连接；将供水箱的饱和进水口通过饱和水管与饱和阀门和渗流砂箱体的底部饱和进水口连接；将稳压槽的出水口通过出水口水管与出水口流量计和中转箱连接；将中转箱通过中转箱抽水管与中转箱抽水泵、中转箱排水管和供水箱连接；将拆卸插板通过拆卸插槽与渗流砂箱体相连，将拆卸插板内的疏放水口通过放水管与疏放水阀门、疏水口流量计与集水箱相连；将集水箱通过集水箱抽水管与集水箱抽水泵、集水箱排水管与供水箱相连；将井管包裹不锈钢细丝网分节通过疏放水井插槽与渗流砂箱体卡接，将井盖放置于井管上，将砂体保护板包裹不锈钢过滤网通过砂体保护板插槽与渗流砂箱体卡接。
所述步骤（二）具体采用以下步骤：将水位监测管集成板固装在渗流砂箱体的前侧板上，将水位监测管的水位探测端分别用不锈钢过滤网包裹好，防止细砂颗粒进入，将底层的水位监测管的水位探测端放置于渗流砂箱体内预设的水位监测点，然后填充筛选冲洗过的砂体，在充填砂体时保持水位监测管的位置不动，充填完第一层砂体后，埋设第二层水位监测管并再次充填砂体，重复上述步骤至预定渗流砂体厚度，所有水位监测管的另一端穿过前侧板均与水位监测管集成板相连。
对于承压含水层试验，砂体充填完成后，盖好活动密封盖并封堵稳压槽内侧壁上位于活动密封盖以上的透水孔，对于非承压含水层则不需要加盖活动密封盖。
所述步骤（三）具体采用以下步骤：
首次开始试验时，将供水箱放置高于渗流砂箱体的位置，关闭供水阀门、饱和阀门、疏放水阀门，利用外接水源对供水箱充水直至集水箱内水满足渗流循环总用水量，或者根据需要后期对集水箱再次通过外接水源补给水量，打开饱和阀门，水从渗流砂箱体底部饱和进水口进入，逐渐充填砂体以使砂体内空气逐渐向上排出，接着外接水源继续对供水箱供水，观察供水箱的水位调整外接水源的供水量，以保持集水箱的水位在/至/集水箱高度位置；
通过水位监测管集成板观察渗流砂箱体内水位，达到预定水位时，关闭饱和阀门，打开疏放水阀门和供水阀门，当集水箱的水量至集水箱容量的/时，关闭外接水源，打开集水箱抽水泵，同时观察中转箱水位，当中转箱水位超过/容量时，打开中转箱抽水泵，维持该渗流状态分钟以上，使稳定渗流区砂体内空气充分排出；
关闭疏放水阀门、供水阀门、集水箱抽水泵及中装箱抽水泵，同时打开饱和阀门，再次饱和至预定水位，关闭饱和阀门，打开疏放水阀门、供水阀门、集水箱抽水泵及中转箱抽水泵，维持渗流状态分钟以上；
重复上述饱和过程-次，使渗流砂箱体的砂体内空气充分排出，砂体完成密实固结，以使砂体渗透性参数均一稳定，此时，关闭疏放水阀门、饱和阀门、集水箱抽水泵，打开供水阀门、中转箱抽水泵，保持稳压槽内的边界水位稳定。
所述步骤（四）具体采用以下步骤：检查各水位监测管内有无气泡，各水位监测点位置有无异常，检查并确保供水阀门处于打开状态、饱水口阀门处于关闭状态，保持稳压槽内的边界水位稳定，放置好数码相机，数码相机开始记录水位监测管集成板上的水位，供水口流量计、出水口流量计及疏水口流量计开始采集数据，打开疏放水阀门、集水箱抽水泵，保持供水循环***循环供水，当疏水口流量计处的水量稳定、水位监测管集成板上显示的各水位监测管的水位稳定时，关闭疏放水阀门，监测渗流砂箱体内各水位监测点的水位恢复过程及边界补给水量，至各水位监测点的水位完全恢复时，关闭供水阀门、中转箱抽水泵、数码相机、各流量计及流量计数据采集装置，停止试验。
所述步骤（五）具体采用以下步骤：检查并确保供水阀门、饱水口阀门处于关闭状态，打开疏放水阀门及集水箱抽水泵，疏放渗流砂箱体内的水，当疏放水口处没有水流渗出时，关闭集水箱抽水泵，在拆卸插板下方放一容器，拔出拆卸插板，砂体保护板内侧的砂体将流入容器内，分节取下渗流井管及井盖，清理砂体保护板内侧的残留砂体；***拆卸插板，分节安装新的渗流井管及井盖，将砂体保护板内侧流出砂体再次填充至新的井管及井盖周围空间，填充砂体过程中分层铺设好砂体保护板内侧的水位监测管，至充填量与砂体保护板外侧砂体持平时，新的井管更换结束。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
1.首次设计了含水层底部疏放水井渗流试验模型装置，弥补含水层底部疏放水试验研究装置的空白；
2.本发明的试验模型装置中渗流砂箱体横截面、疏放水井横截面均为扇形，节省了试验装置材料、试验砂体及试验时间；
3.可用于研究不同井径、井长的疏放水井的渗流特征；通过设置砂体保护板及拆卸插板，疏放水井的井管采用分节设计，便于更换井管，且井管更换过程中不扰动砂体保护板后侧的固结砂体，提高了渗流砂体渗流参数的稳定性及试验结果的准确性；
4.采用循环供水***，节约水资源；在渗流砂箱体上的稳压槽进水口、出水口及疏放水口均安装流量计，能同步准确监测疏放水井非稳定渗流阶段静储量补给及动储量补给的定量关系；
5.本发明的试验模型装置可用于研究井长、井径以及含水层的厚度、孔隙水压力等因素对非完整疏放水井渗流特征的影响关系，为建立深部含水层底部疏放水井渗流模型及理论计算方程、界定深部含水层底部疏放水井极限井长、给出采用疏放水试验测试含水层水文地质参数的方法并推导相关理论公式等方面提供了物理模型研究基础。
附图说明
图1是本发明渗流试验模型装置整体图。
图2是图1中渗流砂箱体的俯视图。
图3是井管的结构示意图。
图4是井盖的结构示意图。
图5是拆卸插板的结构示意图。
图6是砂体保护板的结构示意图。
图中：1-渗流砂箱体；2-井盖；3-井管；4-疏放水口；5-拆卸插槽；6-拆卸插板；7-砂体保护板；8-疏放水井插槽；9-砂体保护板插槽；10-活动密封盖；11-车轮；12-稳压槽；13-进水口；14-出水口；15-出水口流量计；16-出水口水管；17-饱和水管；18-供水口流量计；19-供水阀门；20-饱和阀门；21-供水箱；22-中转箱排水管；23-中转箱抽水泵；24-中转箱抽水管；25-供水管；26-集水箱排水管；27-数码相机；28-疏放水阀门；29-疏水口流量计；30-放水管；31-集水箱抽水管；32-集水箱抽水泵；33-集水箱；34-饱和进水口；35-水位监测管集成板；36-中转箱；37-供水口；38-供水箱饱和进水口；39-圆弧内侧板；40-圆弧外侧板；41-后侧板；42-前侧板；43-中空管；44-采集装置；45-电脑；46-水位监测点；47-水位监测管。
具体实施方式
如图1-6所示，一种含水层底部疏放水井渗流试验模型装置，包括扇形、空心的仅上端开口的渗流砂箱体1，渗流砂箱体1内填充有砂体，也可以填充其他各类需要的材料，渗流砂箱体1内设置有水位监测***，渗流砂箱体1包括前侧板42、后侧板41和圆弧外侧板40，渗流砂箱体1边缘沿其圆弧外侧板40设置有稳压槽12，稳压槽12的圆弧外侧板40上设置有至少两组高度不同的进水口13和出水口14，此处图1中进水口13和出水口14一共为四组，可用于设置不同高度边界水头，稳压槽12的圆弧内侧板39上开设有若干透水孔（图中未示出），渗流砂箱体1内靠近其圆心位置设置有扇形的疏放水井，疏放水井底部设置有疏放水口4，用于疏放渗流入疏放水井内的水流，所述渗流砂箱体1底面上设置有饱和进水口34，所述疏放水口4、饱和进水口34、进水口13和出水口14分别连接有供水循环***。上述稳压槽12由内侧板和外侧板组成。上述饱和进水口34为两个，均匀分布于渗流砂箱体1的底板中间部位，两个饱和进水口34并联与供水循环***连接。
优选地，所述疏放水井包括井管3，井管3壁上开设有高密度透水孔，如图3所示，所述前侧板42和后侧板41内侧壁上靠近渗流砂箱体1圆心位置分别设置有疏放水井插槽8，所述井管3插在疏放水井插槽8内从而卡接在渗流砂箱体1上，所述疏放水井顶部放置有井盖2，井盖2可以根据试验需要，为透水性井盖或非透水性井盖。透水性的井盖2上有高密度透水孔，井管3和透水井盖2外侧均包裹有不锈钢高密度细丝过滤网，以防止细颗粒砂颗粒流入井管3内侧。疏放水井插槽8为U型，便于安装或拆卸井管3。
为了便于拆卸、更换井管3，所述井管3底部设有用于支撑井管3的水平的拆卸插板6，所述渗流砂箱体1底部靠近其圆心位置开设有拆卸插槽5，拆卸插板6的一端通过插在拆卸插槽5内固定在渗流砂箱体1上，所述疏放水口4设置在拆卸插板6上，井管3与井盖2、前侧板42、后侧板41、拆卸插板6形成扇形的疏放水井，所述拆卸插板6的尺寸稍大于所需研究的最大疏放水井的横截面尺寸，以适应于不同井径的井管3。安装时，井管3直接放置于拆卸插板6上。
上述拆卸插板6结构如图5、图1、图2所示，拆卸插板6的一端沿渗流砂箱体1向外伸出，其伸出端为拉环（图中未标出），使得拆卸井管3时，只需通过拉环向外拉出拆卸插板6，井管3会由于自重逐渐下落，从而分节拆掉即可。上述拆卸插槽5为开口向左（即图2所示的左侧）的U型槽，其U型槽的开口深度以能与井管3相配合固定住拆卸插板6处于水平状态为宜。
为了使更换井管3时仅扰动小部分渗流砂体，所述前侧板42和后侧板41内侧壁上靠近渗流砂箱体1圆心位置均设置有砂体保护板插槽9，砂体保护板插槽9位于疏放水井插槽8远离圆心位置的一侧，砂体保护板插槽9内卡接有砂体保护板7，所述砂体保护板7到渗流砂箱体1圆心位置之间的距离大于所需研究最大疏放水井的半径，此处为稍大于。更换井管3时，仅扰动砂体保护板7内侧的渗流砂体，砂体保护板7外侧的渗流砂体不受影响。砂体保护板7结构如图6所示，为不锈钢格栅，整体强度高，高度可根据需要定制，其外侧包裹不锈钢高密度细丝过滤网，防止拆卸井管3时，细颗粒砂体流出。
为了便于调节井长且便于拆卸，所述井管3为多段子管组成，子管的弧形长度与井管3的弧形长度一致，如图3所示。
为了便于调节井径进而研究井径对渗流的影响，所述疏放水井插槽8沿前侧板42、后侧板41的径向分别间隔设置。
优选地，所述渗流砂箱体1上部设置有活动密封盖10，活动密封盖10的外轮廓尺寸与渗流砂箱体1内轮廓尺寸一致，活动密封盖10边缘粘结有橡胶密封条（图中未画出）；所述渗流砂箱体1底面上安装有车轮11。活动密封盖10能渗流砂箱体1内上下调节并固定于预设高度。
进一步地，所述水位监测***包括水位监测管集成板35和若干水位监测管47，水位监测管集成板35外设置有用于实时同步监测水位监测管47水位变化的数码相机27，水位监测管集成板35固设在前侧板42外侧面上，水位监测管47根据水位监测点布设情况分层埋设在渗流砂箱体1内，水位监测管47的水位探测端位于预设的水位监测点上，另一端穿过前侧板42集成在水位监测管集成板35上。数码相机27通过水位监测管集成板35来实时同步监测各水位监测管47的水头变化。
更进一步地，所述水位监测管集成板35包括集成板本体（图中未标出），集成板本体上间隔设置有竖直的中空管43，中空管43上沿竖直方向标有刻度，中空管43的数量等于或大于水位监测管47的数量，水位监测管47的另一端与中空管43的底部相连通。可通过中空管43内的水位来监测渗流砂箱体1内的水位变化。
进一步地，所述供水循环***包括供水箱21、中转箱36和集水箱33，供水箱21连接有集水箱排水管26，集水箱排水管26连接有集水箱抽水泵32，集水箱抽水泵32连接有集水箱抽水管31，集水箱抽水管31连接集水箱33，所述供水箱21还连接有中转箱排水管22，中转箱排水管22连接有中转箱抽水泵23，中转箱抽水泵23连接有中转箱抽水管24，中转箱抽水管24连接中转箱36；
供水箱21连接有供水管25和饱和水管17，供水管25与进水口13相连通，供水管25上安装有供水阀门19，所述饱和水管17与饱和进水口34相连通，饱和水管17上安装有饱和阀门20；所述中转箱36连接有出水口水管16，出水口水管16与出水口14相连通；所述集水箱33连接有放水管30，放水管30与疏放水口4相连通，放水管30上安装有疏放水阀门28。上述供水箱21上设置有用于与供水管25连接的供水口37，还设置有用于与饱和水管17连接的供水箱饱和进水口38。
上述供水循环***中供水箱21分两条通道与渗流砂箱体1连接，一条通过供水管25与渗流砂箱体1中稳压槽12的进水口13相连通，另一条通过饱和水管17与渗流砂箱体1的饱和口34相连通；其中供水箱21补给稳压槽12的水分两路循环汇集至供水箱21，其中一路经渗流砂箱体1的稳压槽12的出水口14通过放水管16与中转箱36连接，中转箱36通过中转箱36的中转箱抽水管24与中转箱抽水泵23、中转箱排水管22与供水箱21相连，形成渗流循环；另一路经渗流砂箱体1的疏放水口4通过放水管30与集水箱33连接，集水箱33通过集水箱抽水管31、集水箱抽水泵32、集水箱排水管26与供水箱21相连，形成渗流循环。
为了便于对水量进行监测及研究，所述供水循环***上设置有水量监测***，水量监测***由供水口流量计18、出水口流量计15、疏水口流量计29、数据采集装置44及电脑45组成，供水口流量计18、出水口流量计15、疏水口流量计29分别连接数据采集装置44，数据采集装置44连接电脑45，数据采集装置44将数据传输至电脑45，供水口流量计18安装在供水管25上，出水口流量计15安装在出水口水管16上，疏水口流量计29安装在放水管30上。上述数据采集装置44为现有技术，在此不再赘述。
其中，所述的水量监测***中供水口流量计18监测供水箱21渗流试验时的总供水量Q 供，出水口流量计15监测稳压槽12稳压过程中流出水量Q 出，放水口流量计29用于监测疏放水试验时渗流砂箱体1的疏放水量Q 放，疏放水试验过程中稳压槽12对渗流砂箱体1的动态补给Q 动=Q 供-Q 出，非稳定渗流阶段，疏放水量Q 放包括动态补给Q 动及静储量补给Q 静，Q 静=Q 放-Q 动=Q 放-Q 供+Q 出，该装置的流量监测***可以实时监测非稳定渗流阶段的动静储量补给量；
本发明还提供了一种含水层底部疏放水井渗流试验模型装置的试验方法，包括以下步骤：
（一）含水层底部疏放水井渗流试验模型装置的安装：
如图1所示，将供水循环***与渗流砂箱体1连接，将井管3包裹不锈钢细丝网分节通过疏放水井插槽8与渗流砂箱体1卡接，将井盖2放置于井管3上，将砂体保护板7包裹不锈钢过滤网通过砂体保护板插槽9与渗流砂箱体1卡接；
（二）水位监测***安装及砂体填充：
将水位监测管集成板35固装在渗流砂箱体1的前侧板42上，将水位监测管47的水位探测端分别用不锈钢过滤网包裹好，防止细砂颗粒进入，将底层的水位监测管47的水位探测端放置于渗流砂箱体1内预设的水位监测点，即沿着渗流砂箱体1底板角的平分线布设的水位监测点46，如图2所示，然后填充筛选冲洗过的砂体，在充填砂体时保持水位监测管47的位置不动，充填完第一层砂体后，埋设第二层水位监测管47并再次充填砂体，重复上述步骤至预定渗流砂体厚度，所有水位监测管47的另一端穿过前侧板42均与水位监测管集成板35相连；
对于承压含水层试验，砂体充填完成后，盖好活动密封盖10并封堵稳压槽12内侧壁上位于活动密封盖10以上的透水孔，对于非承压含水层则不需要加盖活动密封盖10；
（三）砂体饱和固结过程：
首次开始试验时，将供水箱21放置高于渗流砂箱体1一定距离的位置，关闭供水阀门19、饱和阀门20、疏放水阀门28，利用外接水源对供水箱21充水直至集水箱33内水满足渗流循环总用水量，或者根据需要后期对集水箱再次通过外接水源补给水量，打开饱和阀门20，水从渗流砂箱体1底部饱和进水口34进入，逐渐充填砂体以使砂体内空气逐渐向上排出，接着外接水源继续对供水箱21供水，观察供水箱21的水位并调整外接水源的供水量，以保持集水箱33的水位在1/2至3/4集水箱高度位置；通过水位监测管集成板35观察渗流砂箱体1内水位，达到预定水位时，关闭饱和阀门20，打开疏放水阀门28和供水阀门19，当集水箱33的水量至集水箱容量的1/2时，关闭外接水源，打开集水箱抽水泵32，同时观察中转箱36水位，当中转箱36水位超过1/2容量时，打开中转箱抽水泵23，维持该渗流状态60分钟以上，使稳定渗流区砂体内空气充分排出；关闭疏放水阀门28、供水阀门19、集水箱抽水泵32及中转箱抽水泵23，同时打开饱和阀门20，再次饱和至预定水位，关闭饱和阀门20，打开疏放水阀门28、供水阀门19、集水箱抽水泵32及中转箱抽水泵23，维持渗流状态60分钟以上；
重复上述饱和过程4-5次，使渗流砂箱体1的砂体内空气充分排出，砂体完成密实固结，以使砂体渗透性参数均一稳定，此时，关闭疏放水阀门28、饱和阀门20、集水箱抽水泵32，打开供水阀门19、中转箱抽水泵23，保持稳压槽12内的边界水位稳定；
（四）疏放水渗流过程：
检查各水位监测管47内有无气泡，各水位监测点位置有无异常，检查并确保供水阀门19处于打开状态、饱和阀门20处于关闭状态，保持稳压槽12内的边界水位稳定，放置好数码相机27，数码相机27开始记录水位监测管集成板35上的水位，供水口流量计18、出水口流量计15及疏水口流量计29开始采集数据，打开疏放水阀门28、集水箱抽水泵32，保持供水循环***循环供水，当疏水口流量计29处的水量稳定、水位监测管集成板35上显示的各水位监测管47的水位稳定时，关闭疏放水阀门28，监测渗流砂箱体1内各水位监测点的水位恢复过程及边界补给水量，至各水位监测点的水位完全恢复时，关闭供水阀门19、中转箱抽水泵23、数码相机27、各流量计及流量计数据采集装置44，停止试验；
（五）更换渗流井管
检查并确保供水阀门19、饱和阀门20处于关闭状态，打开疏放水阀门28及集水箱抽水泵32，疏放渗流砂箱体1内的水，当疏放水口4处只有少量或基本没有水流渗出时，关闭集水箱抽水泵32，在拆卸插板6下方放一大口径容器，拔出拆卸插板6，砂体保护板7内侧的砂体将流入容器内，分节取下渗流井管3及井盖2，清理砂体保护板7内侧的残留砂体；***拆卸插板6，分节安装新的渗流井管3及井盖2，将砂体保护板7内侧流出砂体再次填充至新的井管3及井盖2周围空间，填充砂体过程中分层铺设好砂体保护板7内侧的水位监测管47，至充填量与砂体保护板7外侧砂体持平时，新的井管更换结束；
（六）再次饱和砂体
更换新的井管后，再次饱和砂体时，采用步骤（三）的饱和方法对渗流砂体进行再次饱和，重复饱和砂体2-3次，饱和结束后检查各水位监测管47的水位有无异常；
（七）重复渗流试验
更换新的井管后，可按照步骤（四）的方法进行渗流试验，渗流试验结束后，继续按照步骤（五）的方法更换井管，然后按照步骤（六）再次饱和砂体，按顺序重复步骤（五）、步骤（六）及步骤（四）开展若干组渗流试验。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (6)
1.一种含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（一）试验装置安装：先将供水循环***与渗流砂箱体（1）连接，将疏放水井、砂体保护板（7）与渗流砂箱体（1）分别卡接，且砂体保护板（7）位于井管（3）外侧；
具体步骤如下：将供水循环***中的供水箱（21）的供水口（37）通过供水管（25）依次与供水阀门（19）、供水口流量计（18）、进水口（13）连接；将供水箱（21）的饱和进水口（34）通过饱和水管（17）与饱和阀门（20）和渗流砂箱体（1）的底部饱和进水口（34）连接；将稳压槽（12）的出水口（14）通过出水口水管（16）与出水口流量计（15）和中转箱（36）连接；将中转箱（36）通过中转箱抽水管（24）与中转箱抽水泵（23）、中转箱排水管（22）和供水箱（21）连接；将拆卸插板（6）通过拆卸插槽（5）与渗流砂箱体（1）相连，将拆卸插板（6）内的疏放水口（4）通过放水管（30）与疏放水阀门（28）、疏水口流量计（29）与集水箱（33）相连；将集水箱（33）通过集水箱抽水管（31）与集水箱抽水泵（32）、集水箱排水管（26）与供水箱（21）相连；将井管（3）包裹不锈钢细丝网分节通过疏放水井插槽（8）与渗流砂箱体（1）卡接，将井盖（2）放置于井管（3）上，将砂体保护板（7）包裹不锈钢过滤网通过砂体保护板插槽（9）与渗流砂箱体（1）卡接；
（三）饱和固结砂体：使水由渗流砂箱体（1）底部的饱和进水口（34）进入，逐渐充填砂体至预定水位以使砂体内空气逐渐向上排出，打开疏放水阀门（28）及供水循环***60分钟以上，通过渗流循环再次逐渐排出砂体内残留空气并固结砂体；重复饱和及调节供水循环***3次以上，直至使渗流砂箱体（1）的砂体内空气充分排出，砂体完成密实固结，并保持渗流砂箱体（1）上的稳压槽（12）内的边界水位稳定；
（二）砂体填充及水位监测***安装：将砂体充填于渗流砂箱体（1）内至预定渗流砂体厚度，并同步安装水位监测***；
（四）疏放水渗流过程：开启水量监测***采集数据，打开疏放水井的疏放水阀门（28），使疏放水井内的水向外渗流，保持边界水位稳定、供水循环***循环供水，同步监测渗流砂箱体（1）内各水位监测点的水位变化，至各测点水位及渗流稳定，关闭疏放水阀门（28），保持边界水位稳定，监测各点水位恢复过程及边界补给水量，至各水位监测点的水位完全恢复时，关闭水量监测***和供水循环***，停止试验；
（五）更换疏放水井：调节供水循环***，疏放渗流砂箱体（1）内的水，当疏放水井的疏放水口（4）处没有水流渗出时，关闭供水循环***，进行更换疏放水井；
（六）再次饱和固结砂体：更换好疏放水井后，采用步骤（三）的饱和方法对渗流砂体进行再次饱和，重复饱和砂体2-3次，饱和结束后检查各水位监测管（47）的水位有无异常；
（七）重复渗流实验：更换新的井管后，可按照步骤（四）的方法进行渗流试验，渗流试验结束后，继续按照步骤（五）的方法更换井管，然后按照步骤（六）再次饱和砂体，按顺序重复步骤（五）、步骤（六）及步骤（四）开展若干组渗流试验。
2.如权利要求1所述的含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：所述步骤（二）具体采用以下步骤：将水位监测管集成板（35）固装在渗流砂箱体（1）的前侧板（42）上，将水位监测管（47）的水位探测端分别用不锈钢过滤网包裹好，防止细砂颗粒进入，将底层的水位监测管（47）的水位探测端放置于渗流砂箱体（1）内预设的水位监测点，然后填充筛选冲洗过的砂体，在充填砂体时保持水位监测管（47）的位置不动，充填完第一层砂体后，埋设第二层水位监测管（47）并再次充填砂体，重复上述步骤至预定渗流砂体厚度，所有水位监测管（47）的另一端穿过前侧板（42）均与水位监测管集成板（35）相连。
3.如权利要求2所述的含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：对于承压含水层试验，砂体充填完成后，盖好活动密封盖（10）并封堵稳压槽（12）内侧壁上位于活动密封盖（10）以上的透水孔，对于非承压含水层则不需要加盖活动密封盖（10）。
4.如权利要求1所述的含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：所述步骤（三）具体采用以下步骤：
首次开始试验时，将供水箱（21）放置高于渗流砂箱体（1）的位置，关闭供水阀门（19）、饱和阀门（20）、疏放水阀门（28），利用外接水源对供水箱（21）充水直至集水箱（33）内水满足渗流循环总用水量，或者根据需要后期对集水箱再次通过外接水源补给水量，打开饱和阀门（20），水从渗流砂箱体（1）底部饱和进水口（34）进入，逐渐充填砂体以使砂体内空气逐渐向上排出，接着外接水源继续对供水箱（21）供水，观察供水箱（21）的水位调整外接水源的供水量，以保持集水箱（33）的水位在1/2至3/4集水箱高度位置；
通过水位监测管集成板（35）观察渗流砂箱体（1）内水位，达到预定水位时，关闭饱和阀门（20），打开疏放水阀门（28）和供水阀门（19），当集水箱（33）的水量至集水箱容量的1/2时，关闭外接水源，打开集水箱抽水泵（32），同时观察中转箱（36）水位，当中转箱（36）水位超过1/2容量时，打开中转箱抽水泵（23），维持该渗流状态60分钟以上，使稳定渗流区砂体内空气充分排出；
关闭疏放水阀门（28）、供水阀门（19）、集水箱抽水泵（32）及中转箱抽水泵（23），同时打开饱和阀门（20），再次饱和至预定水位，关闭饱和阀门（20），打开疏放水阀门（28）、供水阀门（19）、集水箱抽水泵（32）及中转箱抽水泵（23），维持渗流状态60分钟以上；
重复上述饱和过程4-5次，使渗流砂箱体（1）的砂体内空气充分排出，砂体完成密实固结，以使砂体渗透性参数均一稳定，此时，关闭疏放水阀门（28）、饱和阀门（20）、集水箱抽水泵（32），打开供水阀门（19）、中转箱抽水泵（23），保持稳压槽（12）内的边界水位稳定。
5.如权利要求1所述的含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：所述步骤（四）具体采用以下步骤：检查各水位监测管（47）内有无气泡，各水位监测点位置有无异常，检查并确保供水阀门（19）处于打开状态、饱和阀门（20）处于关闭状态，保持稳压槽（12）内的边界水位稳定，放置好数码相机（27），数码相机（27）开始记录水位监测管集成板（35）上的水位，供水口流量计（18）、出水口流量计（15）及疏水口流量计（29）开始采集数据，打开疏放水阀门（28）、集水箱抽水泵（32），保持供水循环***循环供水，当疏水口流量计（29）处的水量稳定、水位监测管集成板（35）上显示的各水位监测管（47）的水位稳定时，关闭疏放水阀门（28），监测渗流砂箱体（1）内各水位监测点的水位恢复过程及边界补给水量，至各水位监测点的水位完全恢复时，关闭供水阀门（19）、中转箱抽水泵（23）、数码相机（27）、各流量计及流量计数据采集装置（44），停止试验。
6.如权利要求1所述的含水层底部疏放水井渗流试验方法，其特征在于：所述步骤（五）具体采用以下步骤：检查并确保供水阀门（19）、饱和阀门（20）处于关闭状态，打开疏放水阀门（28）及集水箱抽水泵（32），疏放渗流砂箱体（1）内的水，当疏放水口（4）处没有水流渗出时，关闭集水箱抽水泵（32），在拆卸插板（6）下方放一容器，拔出拆卸插板（6），砂体保护板（7）内侧的砂体将流入容器内，分节取下渗流井管（3）及井盖（2），清理砂体保护板（7）内侧的残留砂体；***拆卸插板（6），分节安装新的渗流井管（3）及井盖（2），将砂体保护板（7）内侧流出砂体再次填充至新的井管（3）及井盖（2）周围空间，填充砂体过程中分层铺设好砂体保护板（7）内侧的水位监测管（47），至充填量与砂体保护板（7）外侧砂体持平时，新的井管更换结束。
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