[发明专利]原位确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管外管法

说明书

本发明公开原位确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管外管法，首先在现场形成采用双管中外管法确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量，而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层的沉降量公式解析解；其次根据基于外管弱透水层中布置的百分表测量的外管中弱透水层沉降量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层固结系数和变形滞后指数。本发明具有以下优点：推得的解析解理论严密；实现弱透水层固结系数和变形滞后指数的原位测试，试验装置及试验过程简单、易操作；可同时求得弱透水层释水率、固结系数、变形滞后指数、传导系数和渗透系数，获取的参数多。

技术领域

本发明涉及一种原位确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管外管法，尤其是一种现场确定弱透水层释水率、传导系数和渗透系数的方法。

背景技术

含水层系统释水变形是造成区域性地面沉降的最直接原因。地面沉降是一种地面标高缓慢降低的环境地质现象，是一种不可补偿的永久性环境和资源损失，严重时会发展为地质灾害。从水文地质角度出发，深厚覆盖层就是最为典型的含水层系统。例如，中国长江三角洲深厚覆盖层就是由三个承压含水层及四个弱透水层组成的含水层系统，其厚度达50～200m。在长江三角洲由于地下水超采引起的地面沉降大于200mm的面积已占区域面积的十分之一，其中最大累积沉降量达2.80m，已造成的经济损失达500亿美元。

对于饱和弱透水层的渗流-变形问题，以往分别研究饱和弱透水层渗流规律和变形规律的成果较多，最近同时研究饱和弱透水层渗流-变形耦合关系的成果也不少。但这些成果几乎都是在现有的渗流-变形控制方程基础上研究渗流-变形的关系；并没有怀疑这些控制方程相关联的参数间是否存在问题或者是没有发现存在的问题。然而许多问题仍然困扰着我们：①尽管渗流控制方程中的传导系数和固结方程中的固结系数在形式上应属于同一参数，但在我们的规程、规范中或实际工作中却很少使用野外水文地质试验获得的传导系数代替固结系数计算土体变形或者使用固结试验获得的固结系数代替传导系数计算渗流问题，原因在于二者总是有较大差别。②从渗流和固结控制方程形式看，饱和弱透水层在发生渗流-变形的过程应该是同步的，实际上人们发现变形始终滞后于渗流。③基于现有的渗流-固结模型预测计算土体沉降的变形，很难与实际观测结果相吻合，往往计算值都不同程度偏大。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，本发明基于钻孔双管原位测试技术，根据弱透水层柱体一侧水头降低某一常量条件下弱透水层沉降量公式解析解，提出一种原位确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管外管法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

原位确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管外管法，其特征在于：包括以下步 骤：

1)、在现场形成采用双管中外管法确定弱透水层固结系数和变形滞后指数的双管试验模型，基于双管试验模型，推导在内管水头降低某一常量，而外管弱透水层柱体一侧保持地下水位不变条件下外管弱透水层的沉降量公式解析解；

2)、根据基于外管弱透水层中布置的百分表测量的外管中弱透水层沉降量随时间变化的实验资料，采用配线法确定弱透水层固结系数和变形滞后指数。

工作原理：本发明实验装置及实验过程简单、易操作，解析解理论严密，采用配线法确定参数，方法简单易掌握，可以解决目前现场无法原位确定弱透水固结系数和变形滞后指数的关键技术问题，克服了现场取样后在实验室进行测试的误差；同时，一次实验可以同时求得弱透水层释水率、固结系数、变形滞后指数、传导系数和渗透系数，获取的参数多。最为重要的是，该方法实现了原位确定弱透水固结系数和变形滞后指数，因此，该方法有很好的推广应用价值。

优选，内管水头的水位不低于弱透水层顶面。

所述双管试验模型的实现方法包括以下步骤：