一种地下水分层止水取样装置的制作方法

1.本发明涉及地下水监测技术领域，尤其是涉及一种地下水分层止水取样装置。


背景技术：

2.由于长期地质活动，地层结构和成因较复杂，因此各地层透水能力不同，根据透水能力将其区分为含水层和相对隔水层，部分地区会出现多层含水层和隔水层的情况。
3.地下水监测通常需要钻孔或对地下水井进行水位观测和取样检测，以获得不同深度、不同含水层的水位及水质信息。对于不同的含水层，为防止各层形成水力通道，影响监测和分析效果，通常都需要布置多个监测钻孔，对每个钻孔分别取不同层位的地下水并通过灌浆封堵住其他含水层的水，这种工作方法占地面积大，施工时间长、资金投入大，造成了大量的浪费。
4.同时，为提高施工效率，现有的钻孔孔径通常根据地层岩性进行变化，从上到下逐级减小；且风化岩区容易出现基岩掉块、岩溶区存在溶洞等特殊地质现象。传统的止水装置尺寸较大、一般恰好契合孔径大小，不能根据实际情况变更，在特殊工况下的安装过程中容易受到孔径变化或岩石碎块的影响而不能到达指定的位置。


技术实现要素：

5.为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种操作简单，成本低廉，提高效率，减少了重复的钻探工作的地下水分层止水取样装置。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地下水分层止水取样装置，包括带有通径的从下至上依次螺扣连接的多根花管、一根止水管、一根压力管和多根隔水管；
7.所述花管底部带有外螺纹、顶部带有内螺纹，外壁上设置有多个孔洞；
8.止水管外侧中上部为小外径，下部为与花管外径相同的大外径，小外径的上部和大外径的下部均有外螺纹，沿着小外径与大外径交接处形成台阶的外沿设置有一圈滚轴，滚轴上铰接由多根防水肋条依次竖向排列形成止水管小外径外壁夹层，小外径夹层外壁与花管外径相同，每根防水肋条里侧四周边缘密封固定有一张渗透膜，在渗透膜与防水肋条之间填充有吸水膨胀材料，渗透膜成折叠状，随吸水膨胀材料的膨胀而张开，多根防水肋条能以滚轴为中心成扇形打开，在小外径上部的外螺纹中部套有止水胶圈，防水肋条闭合时，顶部位于止水胶圈下方且多根防水肋条外侧和底部蜡封，顶部通过止水胶圈止水；
9.压力管底部和顶部均带有内螺纹；
10.隔水管底部带有外螺纹、顶部带有内螺纹。
11.所述防水肋条的顶部带有内倒角，防水肋条里侧四周带有凹槽，渗透膜嵌入并固定在凹槽中。
12.所述压力管底面外壁带有与防水肋条上的内倒角相匹配的外倒角，使压力管向下转动时挤压防水肋条成伞状打开。
13.所述渗透膜为单向渗透膜。
14.本发明的有益效果是：适用于覆盖层和风化岩石、岩溶区岩石地层，既阻止了不同含水层之间的水力联系，防止地下水串联，达到永久封堵的效果，同时可以进行多个含水层的水位测量和取样。
附图说明
15.图1是本发明的地下水分层止水取样装置的结构示意图。
16.图2是本发明的地下水分层止水取样装置止水管的结构示意图。
17.图3是本发明的地下水分层止水取样装置防水肋条的横截面图。
18.图4是本发明的地下水分层止水取样装置防水肋条打开及膨胀的示意图。
19.图5本发明的地下水分层止水取样装置工作简图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.如图1-4所示，本发明的地下水分层止水取样装置，包括带有通径的从下至上依次螺扣连接的多根花管1、一根止水管2、一根压力管3和多根隔水管4；所述花管1底部带有外螺纹、顶部带有内螺纹，外壁上设置有多个孔洞5；止水管2外侧中上部为小外径，下部为与花管1外径相同的大外径，小外径的上部和大外径的下部均有外螺纹，沿着小外径与大外径交接处形成台阶的外沿设置有一圈滚轴，滚轴上铰接由多根防水肋条6依次竖向排列形成止水管2小外径外壁夹层，小外径夹层外壁与花管1外径相同，每根防水肋条6里侧四周边缘密封固定有一张渗透膜7，在渗透膜7与防水肋条6之间填充有吸水膨胀材料8，渗透膜7成折叠状，随吸水膨胀材料8的膨胀而张开，多根防水肋条6能以滚轴为中心成扇形打开，在小外径上部的外螺纹中部套有止水胶圈9，防水肋条6闭合时，顶部位于止水胶圈9下方且多根防水肋条6外侧和底部蜡封，顶部通过止水胶圈9止水；压力管3底部和顶部均带有内螺纹；隔水管4底部带有外螺纹、顶部带有内螺纹。
24.优选，所述防水肋条6的顶部带有内倒角，防水肋条6里侧四周带有凹槽，渗透膜7
嵌入并固定在凹槽中，所述压力管3底面外壁带有与防水肋条6上的内倒角相匹配的外倒角，使压力管3向下转动时挤压防水肋条6成伞状打开。
25.优选，所述渗透膜7为单向渗透膜。
26.具体地说，花管1取样管上有孔洞5，方便地下水进入和降低空气压力。防水肋条6底部可通过螺纹连接在止水管2上；防水肋条6未打开状态下顶、底部和外侧表面相互粘连或蜡封以起到密封效果。止水管2可通过压力管3挤压打开防水肋条6。止吸水膨胀材料8吸水保水倍率较大。渗透膜7可实现单向透水功能。渗透膜7折叠后嵌入防水肋条6边缘，渗透膜7外边缘固定、表面可以随吸水膨胀材料8的膨胀而张开。防水肋条6展开范围不固定，展开后受重力作用均可到达孔壁。
27.如图5所示，在前期的勘探工作中已经知晓各含水层和隔水层分布位置和到孔底距离，将数根花管1通过螺纹连接同时放入孔内，当多根花管1总长度与隔水层到孔底距离一致或接近时在花管1顶部连接止水管2，在止水管2顶部连接压力管3，在压力管3顶部连接隔水管4直至装置到达孔底。旋转整个止水装置，装置受力使压力管3与止水管2顶部螺纹充分闭合，压力管3对止水管2顶部结构形成挤压，使止水胶圈9破裂，防水肋条6外表面粘连、底部与止水管2通过滚轴铰接，受力后呈伞状打开。防水肋条6打开后渗透膜7接触外部环境，地下水通过渗透膜7接触吸水膨胀材料8，使其膨胀，直至将隔水层处完全封堵住，切断上下水力联系。地下水通过花管1上的气孔5进入装置，待封堵装置稳定后，可通过橡胶管从装置内部量地下水位或取水样。
28.同理，可以对第二层或多层含水层和隔水层重复进行相同的操作。
29.上述吸水膨胀材料作用原理：
30.聚丙烯酸钠是一种高分子材料，化学式为(c3h3nao2)n，固态为白色或浅黄色块状或粉末，液态为无色或淡黄色粘稠液体。由丙烯酸及其酯类为原料，经水溶液聚合而成。
31.其作用机理为：聚丙烯酸钠是轻度交联的高分子空间网络，其高分子链相互缠绕，彼此交联成网状结构。当聚合物遇到水时，其周围许多离解基(-coona

)立即离解为带正电荷的低分子离子(na

)和带负电的高分子离子。低分子离子(na

)与水接触而运动，离开了高分子离子链，由于带负电荷的高分子离子间相互排斥，使高分子网束由相互缠绕状态逐渐伸展(或溶胀)开来，从而造成网络结构内外产生渗透压，水分子以渗透方式向网络结构扩散，形成溶胶，所以聚丙烯酸钠有很强大的吸水性。同时，树脂本身的交联网状结构及氢键作用，又限制了凝胶的无限膨胀。
32.当采用丙烯酸为单体，高岭土为原料，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，过硫酸铵和亚硫酸氢钠作引发剂，通过水溶液聚合法制得的聚丙烯酸钠/高岭土复合高吸水性树脂最大吸水倍率可达900倍以上，常压40℃时，7h后树脂的保水率大于69％。聚丙烯酸钠生产厂家较多，如郑州万瑞达化工产品有限公司、佛山拜澳生物科技有限公司、河南万山新材料科技有限公司等。
33.利用吸水膨胀材料的这种性质，可以对含水层进行止水。
34.上述渗透膜采用单向透水膜，水流方向由外向内，其作用原理：透水膜是由两层结构组成的复合纤维膜，一层为亲水材料，另一层为疏水材料，能达到单向液体传输的效果。当采用由聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等亲水性聚合物组成的纳米级纤维膜为亲水层，聚氨酯、聚苯乙烯、聚己内酯等为疏水层时，具有优良的单向透水性能。
35.透水膜可以在止水管中折叠安装以满足更大的膨胀率要求。
36.分层止水原理：本发明的目的是通过在地下水条件较复杂的地区通过一个钻孔进行多个含水层监测和取样。为实现这个目标，需对不同含水层进行封堵隔离，避免形成水力联系。根据勘探结果，得到钻孔含水层和隔水层的位置或深度，在隔水层进行封堵，以切断不同的含水层之间的通道，使其失去水力联系。因此，通过取样装置进行监测或取样时，每个取样装置获得的样品仅代表当前花管所在含水层的内容。
37.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。