[發明專利]一種地下水模擬系統及方法

有效

• 申請號: 201710610040.1
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107271639B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 馬鳳山;郭捷;趙海軍;盧蓉;馮雪磊;劉國偉;曹家源
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 11513 北京遠創理想知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 衛安樂

本發明實施例提供一種地下水模擬系統及方法，其中所述系統包括供水循環裝置、用于模擬土壤層的模型裝置、冷卻裝置、測量裝置；其中所述供水循環裝置用于模擬地下水的流動并將帶有壓力的模擬地下水注入到模型裝置內的土壤層中；其中所述模型裝置用于模擬土壤層；所述模型裝置設有N個不同類型土壤組成的土壤層以使供水循環裝置的模擬地下水流經土壤層以模擬地下水在砂卵石層間流動；所述冷卻裝置沿豎直方向插入模擬裝置的土壤層內以模擬周圍土壤的冷卻和/或凍結；所述測量裝置用于測量模型裝置內部的溫度和模擬地下水的流速。

技術領域

本發明涉及試驗設備技術領域，尤其是指一種地下水模擬系統及方法。

背景技術

對于大型巖土工程，在工程論證階段必須進行充分的實驗論證才能夠確保工程開始后能夠順利進行。對于巖土工程來說，巖石的應力以及地下水的作用都會對工程帶來很大的影響，因此必須進行精確地試驗。現有的地下水模擬系統一般都可以針對土壤層和地下水繼續模擬，但是在實際使用中發現模擬結果并不精確。

發明內容

針對現有技術中的地下水模擬系統結構不合理導致最終試驗結果不夠準確的問題，本發明實施例要解決的技術問題是提出一種結構合理且試驗結果更為精確地地下水模擬系統及方法。

為了解決上述問題，本發明實施例提出了一種地下水模擬系統，包括：供水循環裝置、用于模擬土壤層的模型裝置、冷卻裝置、測量裝置；其中所述供水循環裝置用于模擬地下水的流動并將帶有壓力的模擬地下水注入到模型裝置內的土壤層中；其中所述模型裝置用于模擬土壤層；所述模型裝置設有N個不同類型土壤組成的土壤層以使供水循環裝置的模擬地下水流經土壤層以模擬地下水在砂卵石層間流動；所述冷卻裝置沿豎直方向插入模擬裝置的土壤層內以模擬周圍土壤的冷卻和/或凍結；所述測量裝置用于測量模型裝置內部的溫度和模擬地下水的流速。

其中，該供水循環裝置包括水槽和循環水泵，該循環水泵連接水槽和模型裝置以將模擬地下水輸送到模型裝置內；該循環水泵通過溢流閥連接模型裝置。

其中，該模型裝置包括外殼，所述外殼至少包括前面板和后面板；其中前面板上設有多個供水腔，且每一供水腔都設有接頭以連接供水循環裝置，且所述供水腔朝向模型裝置內的一側壁上設有多個滲水孔以模擬地下水向土壤層的滲透；其中后面板上設有多個出水口以模擬地下水經過模型裝置內的土壤層后的出水；在后面板外還設有集水槽，該集水槽通過后面板上的出水口與模型裝置的內腔導通。

其中，冷卻裝置為模型裝置從上至下貫穿安裝有冷卻用的不銹鋼管，該不銹鋼管內設循環流動的冷卻鹽水以將周圍土壤冷卻、凍結，該不銹鋼冷卻管通過帶保溫層的軟管與制冷裝置相連接。

其中，測量系統包括溫度傳感器組、水流流速傳感器組和光柵傳感分析儀，以檢測模型內的溫度分布和水流流速變化；其中，溫度傳感器組、水流流速傳感器組為光柵類型；其中溫度傳感器組的溫度傳感器為光纖光柵溫度傳感器，其具有不銹鋼金屬管封裝，利用光柵自有的溫度敏感特性來監測溫度。

其中，制冷裝置包括：冷卻管、儲水槽、水泵、壓縮機組、制冷控制器和連接管路；制冷裝置工作時水泵將儲水槽內的制冷介質通過熱交換器制冷后注入到模型內的冷卻管，冷卻管內的鹽水對模型進行冷卻并回流到儲水槽；壓縮機制冷劑與鹽水通過熱交換器進行熱量傳遞。

其中，不銹鋼制冷管采用雙層結構，進水從中心底部流出，通過夾層向上流動，熱量通過外層的鋼管壁進行交換；

同時，本發明實施例還提出了一種利用如前任一項所述的地下水模擬系統進行模擬的方法，包括：

將供水循環裝置、冷卻裝置、測量裝置連接模型裝置；

在施工現場開挖實驗用基坑，將模型裝置放置在基坑中并進行填土；利用測量裝置進行測量。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：上述技術方案提出了一種地下水模擬系統，能夠對地下水進行模擬，且其模擬效果好、數據準確。