[發明專利]一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201811327032.7
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109344547B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 周潔;李澤垚;肖思奇;王傳鶴;趙文強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

1.一種組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，其特征在于，所述的模型包括模型土體系統、滲流循環系統、凍結循環系統和傳感器監測系統，所述的模型土體系統包括模型箱體，模型箱體內從上往下依次設置軟黏土層、砂土層和導水層，具體步驟如下：

步驟一，根據相似原理設計模型的各個相似設計常數，包括幾何相似常數、滲流相似常數和傳熱相似常數，設計相似設計常數具體步驟包括：

a1.設定一個幾何相似常數，幾何相似常數為施工現場和土體模型的線性尺寸比值，以此確定模型整體的尺寸；

a2.根據幾何相似常數獲取模型土體系統的滲流相似常數和傳熱相似常數；

步驟二，根據施工現場和幾何相似常數設計模型土體系統；

步驟三，根據滲流相似常數計算模型土體系統的理論滲流量，設計滲流循環系統，并且得到滲流循環系統的控制參數；

步驟四，設計凍結循環系統，根據凍結循環系統的分布方式和傳熱相似常數進行冷凍循環系統的控制參數的計算設計；

步驟五，根據所需的測量對象和測量精度設計傳感器的類型以及在模型土體系統中的布局。

2.根據權利要求1所述的組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，其特征在于，所述的步驟一中，還包括：

a3.根據幾何相似常數對模型整體進行相似一致性的統一，當無法實現統一時，以主要控制變量為主，次要控制變量為輔進行協調設計。

3.根據權利要求1所述的組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，其特征在于，所述的步驟三中，滲流循環系統的控制參數包括滲流系數、滲流速度和滲流時間。

4.根據權利要求1所述的組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，其特征在于，所述的步驟三中，還包括滲流循環系統的復核，測量模型土體系統的實際滲流量，根據實際滲流量調節滲流循環系統的控制參數直至實際滲流量和理論滲流量相同。

5.根據權利要求1所述的組合地層滲流作用下凍結法模型設計方法，其特征在于，所述的步驟四中，所述冷凍循環系統的控制參數包括冷凍循環系統內冷卻液液體溫度及循環流量。

6.一種基于如權利要求1～5任一所述的設計方法獲得的組合地層滲流作用下凍結法模型，其特征在于，包括：

模型土體系統，該模型土體系統包括模型箱體，模型箱體內從上往下依次設置軟黏土層、砂土層和導水層，所述的模型箱體的一對相對側面為雙層結構，形成進水水槽和出水水槽，該進水水槽和出水水槽的內層下方砂土層處均設有滲水孔；

滲流循環系統，該滲流循環系統包括恒溫水箱、清水泵和可拆卸控水閥門，可拆卸控水閥門分別安裝在進水水槽的頂部和出水水槽的底部，并且均通過導管連接清水泵，形成滲流循環回路，所述的清水泵安裝于恒溫水箱內；

凍結循環系統，該凍結循環系統包括低溫恒溫泵和凍結管模塊，其中凍結管模塊包括凍結分管和凍結總管，凍結分管橫向插入軟黏土層中，凍結分管的兩端連接凍結總管，凍結總管連接低溫恒溫泵，形成冷凍液體循環回路；

傳感器監測系統，該傳感器監測系統包括傳感器模塊、采集儀和電腦終端；所述傳感器模塊和采集儀通過測線連接，傳感器模塊通過位置設計埋設在軟黏土層和砂土層內部，所有數據通過采集儀傳輸儲存于電腦終端。

7.根據權利要求6所述的組合地層滲流作用下凍結法模型，其特征在于，所述的砂土層選用中細砂。

8.根據權利要求6所述的組合地層滲流作用下凍結法模型，其特征在于，所述可拆卸控水閥門為至少四排的矩陣式布置結構。

9.根據權利要求6所述的組合地層滲流作用下凍結法模型，其特征在于，安裝于出水水槽底部的可拆卸控水閥門還連接有集水容量杯，用于復核實際滲流量。

10.根據權利要求6所述的組合地層滲流作用下凍結法模型，其特征在于，所述的傳感器模塊包括溫度傳感器、土壓力傳感器、孔隙水壓力傳感器和位移傳感器；所述的溫度傳感器在相同深度處水平串聯布置一排測線，并且在凍結分管、上下凍結帷幕及砂土層滲流邊界處一共布置至少四排；土壓力傳感器在模型箱體最中心處沿相同深度在凍結管、上凍結帷幕及砂層處各布置至少一個，在下凍結帷幕處橫向布置至少三個；位移傳感器沿滲流方向沿軟黏土層和砂土層組成的共同土體的中線位置至少布置三個。