[發明專利]用于離心模型試驗的地下水管井抽水模擬裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 202110777108.1
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113484056A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 王衛東;胡耘;沈健;王惠生;陶露萍;姜韜;閔永恩
• 申請（專利權）人: 華東建筑設計研究院有限公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G09B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于地下空間開發領域的用于離心模型試驗的地下水管井抽水模擬裝置及試驗方法，技術方案為：該抽水模擬裝置設置在離心機的掛斗上；地下水管井抽水模擬裝置包括用于內填模擬土和模擬地下水的主模型箱、用于內填模擬地下水的副模型箱、儲水箱和抽水系統；副模型箱位于主模型箱的側邊，并通過底部的連通管與主模型箱連通；儲水箱安裝于副模型箱上方，頂部安裝有單向排氣閥；儲水箱底部開孔安裝進氣管和出水管，進氣管和出水管向下伸入副模型箱內；抽水系統由變頻水泵控制，包括管井和導水管；管井伸入主模型箱內；導水管一端連接管井，另一端伸入儲水箱內。實現在離心模型試驗中地下水管井抽水的模擬。

技術領域

本發明屬于地下空間開發領域，尤其涉及一種用于離心模型試驗的地下水管井抽水模擬裝置及試驗方法。

背景技術

隨著城市土地資源日益緊缺，地下空間開發成為解決城市用地、人口、交通、環境等問題，優化城市空間結構的重要手段。隨著現階段淺層地下空間的開發日趨飽和，深大地下空間開發也已成為地下空間資源利用的必然趨勢，進而帶來大量的深基坑工程。地下空間開發建設的熱點區域大部分位于沿江沿海地區，該部分地區含水層深厚、水量豐富、水頭壓力高、滲透性強，對地下工程安全影響顯著，基坑工程面臨的深層地下水控制問題變得尤為突出。管井抽水是實現基坑安全開挖的常用技術措施，但與此同時伴隨城市建設發展，新建建筑周邊往往建筑物密集、管線繁多、地鐵隧道縱橫交錯，環境條件日趨復雜敏感，深大基坑工程施工周期長，長時間大面積抽降深層地下水將引起周邊地面大范圍沉降，影響周邊建（構）筑物等環境安全，處理不慎將會引發重大經濟損失和社會矛盾。合理評估地下水抽水對周邊環境的影響前提是需要對水文地質參數、抽水影響規律清晰認識，目前主要通過現場試驗、參數擬合、預估模擬的方式進行，但是由于現場試驗獲取的數據零散有限，邊界難以控制，水文地質參數的擬合還帶有較重的經驗性，預估結果與工程實施還存在較大差異。室內模型試驗可以較精確地控制邊界條件和材料特性、相比現場試驗成本低且可以根據需要更為方便的布置傳感器獲得較為豐富的數據。由于自重對于抽水和土體的受力變形具有重要影響，而土工離心模型試驗技術的最大優點是能夠使模型與原型的應力相等、變形相似、破壞機理相同，因此土工離心模型試驗技術已成為當前土工模型試驗研究領域一個強有力的工具。土工離心模型試驗在一個超重、封閉、狹小空間內進行，在該條件下實現基坑抽水過程、邊界水頭模擬、數據采集是一個復雜的過程，目前還沒有成熟的試驗設備和相關技術成果，無法在離心模型試驗中模擬管井抽水過程。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種用于離心模型試驗的地下水管井抽水模擬裝置及試驗方法，實現在離心模型試驗中地下水管井抽水的模擬。

本發明的技術方案為：地下水管井抽水模擬裝置設置在離心機的掛斗上；地下水管井抽水模擬裝置包括用于內填模擬土和模擬地下水的主模型箱、用于內填模擬地下水的副模型箱、儲水箱和抽水系統；副模型箱位于主模型箱的側邊，并通過底部的連通管與主模型箱連通；儲水箱安裝于副模型箱上方，頂部安裝有單向排氣閥；儲水箱底部開孔安裝進氣管和出水管，進氣管和出水管向下伸入副模型箱內；抽水系統由變頻水泵控制，包括管井和導水管；管井伸入主模型箱內；管井下方為開孔段，內部填濾料；導水管一端連接管井，另一端伸入儲水箱內；導水管上安裝有單向閥；主模型箱、副模型箱和儲水箱的側面設有可視觀察窗。

基于上述技術特征：連通管上設有閥門。

基于上述技術特征：副模型箱為兩個，分別對稱布置在主模型箱的兩側。

基于上述技術特征：抽水系統為多個，各抽水系統的變頻水泵均獨立控制。

基于上述技術特征：連通管位于主模型箱處設置第一反濾裝置；進氣管和出水管位于儲水箱處設置第二反濾裝置。

基于上述技術特征：變頻水泵的控制線連接至離心機的滑環后連接至離心場外的控制室。

基于上述技術特征：一種用于離心模型試驗的地下水管井抽水模擬裝置的試驗方法為：