[發(fā)明專利]一種隧道工程富水致災(zāi)構(gòu)造水文地質(zhì)參數(shù)反演試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111174679.2
• 申請(qǐng)日: 2021-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN114019137B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王欣桐;許振浩;朱其志;張瑨;林鵬;潘東東;王朝陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種隧道工程富水致災(zāi)構(gòu)造水文地質(zhì)參數(shù)反演試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括：物理模擬模型箱、致災(zāi)含水體構(gòu)造、相似材料、熱源示蹤標(biāo)記系統(tǒng)、供水水箱及水泵、恒溫水浴池、水力刺激系統(tǒng)、水力監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；相似材料填筑在除致災(zāi)含水體構(gòu)造外的物理模擬模型箱內(nèi)，致災(zāi)含水體構(gòu)造根據(jù)具體設(shè)計(jì)位置埋在相似材料中，熱源示蹤標(biāo)記系統(tǒng)設(shè)置在物理模擬模型箱內(nèi)，供水水箱及水泵依次通過恒溫水浴池和水力刺激系統(tǒng)為物理模擬模型箱供水，水力監(jiān)測系統(tǒng)連接物理模擬模型箱中的端口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與采集，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

物理模擬模型箱包括透明不規(guī)則模型箱體、底座、水頭邊界裝置和雙滑動(dòng)導(dǎo)軌定位系統(tǒng)；透明不規(guī)則模型箱體固定在底座上，水頭邊界裝置位于透明不規(guī)則模型箱體左右兩側(cè)，雙滑動(dòng)導(dǎo)軌定位系統(tǒng)包括主滑軌和輔滑軌，主滑軌位于透明不規(guī)則模型箱體兩側(cè)的水箱內(nèi)邊緣處，輔滑軌位于透明不規(guī)則模型箱體前側(cè)面；輔滑軌上標(biāo)有刻度，進(jìn)行毫米級(jí)精度標(biāo)定，水性染料噴射器安裝定在輔滑軌上，通過向模型箱體前側(cè)面定點(diǎn)噴射點(diǎn)狀燃料，實(shí)現(xiàn)含水構(gòu)造預(yù)定位；

熱源示蹤標(biāo)記系統(tǒng)包括紅外攝像機(jī)和傳輸線，紅外攝像機(jī)和傳輸線為電氣連接，開展熱源示蹤注水試驗(yàn)時(shí)，紅外攝像機(jī)將進(jìn)行全程實(shí)時(shí)錄像，根據(jù)設(shè)定時(shí)間間隔生成并保存高清溫度圖，定量標(biāo)識(shí)模型箱特定位置的溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸保存每幀每個(gè)像素點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)；

水力刺激系統(tǒng)包括兩套儲(chǔ)水池及水泵、兩套輸水管、溫度傳感器、加熱器和調(diào)速型蠕動(dòng)泵；水泵與兩套輸水管相連，負(fù)責(zé)向儲(chǔ)水池供水，其中兩套輸水管分別普通輸水管和絕熱輸水管，普通輸水管由硅膠材料制成，絕熱輸水管由絕熱材料制成，盡可能減少從儲(chǔ)水池向模型箱內(nèi)注水過程的熱量損失；一套儲(chǔ)水池及水泵、普通輸水管用于開展抽注水試驗(yàn)，而另一套儲(chǔ)水池及水泵、絕熱輸水管將用于開展熱源示蹤試驗(yàn)；加熱器與溫度傳感器為電氣相連，均放置在儲(chǔ)水池中，通過對(duì)加熱器設(shè)定溫度，以為儲(chǔ)水池內(nèi)的水體進(jìn)行加熱，并結(jié)合溫度傳感器實(shí)時(shí)測溫，將電信號(hào)傳輸至加熱器，自動(dòng)控制加熱器工作與否，以維持水源恒溫；調(diào)速型蠕動(dòng)泵負(fù)責(zé)在開展抽水試驗(yàn)時(shí)，將儲(chǔ)水池中的水通過普通輸水管泵送至指定抽水端口，或在開展熱源示蹤試驗(yàn)時(shí)，將恒溫水經(jīng)絕熱輸水管泵送至指定抽水端口；

水力監(jiān)測系統(tǒng)包括多組滲壓傳感器及傳輸線，滲壓傳感器及傳輸線為電氣連接，負(fù)責(zé)監(jiān)測采集抽注水試驗(yàn)過程中的滲壓變化；針對(duì)水力監(jiān)測系統(tǒng)，開展室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，將滲壓傳感器安裝在物理模擬模型箱體前側(cè)板的端口內(nèi)，開展現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，采用在超前鉆孔中安裝雙向隔水氣囊及滲壓傳感器的組合監(jiān)測裝置，以構(gòu)成所述的水力監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測與采集。

2.如權(quán)利要求1所述的隧道工程富水致災(zāi)構(gòu)造水文地質(zhì)參數(shù)反演試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，透明不規(guī)則模型箱體整體為長方體，其模型箱體寬度遠(yuǎn)小于其長度和高度；透明不規(guī)則模型箱體由前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板及底部側(cè)板粘結(jié)而成，材料為高強(qiáng)型亞克力；為實(shí)現(xiàn)模擬隧道工程開挖，透明不規(guī)則模型箱體在一側(cè)中部向內(nèi)設(shè)計(jì)有一段中空的空腔，用于模擬隧道結(jié)構(gòu)，中空段尺寸可依據(jù)模擬具體工程情況定比例確定其尺寸；前側(cè)板上設(shè)置有多個(gè)端口，用于安置傳感器作為監(jiān)測端口，或連接抽水管用于實(shí)施抽注水試驗(yàn)；端口截面為圓型，橫穿模型箱，根據(jù)隧洞、隧道及巷道的超前鉆孔設(shè)計(jì)具體確定端口的數(shù)量及位置，設(shè)置三至五組端口，每組四至六個(gè)，沿不規(guī)則模型箱體的空腔體呈放射狀分布，且在空腔體周圍分別距掌子面一倍及兩倍洞徑范圍內(nèi)，另設(shè)計(jì)兩至三組端口，該位置端口連接抽水管用于實(shí)施抽注水試驗(yàn)。

3.如權(quán)利要求1所述的隧道工程富水致災(zāi)構(gòu)造水文地質(zhì)參數(shù)反演試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，水頭邊界裝置包括三組多孔透水板、兩組水箱及可調(diào)恒定水頭的溢流板，透水板與水箱均為法蘭連接，溢流板粘貼在水箱中部，兩組水箱分別位于模型箱體左右兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)溢流板的高度提供可調(diào)節(jié)的恒定水頭邊界；三組多孔透水板分別位于模型箱一側(cè)及另一側(cè)空腔段的上下兩側(cè)，以分隔水體與模型箱內(nèi)填筑材料。