本發(fā)明涉及試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種地下水模擬系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于大型巖土工程，在工程論證階段必須進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)論證才能夠確保工程開(kāi)始后能夠順利進(jìn)行。對(duì)于巖土工程來(lái)說(shuō)，巖石的應(yīng)力以及地下水的作用都會(huì)對(duì)工程帶來(lái)很大的影響，因此必須進(jìn)行精確地試驗(yàn)?，F(xiàn)有的地下水模擬系統(tǒng)一般都可以針對(duì)土壤層和地下水繼續(xù)模擬，但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果并不精確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的地下水模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致最終試驗(yàn)結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種結(jié)構(gòu)合理且試驗(yàn)結(jié)果更為精確地地下水模擬系統(tǒng)及方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種地下水模擬系統(tǒng)，包括：供水循環(huán)裝置、用于模擬土壤層的模型裝置、冷卻裝置、測(cè)量裝置；其中所述供水循環(huán)裝置用于模擬地下水的流動(dòng)并將帶有壓力的模擬地下水注入到模型裝置內(nèi)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(shè)有n個(gè)不同類型土壤組成的土壤層以使供水循環(huán)裝置的模擬地下水流經(jīng)土壤層以模擬地下水在砂卵石層間流動(dòng)；所述冷卻裝置沿豎直方向插入模擬裝置的土壤層內(nèi)以模擬周圍土壤的冷卻和/或凍結(jié)；所述測(cè)量裝置用于測(cè)量模型裝置內(nèi)部的溫度和模擬地下水的流速。

其中，該供水循環(huán)裝置包括水槽和循環(huán)水泵，該循環(huán)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(nèi)；該循環(huán)水泵通過(guò)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(shè)有多個(gè)供水腔，且每一供水腔都設(shè)有接頭以連接供水循環(huán)裝置，且所述供水腔朝向模型裝置內(nèi)的一側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)滲水孔以模擬地下水向土壤層的滲透；其中后面板上設(shè)有多個(gè)出水口以模擬地下水經(jīng)過(guò)模型裝置內(nèi)的土壤層后的出水；在后面板外還設(shè)有集水槽，該集水槽通過(guò)后面板上的出水口與模型裝置的內(nèi)腔導(dǎo)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(nèi)設(shè)循環(huán)流動(dòng)的冷卻鹽水以將周圍土壤冷卻、凍結(jié)，該不銹鋼冷卻管通過(guò)帶保溫層的軟管與制冷裝置相連接。

其中，測(cè)量系統(tǒng)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(cè)模型內(nèi)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(lái)監(jiān)測(cè)溫度。

其中，制冷裝置包括：冷卻管、儲(chǔ)水槽、水泵、壓縮機(jī)組、制冷控制器和連接管路；制冷裝置工作時(shí)水泵將儲(chǔ)水槽內(nèi)的制冷介質(zhì)通過(guò)熱交換器制冷后注入到模型內(nèi)的冷卻管，冷卻管內(nèi)的鹽水對(duì)模型進(jìn)行冷卻并回流到儲(chǔ)水槽；壓縮機(jī)制冷劑與鹽水通過(guò)熱交換器進(jìn)行熱量傳遞。

其中，不銹鋼制冷管采用雙層結(jié)構(gòu)，進(jìn)水從中心底部流出，通過(guò)夾層向上流動(dòng)，熱量通過(guò)外層的鋼管壁進(jìn)行交換；

同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種利用如前任一項(xiàng)所述的地下水模擬系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，包括：

將供水循環(huán)裝置、冷卻裝置、測(cè)量裝置連接模型裝置；

在施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖實(shí)驗(yàn)用基坑，將模型裝置放置在基坑中并進(jìn)行填土；利用測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：上述技術(shù)方案提出了一種地下水模擬系統(tǒng)，能夠?qū)Φ叵滤M(jìn)行模擬，且其模擬效果好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的地下水模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為模型裝置的外殼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為模型裝置內(nèi)的土壤層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為冷卻管的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明實(shí)施例提出了一種如圖1所示的地下水模擬系統(tǒng)，包括：供水循環(huán)裝置、用于模擬土壤層的模型裝置1、冷卻裝置4、測(cè)量裝置5；其中所述供水循環(huán)裝置用于模擬地下水的流動(dòng)并將帶有壓力的模擬地下水注入到模型裝置1內(nèi)的土壤層中；其中所述模型裝置1用于模擬土壤層；所述模型裝置1設(shè)有n個(gè)不同類型土壤組成的土壤層以使供水循環(huán)裝置的模擬地下水流經(jīng)土壤層以模擬地下水在砂卵石層間流動(dòng)；所述冷卻裝置4沿豎直方向插入模擬裝置的土壤層內(nèi)以模擬周圍土壤的冷卻和/或凍結(jié)；所述測(cè)量裝置5用于測(cè)量模型裝置1內(nèi)部的溫度和模擬地下水的流速。

如圖1所示的，該供水循環(huán)裝置包括水槽3和循環(huán)水泵2，該循環(huán)水泵2連接水槽3和模型裝置1以將模擬地下水輸送到模型裝置1內(nèi)。如圖1所示的，該循環(huán)水泵2通過(guò)溢流閥7連接模型裝置1。冷卻裝置4為模型裝置1從上至下貫穿安裝有冷卻用的不銹鋼管，該不銹鋼管內(nèi)設(shè)循環(huán)流動(dòng)的冷卻鹽水以將周圍土壤冷卻、凍結(jié)，該不銹鋼冷卻管通過(guò)帶保溫層的軟管與制冷裝置6相連接。

如圖2所示的，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(shè)有多個(gè)供水腔，且每一供水腔都設(shè)有接頭以連接供水循環(huán)裝置，且所述供水腔朝向模型裝置1內(nèi)的一側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)滲水孔以模擬地下水向土壤層的滲透；其中后面板上設(shè)有多個(gè)出水口以模擬地下水經(jīng)過(guò)模型裝置1內(nèi)的土壤層后的出水。如圖2所示的，在后面板外還設(shè)有集水槽，該集水槽通過(guò)后面板上的出水口與模型裝置1的內(nèi)腔導(dǎo)通。如圖3所示的，在模型裝置內(nèi)可以包括三個(gè)不同土壤組成的土壤層。

模型裝置零部件采用5mm碳鋼鋼板和型鋼焊接而成，表面電鍍防腐處理。由底板、前面板和后面板組成(如不在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)需配左右面板)，內(nèi)部模型凈尺寸為2000×2000×2000mm。前后面板均分布有密集的進(jìn)出水孔，前面板分為單獨(dú)的6個(gè)供水腔體，可根據(jù)實(shí)際情況選擇供水腔體。其中每一個(gè)供水腔體設(shè)有1個(gè)獨(dú)立的供水孔和57個(gè)滲水孔；供水孔通過(guò)接頭與供水循環(huán)系統(tǒng)相互連通，滲水孔與模型相通。后面板的出水孔直接與集水槽相連通。

測(cè)量系統(tǒng)由溫度傳感器組、水流流速傳感器組和光柵傳感分析儀組成，用于檢測(cè)模型內(nèi)的溫度分布和水流流速變化。其中，溫度傳感器組、水流流速傳感器組都采用光柵類型。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(lái)監(jiān)測(cè)溫度，安裝方式可表面粘貼，亦可埋入待測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)。該光纖光柵溫度傳感器適用于電站、鐵路和油罐的長(zhǎng)期溫度監(jiān)測(cè)，以及電力、軍工、航空航天等領(lǐng)域的分布式溫度測(cè)量。光柵傳感分析儀是采用掃描激光技術(shù)的光纖光柵傳感解調(diào)分析儀器。應(yīng)用于橋梁、隧道、石油石化、電網(wǎng)電站、航海航空領(lǐng)域的溫度、應(yīng)變、壓力、位移、振動(dòng)、加速度等物理量高精度測(cè)量。分析儀掃描范圍寬，分辨率高，動(dòng)態(tài)范圍大，高穩(wěn)定。傳感器擬合可任意物理量動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，對(duì)非線性傳感器完美支持。系統(tǒng)內(nèi)置自動(dòng)溫度補(bǔ)償和自校準(zhǔn)掃描激光。系統(tǒng)平臺(tái)基于linux和c開(kāi)發(fā)，安全、穩(wěn)定。兼容多種通訊協(xié)議，主從設(shè)備通訊便捷。兼容國(guó)內(nèi)外廠商的同類型光纖光柵傳感器。

其中制冷裝置包括：冷卻管、儲(chǔ)水槽、水泵、壓縮機(jī)組、制冷控制器和連接管路，冷卻介質(zhì)可以是鹽水、乙二醇或酒精等，考慮到設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)使用，建議采用鹽水。制冷裝置工作時(shí)水泵將儲(chǔ)水槽內(nèi)的鹽水通過(guò)熱交換器制冷后注入到模型內(nèi)的冷卻管，冷卻管內(nèi)的鹽水對(duì)模型進(jìn)行冷卻并回流到儲(chǔ)水槽。壓縮機(jī)制冷劑與鹽水通過(guò)熱交換器進(jìn)行熱量傳遞，相互不干擾，壓縮機(jī)組的冷卻散熱風(fēng)扇將熱量直接排放到空氣中。溫度控制采用專用數(shù)顯溫度控儀，操作簡(jiǎn)單、方便。出水槽容量最大容量為100升，也根據(jù)需要定制，每組冷卻鹽水出水、回水口配有節(jié)流閥和流量計(jì)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)流量。標(biāo)配數(shù)量為6組，可按需要定制。如圖4所示的，不銹鋼制冷管采用雙層結(jié)構(gòu)，進(jìn)水從中心底部流出，通過(guò)夾層向上流動(dòng)，熱量通過(guò)外層的鋼管壁進(jìn)行交換。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。