模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及室內(nèi)回灌模型系統(tǒng)，特別涉及一種模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]回灌控制地下水水位，或防止因工程降水導(dǎo)致地面沉降、地下水浪費(fèi)的有效措施。而由于工程地質(zhì)情況迥異，合理的選擇回灌方式、有效的預(yù)估回灌的效果成為當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題之一?，F(xiàn)場(chǎng)回灌試驗(yàn)的時(shí)間久、費(fèi)用高。因此有必要在實(shí)驗(yàn)室對(duì)回灌的方式及回灌效果進(jìn)行研究，得出關(guān)鍵參數(shù)以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。
[0003]地表沉降及隆起量、地層的孔隙水壓力、回灌注水的影響范圍是回灌設(shè)計(jì)中重要的參考指標(biāo)，為了得到這些指標(biāo)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)需要進(jìn)行局部的試驗(yàn)。然而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)往往具有破壞性，一旦原位測(cè)試實(shí)施，該回灌孔附近的區(qū)域就不能恢復(fù)原狀，也無(wú)法重復(fù)利用。有些情況下，擬回灌的區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，開(kāi)展局部試驗(yàn)的條件有限。此外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也存在如下不足之處:(1)地層深處的孔隙水壓力量測(cè)較難；(2)由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，回灌注水的影響范圍不宜量測(cè)。此外，在實(shí)驗(yàn)室對(duì)擬回灌的區(qū)域進(jìn)行模擬，得出關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)際操作更顯得尤為重要。然而目前的模型試驗(yàn)存在以下缺點(diǎn):
[0004]1、模型試驗(yàn)無(wú)法模擬實(shí)際回灌時(shí)的定水頭邊界的情況；
[0005]2、模型試驗(yàn)無(wú)法模擬實(shí)際回灌時(shí)的定流量邊界的情況；
[0006]3、模型試驗(yàn)無(wú)法模擬實(shí)際回灌時(shí)的定壓回灌的情況；
[0007]4、模型試驗(yàn)無(wú)法模擬承壓水層的情況。
[0008]目前的模型試驗(yàn)由于存在上述不足，因此往往難以反映回灌的真實(shí)情況，也無(wú)法為回灌方式的選擇提供指導(dǎo)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型提供一種模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0011]模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型箱、回灌管路和水栗；所述模型箱內(nèi)根據(jù)工程地質(zhì)情況配制包含砂卵石承壓水層的土層，所述模型箱的側(cè)壁上設(shè)有連接承壓水層的用以提供承壓水壓力的承壓層輸水管；所述土層中設(shè)有連接回灌管路的回灌井，所述回灌管路通過(guò)集水箱與水栗連接；所述水栗通過(guò)向回灌井中灌水，實(shí)現(xiàn)對(duì)承壓水地層的回灌模擬。
[0012]所述水栗為變頻栗，所述變頻栗通過(guò)控制盒與所述回灌管路連接；所述變頻栗通過(guò)控制盒的控制指令調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，輸出指定壓力水。
[0013]所述室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)還包括總控制臺(tái)，所述回灌管路上設(shè)有與總控制臺(tái)進(jìn)行信息交互的壓力傳感器、流量傳感器和流量調(diào)節(jié)閥，所述控制系統(tǒng)根據(jù)所獲得的上述反饋信息，向控制盒和流量調(diào)節(jié)閥發(fā)出指令，控制變頻栗輸送恒定壓力或流量的水流。
[0014]所述承壓水層為兩層，所述承壓層輸水管的開(kāi)口高于所述承壓水層設(shè)定高度；所述承壓層輸水管上設(shè)有刻度、閥門(mén)和傳感器。
[0015]所述模型箱的側(cè)壁上設(shè)有連接承壓水層的用以控制回灌定流量邊界的承壓層抽水管，所述承壓層抽水管上設(shè)有水位調(diào)節(jié)閥。
[0016]所述回灌井的下端位于所述承壓水層處。
[0017]所述模型箱的側(cè)壁上設(shè)有連接表層土的用以提供地表水流的地表層輸水管。
[0018]所述集水箱為密封式集水箱。
[0019]所述回灌井的頂端設(shè)有與所述回灌管路密閉接觸的端蓋，所述端蓋上設(shè)有抽氣孔。
[0020]所述模型箱的土層內(nèi)部，在距離所述回灌井不同位置、不同深度處，設(shè)有若干用以測(cè)量孔隙水壓力的孔壓計(jì)。
[0021]所述模型箱的土層內(nèi)部，在距離所述回灌井不同位置處，設(shè)有水位觀測(cè)計(jì)。
[0022]所述模型箱的土體表面，設(shè)有一個(gè)或若干個(gè)位移計(jì)。
[0023]模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0024]步驟1:總控制臺(tái)設(shè)定回灌壓力，并將所設(shè)定的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至控制盒，所述控制盒控制變頻栗通過(guò)回灌管路向回灌井內(nèi)輸送所設(shè)定壓力的水流；
[0025]步驟2:設(shè)于回灌管路上的壓力傳感器將所測(cè)得的壓力值傳輸至總控制臺(tái)；
[0026]步驟3:所述總控制臺(tái)根據(jù)所接收到的壓力值，確定壓力調(diào)節(jié)信號(hào)，并將壓力調(diào)節(jié)信號(hào)傳送至控制盒；
[0027]步驟4:所述控制盒根據(jù)所接收到的壓力調(diào)節(jié)信號(hào)，控制變頻栗向集水箱內(nèi)輸送恒定壓力的水流。
[0028]所述總控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述控制盒及所述壓力傳感器連接。
[0029]模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0030]步驟1:總控制臺(tái)設(shè)定回灌流量值，并將所設(shè)定的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送至控制盒，所述控制盒控制變頻栗通過(guò)回灌管路向回灌井內(nèi)輸送所設(shè)定流量的水流；
[0031]步驟2:設(shè)于回灌管路上的流量傳感器將所測(cè)得的流量值傳輸至總控制臺(tái)；
[0032]步驟3:所述總控制臺(tái)根據(jù)所接收到的流量值，確定流量調(diào)節(jié)信號(hào)，并將流量調(diào)節(jié)信號(hào)傳輸至流量調(diào)節(jié)閥；
[0033]步驟4:所述流量調(diào)節(jié)閥根據(jù)所接收到的流量調(diào)節(jié)信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)流量，控制輸出恒定流量的水流。
[0034]所述總控制臺(tái)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與所述控制盒及所述流量調(diào)節(jié)閥連接。
[0035]模擬承壓水地層的室內(nèi)回灌模型試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0036]步驟1:根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)狀況，在模型箱中配制模擬實(shí)際水文地質(zhì)條件的土層；
[0037]步驟2:分別進(jìn)行定壓力回灌和定流量回灌模擬，獲取上述兩種回灌方式的實(shí)測(cè)指標(biāo);
[0038]步驟3:針對(duì)所獲得的實(shí)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，確定實(shí)際的回灌方式。
[0039]其中，步驟I中，通過(guò)控制承壓水輸水管中的水位高度，模擬承壓水的水頭高度。
[0040]步驟I中，通過(guò)控制地表層輸水管中的水位高度，模擬地表層的水頭高度。
[0041]步驟2中，變頻栗通過(guò)控制盒的控制指令，輸出指定壓力的水流，以實(shí)現(xiàn)定壓力回灌的模擬。
[0042]步驟2中，總控制臺(tái)控制流量調(diào)節(jié)閥，輸出恒定流量的水流，以實(shí)現(xiàn)定流量回灌的模擬。
[0043]步驟2中，通過(guò)控制抽水管流出的水量來(lái)模擬實(shí)際土層中的定流量邊界。
[0044]步驟2中，利用不同位置處的孔壓計(jì)獲取各位置的孔隙水壓力值；利用不同位置處的水位觀測(cè)計(jì)獲取不同位置處土層的水位變化值；利用位于土體表面不同位置處的位移計(jì)獲取土體的位移值。
[0045]步驟3中，通過(guò)綜合對(duì)比兩種回灌方式所實(shí)測(cè)的孔隙水壓力值、土層沉降量和各土層的水位情況，指導(dǎo)實(shí)際回灌的回灌量及回灌壓力，確定實(shí)際的回灌方式。
[0046]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0047]配制模擬工程地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)情況的土層來(lái)做回灌試驗(yàn)，地質(zhì)條件的針對(duì)性更強(qiáng)，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M所得出的結(jié)果更接近工程實(shí)際情況，得出的關(guān)鍵參數(shù)可以直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)回灌的實(shí)際操作；并且避免了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)場(chǎng)地的破壞。所設(shè)的承壓層輸水管解決了承壓層水壓力不易模擬的技術(shù)難題。
[0048]利用控制盒控制變頻栗輸出指定壓力的水流，可以實(shí)現(xiàn)定壓回灌試驗(yàn)的模擬，與解決工程問(wèn)題的實(shí)際方式更加貼近，所得的定壓回灌的試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)與實(shí)際定壓回灌的相關(guān)參數(shù)更加接近。
[0049]設(shè)置兩層承壓水層可以模擬更復(fù)雜的土層。如果僅有一層承壓水層，那第二層的承壓水管關(guān)閉即可。
[0050]本實(shí)用新型可以模擬定壓回灌和定流量回灌里兩種回灌模式，可方便的通過(guò)試驗(yàn)比選最佳回灌方式，有利于節(jié)省工期、費(fèi)用，并可以通過(guò)試驗(yàn)得出的參數(shù)，如:由埋置于不同土層處的孔壓計(jì)量測(cè)出的空隙水壓力、距離回灌井不同位置處的位移劑量測(cè)出的土層沉降量、由距離回灌井一定距離處的觀測(cè)孔觀測(cè)到的土層的水位情況等，為實(shí)際工程實(shí)施提供前瞻性的技術(shù)依據(jù)。
[0051]模型箱內(nèi)土層按照實(shí)際工程地質(zhì)情況比例配制，回灌影響范圍外通過(guò)水位調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)抽水，使承壓水層水位保持不變，更好的保證了試驗(yàn)?zāi)M更趨于工程實(shí)際。
[0052]智能化的控制系統(tǒng)使得回灌試驗(yàn)過(guò)程控制更加快速、高效，減小了由于人為誤差導(dǎo)致的試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差，使通過(guò)試驗(yàn)得出的技術(shù)結(jié)論更加準(zhǔn)確。