CN102608289A - 承压含水层试验模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种承压含水层试验模拟装置，包括砂土容器、进水高度控制装置、供水装置、测压观测装置，砂土容器倾斜放置，砂土容器一端设有第一进水管，砂土容器前、后侧壁及底面上均布有若干个测压嘴，测压嘴通过连接管与测压观测装置的一个测压管连接，砂土容器底部设有抽水管，砂土容器的较低一端的侧壁外固定有排水箱，砂土容器顶部连接有承压顶盖，承压顶盖上设有至少一个溢流管；进水高度控制装置包括水槽，水槽连接升降装置；测压观测装置包括测压板及并排设于测压板上的若干个测压管。采用上述方案后，本发明试验模拟装置可模拟自然条件及开采条件下的承压含水层三维流场的变化特征，结构简单、价格低廉。

Description

承压含水层试验模拟装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种承压含水层试验模拟装置。

背景技术

在地下水科学与研究中，对承压含水层的认识和研究，一般通过野外现场试验进行，但是，野外试验一般费用昂贵、直观性差，而且难以研究在不同外界条件下，承压含水层地下水流场变化规律，因此，研制一种承压含水层试验装置，模拟地下水在不同补给、径流、排泄条件下地下水的运动特征，对研究承压条件下的地下水流在多孔介质中的运动规律具有重要现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种承压含水层试验模拟装置，其结构简单、价格低廉，试验过程更加直观。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：一种承压含水层试验模拟装置，包括砂土容器、进水高度控制装置、供水装置、测压观测装置，砂土容器倾斜放置，砂土容器较高一端的侧壁顶部设有第一进水管，第一进水管上设有开关，砂土容器前、后侧壁及底面上均布有若干个测压嘴，测压嘴为管状，测压嘴位于砂土容器内部部分的管壁上设有筛孔，每个测压嘴分别通过一个连接管与测压观测装置的一个测压管连接，砂土容器底部中心处设有抽水管，抽水管位于砂土容器内部的部分设有筛孔，抽水管位于砂土容器外部的部分设有控制阀、流量计，砂土容器的较低一端的侧壁外固定有排水箱，排水箱底部设有第二回水管，第二回水管上设有控制阀、流量计，砂土容器与排水箱之间的侧壁上设有出水孔，砂土容器顶部可拆卸连接有承压顶盖，承压顶盖上设有至少一个溢流管，溢流管位于砂土容器内部的部分设有筛孔，溢流管位于砂土容器外部的部分设有开关，进水高度控制装置包括水槽、升降装置，水槽连接升降装置，水槽由溢流板分成供水槽和溢流槽，所述第一进水管另一端设于供水槽底部，供水槽侧壁上还设有第三进水管，第三进水管连接有供水装置，溢流槽底部设有第三回水管。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述供水装置包括水箱及设于水箱内的水泵，水箱上设有第四进水管，第四进水管上设有开关，水泵的出水口与第三进水管相连接，第三回水管的另一端设于水箱内。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述抽水管连接有第一回水管，第一回水管与供水装置的水箱连通。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述第二回水管与供水装置的水箱连通。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述砂土容器底面与水平面的夹角为20-30°。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述测压嘴上的筛孔外包裹有丝网。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述抽水管的筛孔外包裹有丝网。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述溢流管上的筛孔外包裹有丝网。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述砂土容器与排水箱之间的侧壁里侧设有丝网。

本发明承压含水层试验模拟装置，其中，所述测压观测装置包括测压板及并排设于测压板上的若干个测压管，所述升降装置为定滑轮组。

采用上述方案后，由于本发明承压含水层试验模拟装置包括砂土容器、进水高度控制装置、供水装置、测压观测装置，砂土容器底部设有抽水管，用以模拟抽水井，砂土容器一端设有排水箱，排水箱上设有回水管，可模拟泉流，承压顶盖上设有溢流管用于模拟自流井，因此利用本装置可模拟自然条件及开采条件下的承压含水层三维流场的变化特征，并且试验过程直观，结构简单、价格低廉。

另外，由于第一、第二、第三回水管均与供水装置的水箱连通，因此可将试验过程中各回水管流出的水回收，更加节约。各筛孔外包裹有丝网，可防止试验过程中砂土进入各回水管，影响试验的准确性。

附图说明

图1是本发明承压含水层试验模拟装置的结构图；

图2是本发明承压含水层试验模拟装置中砂土容器的立体图。

下面结合附图具体说明本发明承压含水层试验模拟装置。

具体实施方式

如图1所示，本发明承压含水层试验模拟装置包括砂土容器1、进水高度控制装置2、供水装置3、测压观测装置4。

砂土容器1倾斜放置，砂土容器1左侧较高、右侧较低，砂土容器1底面与水平面的夹角为20-30°，砂土容器1左侧壁顶部设有第一进水管12，第一进水管12另一端设于供水槽210底部，第一进水管12上设有开关，砂土容器1前、后侧壁及底面上均匀分布有多个测压嘴13，测压嘴13为管状，并且测压嘴13位于砂土容器1内部部分的管壁上设有筛孔，筛孔外包裹有丝网，测压嘴13通过连接管14与测压观测装置4的测压管42连接，砂土容器1底部中心处还设有抽水管15，抽水管15位于砂土容器1内部的部分设有筛孔，筛孔外包裹有丝网，抽水管15通过第一回水管5连接供水装置3的水箱31，第一回水管5上设有控制阀和流量计，砂土容器1的右侧壁外固定有排水箱6，排水箱6底部设有第二回水管61，第二回水管61与供水装置3的水箱31连通，第二回水管61上设有控制阀、流量计，砂土容器1与排水箱6之间的侧壁上均布有出水孔62，侧壁里侧设有丝网63，如图2所示，砂土容器1顶部通过多个螺钉可拆卸连接有承压顶盖16，砂土容器1与承压顶盖16之间设有橡胶密封垫17，承压顶盖16上间隔设有三个溢流管18，溢流管18位于砂土容器1内部的部分设有筛孔，筛孔外包裹有丝网，溢流管18位于砂土容器1外部的部分设有开关；

进水高度控制装置2包括水槽21和升降装置22，水槽21由溢流板分成供水槽210和溢流槽211，升降装置22为定滑轮组，水槽21上的升降缆绳213绕在定滑轮上，通过升降装置22控制水槽21的高度，供水槽210上设有第三进水管212、溢流槽211底部设有第三回水管213，第三进水管212、第三回水管213的另一端均设于水箱31内。

供水装置3包括水箱31，水箱31内设有水泵32，水箱31还上设有第四进水管33，第四进水管33上设有开关，水泵32的出水口与第三进水管212相连接。

测压观测装置4包括测压板41及多个测压管42，多个测压管42并排固定于测压板41上。

实验前的准备：关闭所有开关及控制阀门，打开砂土容器1的承压顶盖17，向砂土容器1内装入砂土含水介质，砂模拟含水层，粘土模拟隔水层，砂土填装完毕后，将承压顶盖17盖好，并在承压顶盖17与砂土容器1之间放置橡胶密封垫17，用螺钉将承压顶盖17与砂土容器1相互固定。打开供水装置3的第四进水管33上的开关，向供水装置3供水，待水量充足后关闭开关，打开砂土容器1左侧壁上第一进水管12上的开关及第一回水管61上的控制阀，启动水泵32向砂土容器1内供水，通过升降装置22调整水箱21的高度，从而控制砂土容器1左侧的水位，并且调节第一回水管61上的控制阀，待水位稳定后，开始实验。

实验1：模拟自然条件下承压含水层三维流场

通过升降装置22抬高水槽21，即抬高河水位，补给承压含水层，待水位稳定后，分别测定河水、各测压管42的水位，绘制承压含水层在平面和剖面的等测压水位线，进而绘制承压含水层在平面和剖面的流网，从而反映其三维流场情况。

实验2：模拟开采条件下承压含水层三维流场

在实验1的基础上，通过第一回水管5上的控制阀调整抽水管15的抽水量，抽水管15为模拟抽水井，待水位稳定后，分别测定河水、各测压管42、抽水管15的的水位，绘制承压含水层在平面和剖面的等测压水位线，进而绘制承压含水层在平面和剖面的流网，从而反映开采条件下承压含水层三维流场的变化情况。

实验3：模拟双重含水介质下的承压含水层三维流场

将砂土容器1内单一的含水介质改为两种不同性质的含水介质，如可以采用粉砂和粗砂，两种介质的分界面应保持在靠近砂土容器1底面的第二和第三排测压嘴之间，采用和实验1、2相同的实验方法，模拟双重含水介质下的承压含水层三维流场。

实验4：模拟承压含水层的补给、径流、排泄特征

关闭第一回水管5上的控制阀，恢复到实验开始前的状态：

(1)比较平均水力梯度与泉流量之间的关系

通过升降装置22抬高水槽21的高度，从而抬高河水位，待水位稳定后，读取河水位、排水箱6上的第二回水管61的水位及流量，即模拟泉水位、泉流量，计算平均水力梯度；通过升降装置22改变河水位，待水位稳定后，再次读取河水位、泉水位、泉流量，计算平均水力梯度，如此进行多次，然后比较平均水力梯度与泉流量之间的关系；

(2)比较泉流量与抽水井流量之间的关系

抬高河水位，保证实验过程中，河水位始终补给承压含水层，待水位稳定后，读取泉流量。然后，打开第一回水管5上的控制阀，抽水管15模拟抽水井开始抽水，待水位稳定后，读取第二回水管61和抽水管15的流量。最后，对比泉流量变化与抽水井流量之间的关系。

(3)观测自流井

关闭第一回水管5上的控制阀，恢复到实验开始前的状态。抬高河水位，使河水位尽可能高，待水位稳定后，打开三个溢流管18上的开关，溢流管18模拟自流井，观测三个溢流管18是否发生直流现象，然后，降低河水位，待水位稳定后，观测三个溢流管18的直流情况是否发生了变化，重复以上过程，直至部分井不再直流为止。

以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种承压含水层试验模拟装置，其特征在于：包括砂土容器(1)、进水高度控制装置(2)、供水装置(3)、测压观测装置(4)，砂土容器(1)倾斜放置，砂土容器(1)较高一端的侧壁顶部设有第一进水管(12)，第一进水管(12)上设有开关，砂土容器(1)前、后侧壁及底面上均布有若干个测压嘴(13)，测压嘴(13)为管状，测压嘴(13)位于砂土容器(1)内部部分的管壁上设有筛孔，每个测压嘴(13)分别通过一个连接管(14)与测压观测装置(4)的一个测压管(42)连接，砂土容器(1)底部中心处设有抽水管(15)，抽水管(15)位于砂土容器(1)内部的部分设有筛孔，抽水管(15)位于砂土容器(1)外部的部分设有控制阀、流量计，砂土容器(1)的较低一端的侧壁外固定有排水箱(6)，排水箱(6)底部设有第二回水管(61)，第二回水管(61)上设有控制阀、流量计，砂土容器(1)与排水箱(6)之间的侧壁上设有出水孔(62)，砂土容器(1)顶部可拆卸连接有承压顶盖(16)，承压顶盖(16)上设有至少一个溢流管(18)，溢流管(18)位于砂土容器(1)内部的部分设有筛孔，溢流管(18)位于砂土容器(1)外部的部分设有开关，进水高度控制装置(2)包括水槽(21)、升降装置(22)，水槽(21)连接升降装置(22)，水槽(21)由溢流板分成供水槽(210)和溢流槽(211)，所述第一进水管(12)另一端设于供水槽(210)底部，供水槽(210)侧壁还设有第三进水管(212)，第三进水管(212)连接有供水装置(3)，溢流槽(211)底部设有第三回水管(213)。

2.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述供水装置(3)包括水箱(31)及设于水箱(31)内的水泵(32)，水箱(31)上设有第四进水管(33)，第四进水管(33)上设有开关，水泵(32)的出水口与第三进水管(212)相连接，第三回水管(213)的另一端设于水箱(31)内。

3.如权利要求2所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述抽水管(15)连接有第一回水管(5)，第一回水管(5)与供水装置(3)的水箱(31)连通。

4.如权利要求2所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述第二回水管(61)与供水装置(3)的水箱(31)连通。

5.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述砂土容器(1)底面与水平面的夹角为20-30°。

6.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述测压嘴(13)上的筛孔外包裹有丝网。

7.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述抽水管(15)的筛孔外包裹有丝网。

8.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述溢流管(18)上的筛孔外包裹有丝网。

9.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述砂土容器(1)与排水箱(6)之间的侧壁里侧设有丝网(63)。

10.如权利要求1所述的承压含水层试验模拟装置，其特征在于：所述测压观测装置(4)包括测压板(41)及并排设于测压板(41)上的若干个测压管(42)，所述升降装置(22)为定滑轮组。

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