CN105719553B - 一种地下水回灌的仿真试验系统及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水回灌的仿真试验系统及其构建方法，属于环保技术领域，其结构包括模型架和供水箱，所述模型架包括试验土箱和试验水箱，所述试验水箱布置在试验土箱的两端以调整试验土箱内地下水的水位，所述试验水箱和试验土箱的相邻面为透水面，所述试验土箱内设有回灌井，所述试验土箱的土层内布置有渗压传感器和温度传感器，所述渗压传感器和温度传感器与控制平台相连接，所述供水箱与所述回灌井之间通过供水管道相连通。本发明结构简单、模拟逼真，可直观的观察地下水的回灌过程，便于研究回灌压力对地下水渗流场的影响规律及降水曲面形状的时空演化规律。

Description

一种地下水回灌的仿真试验系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体地说是一种地下水回灌的仿真试验系统及其构建方法。

背景技术

随着中国城市化进程的加快，城市建筑规模、地下空间资源的利用程度不断提高，基坑的面积和深度越来越大。基坑开挖的过程必然会引起地下水的涌出，为了弥补地下水的流失，地下水回灌成了一种不可或缺的方法。我国学者也开展了大量的模型试验研究工作，但也存在明显的弱点，目前的地下水回灌模型不能很好地模拟实际的地下水回灌的状态，试验的准确性差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、模拟逼真的地下水回灌的仿真试验系统及其构建方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：一种地下水回灌的仿真试验系统，包括模型架和供水箱，所述模型架包括试验土箱和试验水箱，所述试验水箱布置在试验土箱的两端以调整试验土箱内地下水的水位，所述试验水箱和试验土箱的相邻面为透水面，所述试验土箱内设有回灌井，所述试验土箱的土层内布置有渗压传感器和温度传感器，所述渗压传感器和温度传感器与控制平台相连接，所述供水箱与所述回灌井之间通过供水管道相连通。

为了实时反映试验土箱内含水层中的水位和渗压变化，进一步的技术方案为：还包括一实时显示装置，所述实时显示装置与所述控制平台相连接。

为了直观的观测试验土箱内含水层的水位变化，进一步的技术方案为：所述试验土箱的侧壁上设置有观察窗，所述观察窗通过透明板封闭，所述透明板上设有刻度。

为了直观的观察到回灌过程中试验土箱内地下水位的变化，进一步的技术方案为：所述试验土箱的侧壁上设有连通于含水层的U形水位观测管。

为了便于排出试验系统内的废水，进一步的技术方案为：所述试验土箱和试验水箱的底部设有排水口，在整个仿真试验系统的底部设有底座，所述底座的边缘处设有排水水渠。设置底座可以避免试验过程中对地面造成破坏，底座可采用混凝土浇筑而成。

进一步的技术方案为：所述供水箱内设有水压调节阀以调节回灌压力，所述供水管道上设有水泵，所述模型架的一侧设有观察平台。

为了增加透水效率的同时防止含水层中的土颗粒进入储水层，进一步的技术方案为：所述透水面由若干层网状结构叠加构成，所述网状结构的网孔直径从所述试验水箱的一侧到所述试验土箱的一侧依次减小。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：一种地下水回灌的仿真试验系统的构建方法，包括以下步骤：

步骤1)：加工模型架的侧壁，预留排水口和观察窗；

步骤2)：将步骤1)中加工出的侧壁组装构成试验土箱和试验水箱，试验水箱位于试验土箱的两端，在所述观察窗处使用透明板封闭；

步骤3)：在所述试验土箱和试验水箱之间安装透水面，浇筑混凝土底座并预留排水水渠；

步骤4)：安装供水箱并在所述供水箱上安装供水管道，在所述供水箱内安装水压调节阀，在所述供水管道上安装水泵；

步骤5)：在所述排水水渠上安装盖板，在模型架的一端搭建观察平台和通往所述观察平台的楼梯；

步骤6)：安装控制平台和实时显示装置，控制平台和实时显示装置相连接；

步骤7)：在所述试验土箱内填入土层并夯实，在所述土层中埋设渗压传感器和温度传感器，在所述试验土箱的侧壁上安装连通于含水层的水位观测管，在所述试验土箱内埋设回灌井；

步骤8)：将所述渗压传感器和温度传感器与所述控制平台相连接，将所述供水管道与所述回灌井相连通。

为了便于透明板的安装以及保证密封性，防止渗水，进一步的技术方案为：步骤1)中，在所述观察窗处粘贴海绵双面胶，并去除所述海绵双面胶的保护膜；步骤2)中，所述透明板通过海绵双面胶粘贴在所述观察窗处，然后在所述透明板与所述观察窗的连接处涂抹玻璃胶。

为实现照明效果，进一步的技术方案为：步骤3)中，在所述混凝土底座上铺设照明管线，步骤5)中，在所述混凝土底座上安装照明灯。

透明板优选采用钢化玻璃，照明灯优选采用LED地埋灯，试验土箱和试验水箱均采用拼装式结构，装拆方便，试验土箱和试验水箱与底座之间也为可拆卸连接，方便填料，有利于重复利用试验装置，能够做一系列对比模型试验。各框架之间均用螺丝和工字钢连接，保证试验架结构稳定，不会发生形变。

本发明的有益效果是：

1、本发明的试验系统中，在试验土箱的两端布置有试验水箱，当试验土箱中地下水的水位一侧高一侧低时，可以通过在试验水箱中抽出或者注入水，来调整和控制地下水位，从而更加真实的模拟地下水回灌的情况，使得试验结果更加准确；

2、设置观察窗和水位观测管，且观察窗的透明板上设有刻度，能够直观的观测到回灌过程中地下水位的变化，试验过程非常清晰；

3、试验系统的整体刚度和强度大，可承受较大的土压力和水压力，保护试验系统的安全；

4、在供水箱内设置水压调节阀来控制回灌压力的大小，能够成功的模拟回灌压力对地下水渗流场的影响规律及降水曲面形状的时空演化规律；

5、本发明通过海绵双面胶粘贴观察窗处的透明板，并通过玻璃胶密封，具有良好的水封性，能够保证试验顺利准确进行。

附图说明

图1为本发明实施例的正面结构示意图；

图2为本发明实施例的背面结构示意图。

图中：1底座，2试验水箱，3试验土箱，4回灌井，5供水箱，6水泵，7观察窗，8排水水渠，9实时显示装置，10观察平台，11水位观测管，12控制平台。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图1、图2所示，一种地下水回灌的仿真试验系统，包括模型架和供水箱5，所述模型架包括试验土,3和试验水箱2，所述试验水箱2布置在试验土箱3的两端以调整试验土箱3内地下水的水位，所述试验水箱2和试验土箱3的相邻面为透水面，所述试验土箱3内设有回灌井4，所述试验土箱3的土层内布置有渗压传感器和温度传感器，所述渗压传感器和温度传感器与控制平台12相连接，所述供水箱5与所述回灌井4之间通过供水管道相连通。

为了实时反映试验土箱3内含水层中的水位和渗压变化，在试验土箱3的侧壁上设有一实时显示装置9，所述实时显示装置9与所述控制平台12相连接。

为了直观的观察到回灌过程中试验土箱内地下水位的变化，所述试验土箱3的侧壁上设置有观察窗7，所述观察窗通过透明钢化玻璃封闭，钢化玻璃上设有刻度。所述试验土箱3的侧壁上还设有连通于含水层的U形水位观测管11。

为了便于排出试验系统内的废水，所述试验土箱3和试验水箱2的底部设有排水口，在整个仿真试验系统的底部设有底座1，所述底座1的边缘处设有排水水渠8。设置底座1可以避免试验过程中对地面造成破坏，底座采用混凝土浇筑而成。

所述供水箱5内设有水压调节阀以调节回灌压力，所述供水管道上设有水泵6，所述模型架的一侧设有观察平台10并设有从底座1通往观察平台10的楼梯。

为了增加透水效率的同时防止含水层中的土颗粒进入储水层，所述透水面由若干层网状结构叠加构成，所述网状结构的网孔直径从所述试验水箱2的一侧到所述试验土箱3的一侧依次减小。

控制平台12采用计算机，试验水箱2和试验土箱3的侧壁采用厚度为3mm的钢板制成，整个模型架的空间尺寸为：长×宽×高＝8m×5m×2m，试验土箱3和试验水箱2均采用拼装式结构，装拆方便，试验土箱3和试验水箱2与底座1之间也为可拆卸连接，方便填料，有利于重复利用试验装置，能够做一系列对比模型试验。各框架之间均用螺丝和工字钢连接，保证试验架结构稳定，不会发生形变。

一种地下水回灌的仿真试验系统的构建方法，包括以下步骤：

步骤1)：加工构成模型架的各个部件，预留排水口和观察窗7，在模型架的侧壁上相应的观察窗7处粘贴高密度海绵双面胶，并去除高密度海绵双面胶的保护膜；

步骤2)：拼接步骤1)中加工出的各个部件，通过工字钢和螺丝将各个部件组装构成试验水箱2和试验土箱3，对应观察窗7的钢化玻璃通过高密度海绵双面胶和玻璃胶贴在观察窗7上，对正贴牢压实直至玻璃胶凝固即完成观察窗7的安装；

步骤3)：在所述试验土箱3和试验水箱2之间安装多层由粗到细的不锈钢网构成的透水面，浇筑混凝土底座并预留排水水渠8，在所述混凝土底座上铺设照明管线；

步骤4)：安装供水箱5并在所述供水箱5上安装供水管道，在所述供水箱5内安装水压调节阀，在所述供水管道上安装水泵6，在排水口处安装排水管道；

步骤5)：在所述排水水渠8上安装盖板，在模型架的一端搭建观察平台10和通往所述观察平台10的楼梯，在所述混凝土底座上安装LED地埋灯；

步骤6)：安装控制平台12和实时显示装置9，控制平台12和实时显示装置9相连接；

步骤7)：在所述试验土箱3均匀摊铺各土层，并逐层夯实，在所述土层中埋设渗压传感器和温度传感器，在所述试验土箱3的侧壁上安装连通于含水层的水位观测管11，在所述试验土箱3内埋设回灌井4；

步骤8)：将所述渗压传感器和温度传感器与所述控制平台12相连接，将所述供水管道与所述回灌井4相连通。

渗压传感器和温度传感器均采用光纤式传感器。传感器的埋设位置不做限定，本领域技术人员可根据需要做出设置。

进行试验时，供水箱5向回灌井4内供水，通过光纤渗压传感器和光纤温度传感器采集数据，传输给计算机控制平台，并将含水层中的水位和渗压变化反映在实时显示装置9中。当试验土箱3中地下水的水位一侧高一侧低时，可以通过在试验水箱2中抽出或者注入水，来调整和控制地下水位，从而更加真实的模拟地下水回灌的情况，使得试验结果更加准确。试验过程中通过供水箱5中的水压调节阀控制回灌压力的大小，模拟回灌压力对地下水渗流场的影响规律及降水曲面形状的时空演化规律，试验中的废水通过排水口排入排水水渠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种地下水回灌的仿真试验系统，其特征是，包括模型架和供水箱，所述模型架包括试验土箱和试验水箱，所述试验水箱布置在试验土箱的两端以调整试验土箱内地下水的水位，所述试验水箱和试验土箱的相邻面为透水面，所述试验土箱内设有回灌井，所述试验土箱的土层内布置有渗压传感器和温度传感器，所述渗压传感器和温度传感器与控制平台相连接，所述供水箱与所述回灌井之间通过供水管道相连通；

所述试验土箱和试验水箱的底部设有排水口，在整个仿真试验系统的底部设有底座，所述底座的边缘处设有排水水渠；

所述供水箱内设有水压调节阀以调节回灌压力，所述供水管道上设有水泵，所述模型架的一侧设有观察平台；

所述透水面由若干层网状结构叠加构成，所述网状结构的网孔直径从所述试验水箱的一侧到所述试验土箱的一侧依次减小。

2.根据权利要求1所述的一种地下水回灌的仿真试验系统，其特征是，还包括一实时显示装置，所述实时显示装置与所述控制平台相连接。

3.根据权利要求1所述的一种地下水回灌的仿真试验系统，其特征是，所述试验土箱的侧壁上设置有观察窗，所述观察窗通过透明板封闭，所述透明板上设有刻度。

4.根据权利要求1所述的一种地下水回灌的仿真试验系统，其特征是，所述试验土箱的侧壁上设有连通于含水层的U形水位观测管。

5.一种地下水回灌的仿真试验系统的构建方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)：加工模型架的侧壁，预留排水口和观察窗；在所述观察窗处粘贴海绵双面胶，并去除所述海绵双面胶的保护膜；

步骤2)：将步骤1)中加工出的侧壁组装构成试验土箱和试验水箱，试验水箱位于试验土箱的两端，在所述观察窗处使用透明板封闭；所述透明板通过海绵双面胶粘贴在所述观察窗处，然后在所述透明板与所述观察窗的连接处涂抹玻璃胶；

步骤3)：在所述试验土箱和试验水箱之间安装透水面，浇筑混凝土底座并预留排水水渠；

步骤4)：安装供水箱并在所述供水箱上安装供水管道，在所述供水箱内安装水压调节阀，在所述供水管道上安装水泵；

步骤5)：在所述排水水渠上安装盖板，在模型架的一端搭建观察平台和通往所述观察平台的楼梯；

步骤6)：安装控制平台和实时显示装置，控制平台和实时显示装置相连接；

步骤7)：在所述试验土箱内填入土层并夯实，在所述土层中埋设渗压传感器和温度传感器，在所述试验土箱的侧壁上安装连通于含水层的水位观测管，在所述试验土箱内埋设回灌井；

步骤8)：将所述渗压传感器和温度传感器与所述控制平台相连接，将所述供水管道与所述回灌井相连通。

6.根据权利要求5所述的一种地下水回灌的仿真试验系统的构建方法，其特征是，

步骤3)中，在所述混凝土底座上铺设照明管线，步骤5)中，在所述混凝土底座上安装照明灯。