CN107271639A - 一种地下水模拟系统及方法 - Google Patents

一种地下水模拟系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107271639A
CN107271639A CN201710610040.1A CN201710610040A CN107271639A CN 107271639 A CN107271639 A CN 107271639A CN 201710610040 A CN201710610040 A CN 201710610040A CN 107271639 A CN107271639 A CN 107271639A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
model
groundwater
soil horizon
model equipment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710610040.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107271639B (zh
Inventor
马凤山
郭捷
赵海军
卢蓉
冯雪磊
刘国伟
曹家源
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Urban Construction Group Co Ltd
Original Assignee
Institute of Geology and Geophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Geology and Geophysics of CAS filed Critical Institute of Geology and Geophysics of CAS
Priority to CN201710610040.1A priority Critical patent/CN107271639B/zh
Publication of CN107271639A publication Critical patent/CN107271639A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107271639B publication Critical patent/CN107271639B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明实施例提供一种地下水模拟系统及方法，其中所述系统包括供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速。

Description

一种地下水模拟系统及方法
技术领域
本发明涉及试验设备技术领域，尤其是指一种地下水模拟系统及方法。
背景技术
对于大型岩土工程，在工程论证阶段必须进行充分的实验论证才能够确保工程开始后能够顺利进行。对于岩土工程来说，岩石的应力以及地下水的作用都会对工程带来很大的影响，因此必须进行精确地试验。现有的地下水模拟系统一般都可以针对土壤层和地下水继续模拟，但是在实际使用中发现模拟结果并不精确。
发明内容
针对现有技术中的地下水模拟系统结构不合理导致最终试验结果不够准确的问题，本发明实施例要解决的技术问题是提出一种结构合理且试验结果更为精确地地下水模拟系统及方法。
为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种地下水模拟系统，包括：供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速。
其中，该供水循环装置包括水槽和循环水泵，该循环水泵连接水槽和模型装置以将模拟地下水输送到模型装置内；该循环水泵通过溢流阀连接模型装置。
其中，该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置内的土壤层后的出水；在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置的内腔导通。
其中，冷却装置为模型装置从上至下贯穿安装有冷却用的不锈钢管，该不锈钢管内设循环流动的冷却盐水以将周围土壤冷却、冻结，该不锈钢冷却管通过带保温层的软管与制冷装置相连接。
其中，测量系统包括温度传感器组、水流流速传感器组和光栅传感分析仪，以检测模型内的温度分布和水流流速变化；其中，温度传感器组、水流流速传感器组为光栅类型；其中温度传感器组的温度传感器为光纤光栅温度传感器，其具有不锈钢金属管封装，利用光栅自有的温度敏感特性来监测温度。
其中，制冷装置包括：冷却管、储水槽、水泵、压缩机组、制冷控制器和连接管路；制冷装置工作时水泵将储水槽内的制冷介质通过热交换器制冷后注入到模型内的冷却管，冷却管内的盐水对模型进行冷却并回流到储水槽；压缩机制冷剂与盐水通过热交换器进行热量传递。
其中，不锈钢制冷管采用双层结构，进水从中心底部流出，通过夹层向上流动，热量通过外层的钢管壁进行交换；
同时，本发明实施例还提出了一种利用如前任一项所述的地下水模拟系统进行模拟的方法，包括：
将供水循环装置、冷却装置、测量装置连接模型装置；
在施工现场开挖实验用基坑，将模型装置放置在基坑中并进行填土；利用测量装置进行测量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种地下水模拟系统，能够对地下水进行模拟，且其模拟效果好、数据准确。
附图说明
图1为本发明实施例的地下水模拟系统的结构示意图；
图2为模型装置的外壳结构示意图；
图3为模型装置内的土壤层的结构示意图；
图4为冷却管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提出了一种如图1所示的地下水模拟系统，包括：供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置1、冷却装置4、测量装置5；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置1内的土壤层中；其中所述模型装置1用于模拟土壤层；所述模型装置1设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置4沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置5用于测量模型装置1内部的温度和模拟地下水的流速。
如图1所示的，该供水循环装置包括水槽3和循环水泵2，该循环水泵2连接水槽3和模型装置1以将模拟地下水输送到模型装置1内。如图1所示的，该循环水泵2通过溢流阀7连接模型装置1。冷却装置4为模型装置1从上至下贯穿安装有冷却用的不锈钢管，该不锈钢管内设循环流动的冷却盐水以将周围土壤冷却、冻结，该不锈钢冷却管通过带保温层的软管与制冷装置6相连接。
如图2所示的，该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置1内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置1内的土壤层后的出水。如图2所示的，在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置1的内腔导通。如图3所示的，在模型装置内可以包括三个不同土壤组成的土壤层。
模型装置零部件采用5mm碳钢钢板和型钢焊接而成，表面电镀防腐处理。由底板、前面板和后面板组成(如不在现场进行试验需配左右面板)，内部模型净尺寸为2000×2000×2000mm。前后面板均分布有密集的进出水孔，前面板分为单独的6个供水腔体，可根据实际情况选择供水腔体。其中每一个供水腔体设有1个独立的供水孔和57个渗水孔；供水孔通过接头与供水循环系统相互连通，渗水孔与模型相通。后面板的出水孔直接与集水槽相连通。
测量系统由温度传感器组、水流流速传感器组和光栅传感分析仪组成，用于检测模型内的温度分布和水流流速变化。其中，温度传感器组、水流流速传感器组都采用光栅类型。其中温度传感器组的温度传感器为光纤光栅温度传感器，其具有不锈钢金属管封装，利用光栅自有的温度敏感特性来监测温度，安装方式可表面粘贴，亦可埋入待测结构内对结构进行内部温度监测。该光纤光栅温度传感器适用于电站、铁路和油罐的长期温度监测，以及电力、军工、航空航天等领域的分布式温度测量。光栅传感分析仪是采用扫描激光技术的光纤光栅传感解调分析仪器。应用于桥梁、隧道、石油石化、电网电站、航海航空领域的温度、应变、压力、位移、振动、加速度等物理量高精度测量。分析仪扫描范围宽，分辨率高，动态范围大，高稳定。传感器拟合可任意物理量动态补偿，对非线性传感器完美支持。系统内置自动温度补偿和自校准扫描激光。系统平台基于Linux和c开发，安全、稳定。兼容多种通讯协议，主从设备通讯便捷。兼容国内外厂商的同类型光纤光栅传感器。
其中制冷装置包括：冷却管、储水槽、水泵、压缩机组、制冷控制器和连接管路，冷却介质可以是盐水、乙二醇或酒精等，考虑到设备在施工现场使用，建议采用盐水。制冷装置工作时水泵将储水槽内的盐水通过热交换器制冷后注入到模型内的冷却管，冷却管内的盐水对模型进行冷却并回流到储水槽。压缩机制冷剂与盐水通过热交换器进行热量传递，相互不干扰，压缩机组的冷却散热风扇将热量直接排放到空气中。温度控制采用专用数显温度控仪，操作简单、方便。出水槽容量最大容量为100升，也根据需要定制，每组冷却盐水出水、回水口配有节流阀和流量计，可根据需要调节流量。标配数量为6组，可按需要定制。如图4所示的，不锈钢制冷管采用双层结构，进水从中心底部流出，通过夹层向上流动，热量通过外层的钢管壁进行交换。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种地下水模拟系统，其特征在于，包括：供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速。
2.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，该供水循环装置包括水槽和循环水泵，该循环水泵连接水槽和模型装置以将模拟地下水输送到模型装置内；该循环水泵通过溢流阀连接模型装置。
3.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置内的土壤层后的出水；在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置的内腔导通。
4.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，冷却装置为模型装置从上至下贯穿安装有冷却用的不锈钢管，该不锈钢管内设循环流动的冷却盐水以将周围土壤冷却、冻结，该不锈钢冷却管通过带保温层的软管与制冷装置相连接。
5.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，测量系统包括温度传感器组、水流流速传感器组和光栅传感分析仪，以检测模型内的温度分布和水流流速变化；其中，温度传感器组、水流流速传感器组为光栅类型；其中温度传感器组的温度传感器为光纤光栅温度传感器，其具有不锈钢金属管封装，利用光栅自有的温度敏感特性来监测温度。
6.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，其中制冷装置包括：冷却管、储水槽、水泵、压缩机组、制冷控制器和连接管路；制冷装置工作时水泵将储水槽内的制冷介质通过热交换器制冷后注入到模型内的冷却管，冷却管内的盐水对模型进行冷却并回流到储水槽；压缩机制冷剂与盐水通过热交换器进行热量传递。
7.根据权利要求6所述的地下水模拟系统，其特征在于，不锈钢制冷管采用双层结构，进水从中心底部流出，通过夹层向上流动，热量通过外层的钢管壁进行交换。
8.一种利用如权利要求1-7任一项所述的地下水模拟系统进行模拟的方法，其特征在于，包括：
将供水循环装置、冷却装置、测量装置连接模型装置；
在施工现场开挖实验用基坑，将模型装置放置在基坑中并进行填土；利用测量装置进行测量。
CN201710610040.1A 2017-07-25 2017-07-25 一种地下水模拟系统及方法 Active CN107271639B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710610040.1A CN107271639B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种地下水模拟系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710610040.1A CN107271639B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种地下水模拟系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107271639A true CN107271639A (zh) 2017-10-20
CN107271639B CN107271639B (zh) 2020-01-17

Family

ID=60079118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710610040.1A Active CN107271639B (zh) 2017-07-25 2017-07-25 一种地下水模拟系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107271639B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109239123A (zh) * 2018-09-04 2019-01-18 北京城建集团有限责任公司 大型冻结试验模型箱及模拟试验平台
CN109340679A (zh) * 2018-12-11 2019-02-15 湖南和平光电科技有限公司 用于沙漠地区的智能路灯系统
CN110118666A (zh) * 2019-05-10 2019-08-13 西南交通大学 一种环保型寒区隧道冻害仿真室内实验系统及其实验方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202057620U (zh) * 2011-04-28 2011-11-30 北京华清荣昊新能源开发有限责任公司 地埋管换热器综合微缩试验台
CN102338794A (zh) * 2011-06-13 2012-02-01 云南大学 地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法
CN203101019U (zh) * 2013-03-21 2013-07-31 安徽理工大学 一种模拟山前至平原地区浅层地下水流动态变化试验装置
CN204287169U (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 一种地下水水动态模拟装置
CN105225593A (zh) * 2015-10-16 2016-01-06 北京建筑大学 用于模拟岩土地层中地下水环境的进排水系统
CN106017965A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 扬州大学 一种u型地埋管换热器热湿传递性能模拟测试装置及测试方法
CN106324226A (zh) * 2016-11-03 2017-01-11 山东大学 监测地下水渗流、沉降的灌注一体室内试验装置与方法
CN106706697A (zh) * 2016-12-13 2017-05-24 常州工学院 模拟地下水流动作用下预降温冻结法施工的模型试验装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202057620U (zh) * 2011-04-28 2011-11-30 北京华清荣昊新能源开发有限责任公司 地埋管换热器综合微缩试验台
CN102338794A (zh) * 2011-06-13 2012-02-01 云南大学 地下水渗流模拟试验装置及模拟试验方法
CN203101019U (zh) * 2013-03-21 2013-07-31 安徽理工大学 一种模拟山前至平原地区浅层地下水流动态变化试验装置
CN204287169U (zh) * 2014-12-09 2015-04-22 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心 一种地下水水动态模拟装置
CN105225593A (zh) * 2015-10-16 2016-01-06 北京建筑大学 用于模拟岩土地层中地下水环境的进排水系统
CN106017965A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 扬州大学 一种u型地埋管换热器热湿传递性能模拟测试装置及测试方法
CN106324226A (zh) * 2016-11-03 2017-01-11 山东大学 监测地下水渗流、沉降的灌注一体室内试验装置与方法
CN106706697A (zh) * 2016-12-13 2017-05-24 常州工学院 模拟地下水流动作用下预降温冻结法施工的模型试验装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109239123A (zh) * 2018-09-04 2019-01-18 北京城建集团有限责任公司 大型冻结试验模型箱及模拟试验平台
CN109340679A (zh) * 2018-12-11 2019-02-15 湖南和平光电科技有限公司 用于沙漠地区的智能路灯系统
CN110118666A (zh) * 2019-05-10 2019-08-13 西南交通大学 一种环保型寒区隧道冻害仿真室内实验系统及其实验方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107271639B (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106017965B (zh) 一种u型地埋管换热器热湿传递性能模拟测试装置及测试方法
CN104597222B (zh) 具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统
CN109724865B (zh) 隧道衬砌水压监测系统试验装置及试验方法
CN102680515B (zh) 一种地源热泵模拟装置
CN106706697A (zh) 模拟地下水流动作用下预降温冻结法施工的模型试验装置
CN107271639A (zh) 一种地下水模拟系统及方法
CN109344547B (zh) 一种组合地层渗流作用下冻结法模型设计方法及装置
CN105717027B (zh) 一种模拟地下深部岩体环境的岩石渗透性测试设备
CN109490350A (zh) 气冷式土体冻胀试验装置及试验方法
CN110031508B (zh) 一种立式水热耦合模型试验装置与试验方法
CN109556900B (zh) 隧道排水管中结晶堵塞的模拟试验装置及试验系统
CN204694654U (zh) 组合式地源热泵岩土热物性和地埋管换热量测试仪
CN205879561U (zh) 一种u型地埋管换热器热湿传递性能模拟测试装置
CN114113196A (zh) 模拟人工冻结土层中多物理场耦合的模型试验系统及方法
CN207396278U (zh) 可模拟冻土区地下水热效应及渗流效应的装置
CN204102396U (zh) 热管传热性能测定实验台
CN110763718B (zh) 实现水热力耦合作用的冻胀测量仪
CN116087259A (zh) 一种模拟地下水渗流的管幕冻结试验装置及试验方法
CN206398839U (zh) 一种供热管网计量站监控管网失水及其监控报警系统
CN107238450A (zh) 一种低温流体传输管线漏热测试装置及方法
CN211061548U (zh) 一种用于测定单管冻结的冻胀量与冻结力试验装置
CN110487838A (zh) 一种便携式盐渍土现场原位冻胀及溶陷检测装置
CN110954352B (zh) 一种能源地下结构模型实验测试系统
CN112213348A (zh) 一种含联络通道的地下区间人工冻融试验装置及方法
CN210051713U (zh) 一种测试能量桩换热性能的实验系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhang Jinxun

Inventor after: Yang Hao

Inventor after: Jiang Yusheng

Inventor after: Ma Fengshan

Inventor after: Guo Jie

Inventor before: Ma Fengshan

Inventor before: Guo Jie

Inventor before: Zhao Haijun

Inventor before: Lu Rong

Inventor before: Feng Xuelei

Inventor before: Liu Guowei

Inventor before: Cao Jiayuan

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201102

Address after: No.18, North Taipingzhuang Road, Haidian District, Beijing 100082

Patentee after: BEIJING URBAN CONSTRUCTION GROUP Co.,Ltd.

Address before: 100000 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 19

Patentee before: INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES