CN114216621B - 一种渗漏探测和治理模拟平台及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渗漏探测和治理模拟平台及模拟方法，包括：顶部开口的水槽，作为盛放器具；模拟沙，铺设于所述水槽内的底部，其上方区域为实验用水填充区域，用于填充模拟用水；渗漏模拟器件，埋设于所述模拟沙中；若干电极，分布于所述模拟沙上，用于采集并发送电位和电流信号至数据处理终端；动水制动器，设于所述实验用水填充区域内，用于对模拟用水进行搅动；所述动水制动器处于静水环境模拟时不开启，处于动水环境模拟时开启。能够实现对河道、电站、水库等渗漏体的动水、静水环境双物理重模拟，在模拟实际渗漏问题进行实验室测量时，同时可以满足模拟河道、电站、水库等底部和四壁不同位置的渗漏。

Description

一种渗漏探测和治理模拟平台及模拟方法

技术领域

本发明属于水利工程水库渗漏检测技术领域，具体涉及一种渗漏探测和治理模拟平台及模拟方法。

背景技术

我国饮水灌溉及天然河道众多，在冻融循环地区、洪水易发地区，河岸及河床很容易出现脱空、裂隙等问题；我国自上世纪90年代开始大修水电站，目前在运营的大型超大型水电站三十多座，在运行的三十年间或多或少都会出现渗漏、测漏等问题；我国天然水库、人工水库众多，人工水库在修建过程中或多或少都会出现不均匀性和地址选择的地质条件不完备性，导致灾害。天然水库在受到暴雨、地震等灾害影响时也会出现裂隙、不均匀沉降等各种问题。

目前针对河道、电站、水库等渗漏的探测技术和治理方法还不完善，尤其是水底探测技术还需要进一步提升，而对于河道、电站、水库等的渗漏问题进行实验室模拟和试验水中探测技术很少有提及。专利号为CN202010242448.X的一种水库渗漏检测实验用模拟平台、实验系统及方法，其公开的水库渗漏检测实验平台无法模拟河流等动水环境，只能模拟水库底部渗漏，无法模拟河道、水库、电站等底部和四壁任意位置发生的渗漏；其只是模拟水库底部渗漏而并未涉及渗漏位置的探测试验系统，也未涉及渗漏问题的治理实验模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗漏探测和治理模拟平台及模拟方法，满足渗漏探测和治理方法技术的实验研究，以解决目前对河道、电站、水库等的渗漏问题无法有效进行物理实验室模拟和数值模拟，而无法有效进行技术研究的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：

本发明首先提供一种渗漏探测和治理模拟平台，包括：

顶部开口的水槽，作为盛放器具；

模拟沙，铺设于所述水槽内的底部，其上方区域为实验用水填充区域，用于填充模拟用水；

渗漏模拟器件，埋设设于所述模拟沙中；

若干电极，分布于所述模拟沙上，用于采集并发送电位和电流信号至数据处理终端；

动水制动器，设于所述实验用水填充区域内，用于对模拟用水进行搅动；所述动水制动器处于静水环境模拟时不开启，处于动水环境模拟时开启。

作为进一步可选方案，还包括：

固化层，铺设于所述模拟沙的顶部表层，所述固化层的厚度为5-15mm。

作为进一步可选方案，所述动水制动器为绝缘材质，包括：

扇叶，位于实验用水填充区域；

接杆，一端穿过所述水槽的侧壁并与所述扇叶连接、另一端伸出侧壁；

把手，与伸出侧壁的所述接杆连接；

通过把手转动接杆，带动扇叶旋转搅动所述水槽内实验用水填充区域的模拟用水。

作为进一步可选方案，所述电极的两端分别为：

工作端，所述工作端插入所述模拟沙中采集电位和电流信号；

连接端，所述连接端接收并发送电位和电流信号至数据处理终端；

所述工作端电连接所述连接端。

作为进一步可选方案，所述工作端包括：绝缘段，内置连接线；非绝缘尖端，固设于所述绝缘段底部并与连接线连接；

所述连接端包括：电缆，连接在所述工作端和所述连接端之间，用于传输电位和电流信号；主机连接插头，所述电缆通过主机连接插头连接数据处理终端。

作为进一步可选方案，所述水槽包括：

固定框架，作为所述水槽龙骨；

若干木板，所述木板固定在所述固定框架上并形成所述水槽的槽体。

作为进一步可选方案，所述渗漏模拟器件为含钢纤维、含石墨的低阻体水泥试块、含钢纤维或含石墨的低阻圆柱体水泥块中的一种。

作为进一步可选方案，所述模拟沙为平面或者阶梯面。

本发明还提供一种采用上述渗漏探测和治理模拟平台的模拟方法，包括以下步骤：

S1.根据的底部泥沙地形环境，在水槽内铺设模拟沙，在模拟沙中埋入模拟实际渗漏的渗漏模拟器件，在模拟沙上插入多个电极，向水槽内的实验用水填充区域装入天然河流水；

S2.根据的水环境分为静水环境模拟和动水环境模拟，静水环境模拟时，不开启动水制动器，动水环境模拟时，开启动水制动器；

S3.电极采集模拟沙中的电位和电流信号，获得渗漏模拟器件处的异常数值，实现对实际渗漏情况的模拟和进行渗漏点的位置实验探测；当模拟实际渗漏治理时，以靠近渗漏点的电极安装位置作为注浆位置，取出靠近渗漏点的电极，通过模拟沙上的电极插入孔向渗漏点进行注浆，实现对渗漏点的封堵，实现对实际渗漏治理情况的模拟。

作为进一步可选方案，所述水槽内底部的模拟沙不低于0.4米，模拟沙为河沙，形状与的底部泥沙地形相适应。

本发明的有益效果是：通过水槽结构设置，能够实现对河道、电站、水库等渗漏体的动水、静水环境双物理重模拟，在模拟实际渗漏问题进行实验室测量时，同时可以满足模拟河道、电站、水库等底部和四壁不同位置的渗漏。为解决河道、电站、水库等渗漏问题的治理方法，为理解基本原理等提供新的思路和模拟装置，能够满足渗漏探测和治理方法技术的实验研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台在模拟河道环境时的结构示意图，水位高于陆地岸边部分；

图2是本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台在模拟河道环境时模拟沙的示意图，水位低于陆地岸边部分；

图3是本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台在模拟电站或水库环境时的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台中动水制动器的示意图；

图5是本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台中电极的示意图；

图6是采用本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台及方法进行实验探测，通过软件对水槽模型进行数值模拟的效果图；

图7是采用本发明实施例提供的渗漏探测和治理模拟平台及方法进行实验探测，将模拟结果进行异常探测后反演的效果图；

附图标记：1-水槽，2-模拟沙，3-模拟用水，4-动水制动器，5-固化层，6-电极，7-固定框架，8-扇叶，9-接杆，10-把手，11-电缆，12-主机连接插头，13-尖端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

图1至图5示出了本发明提供的渗漏探测和治理模拟平台的结构示意图，本实施例提供了一种渗漏探测和治理模拟平台，包括：

顶部开口的水槽1，作为盛放器具；

模拟沙2，铺设于所述水槽内的底部，其上方区域为实验用水填充区域，用于填充模拟用水3；

渗漏模拟器件，埋设设于所述模拟沙中；

若干电极6，分布于所述模拟沙上，用于采集并发送电位和电流信号至数据处理终端；

动水制动器4，设于所述实验用水填充区域内，用于对模拟用水进行搅动；所述动水制动器处于静水环境模拟时不开启，处于动水环境模拟时开启。

如图1所示，模拟平台包括顶部开口的水槽1，水槽1内的底部铺设有模拟沙2，在模拟沙2中埋设有渗漏模拟器件，水槽1内模拟沙2的上方区域为实验用水填充区域，模拟沙2上分布有多个电极6，电极6的两端分别为工作端和连接端，工作端插入模拟沙2中采集电位和电流信号，水槽1设置有对实验用水填充区域内的模拟用水3进行搅动的动水制动器4。

模拟沙2是对水底泥沙地形环境的模拟，形状与的底部泥沙地形相适应。

当模拟电站、水库底部环境时，见图3，模拟沙2顶部可为平面。

当模拟河道环境时，见图1和图2，模拟沙2的形状可为两边高中间低的河坝状，此时，两边高处部分为模拟陆地岸边部分，低处与高处间的斜坡则为模拟河道两侧的河堤，低处的电极6在水底测量，高处部分的电极6用于模拟陆地测量，可以很好的模拟河道情况下的渗漏问题，同时可以模拟水陆一条线同时测量。

沙粒的厚度和分布情况可根据实验需要而调整，模拟用水3的深度可根据实际蓄水情况调整，可低于或高于模拟陆地岸边部分。

在模拟河床沉沙、水电站和水库底部淤泥环境时，为了更好成型，保证一种固定的形态，在模拟水底不同环境的过程在模拟沙2的顶部表层设有固化层5，即模拟沙2表层通过固化剂进行加固，实现一层厚度0.01米左右的稳定层，以满足对水底不同地形的塑造，进而实现对水底不同复杂地形的模拟。

为了更好的模拟动水环境对测量的影响，设置动水制动器4。

当模拟电站、水库等静水环境时，动水制动器4不需要启动，动水制动器4为非金属。

动水制动器4包括位于实验用水填充区域的扇叶8、与扇叶8连接的接杆9，接杆9经水槽1的侧壁伸出、并连接有把手10，扇叶8为多个，通过把手10转动接杆9，进而带动扇叶8旋转搅动水槽1内的模拟用水3。当模拟动水的河流环境，动水制动器4内部通过扇叶8实现对水槽1内部模拟用水3的搅动。接杆9与水槽1侧壁之间可安装密封圈，以防水密封。

动水制动器4整体为绝缘材质，避免对测量造成影响。

所述电极的两端分别为：工作端，所述工作端插入所述模拟沙中采集电位和电流信号；连接端，所述连接端接收并发送电位和电流信号至数据处理终端；所述工作端电连接所述连接端。

作为进一步可选方案，所述工作端包括：绝缘段，内置连接线；非绝缘尖端，固设于所述绝缘段底部并与连接线连接；所述连接端包括：电缆，连接在所述工作端和所述连接端之间，用于传输电位和电流信号；主机连接插头，所述电缆通过主机连接插头连接数据处理终端。

本实施例，如图4所示，电极6的连接端设有电缆11和电缆11上的主机连接插头12。工作端为尖端13即非绝缘尖端，电极6上除尖端13以外的部分绝缘设置即绝缘段，本实施例，将尖端13固定安装在绝缘段底部即可，通过内置的导线或者直接采用电缆11连接。绝缘层可以对暴露在模拟用水3中的部分进行绝缘，以保证电极6采集数据的准确。尖端13处为外露铜丝，此部分用于深入到模拟沙2中采集电位和电流信号，电缆11用于传输信号和起到连接作用。

水槽1包括固定框架7和若干木板，木板固定在固定框架7上形成槽体。在需水较多的情况下，水与河沙形成的侧应力相对较大，为了保证实验测器设备的牢固性和安全，设置固定框架7以提高安全性，通过木板安装制作形成水槽1。

渗漏模拟器件作为低阻体来模拟渗漏，可为含钢纤维或石墨的低阻体水泥试块、或含钢纤维或石墨的低阻圆柱体水泥块。本实施例中采用金属珠和金属丝，分别模拟实际渗漏的漏洞和裂隙，将其埋设在不同位置，满足模拟河道、电站、水库等底部和四壁不同位置的渗漏。

本实施例，仅仅采用河床沉沙、电站或水库的底部泥沙地形环境进行了模拟治理，但只要是能够满足治疗条件和需求的任何地形环境，都可以采用本申请的渗漏探测和治理模拟平台进行模拟，上述示例并不对其进行限制，只要能够按照上述本技术的模拟。

实施例2

采用实施例1所述的模拟平台，本实施例提出一种环境治理的模拟方法。

本实施例还提供一种渗漏探测和治理模拟方法，包括以下步骤：

S1.根据的底部泥沙地形环境，在水槽1内铺设模拟沙2，在模拟沙2中埋入模拟实际渗漏的渗漏模拟器件，在模拟沙2上插入多个电极6，向水槽1内的实验用水填充区域装入天然河流水；

S2.根据的水环境分为静水环境模拟和动水环境模拟，静水环境模拟时，不开启动水制动器4，动水环境模拟时，开启动水制动器4；

S3.电极6采集模拟沙2中的电位和电流信号，获得渗漏模拟器件处的异常数值，实现对实际渗漏情况的模拟和进行渗漏点的位置实验探测；当模拟实际渗漏治理时，以靠近渗漏点的电极6安装位置作为注浆位置，取出靠近渗漏点的电极6，通过模拟沙2上的电极插入孔向渗漏点进行注浆，实现对渗漏点的封堵，实现对实际渗漏治理情况的模拟。

水槽1内底部的模拟沙2不低于0.4米，模拟沙2为河沙，形状与的底部泥沙地形相适应。

通过电极6采集电性特性信号，以在实验室实现对实际渗漏情况的模拟，进行渗漏点的位置实验探测；在模拟实际渗漏治理问题进行实验室测量时，通过电极孔向渗漏点进行注浆，实现对渗漏的封堵，来模拟实际渗漏的漏洞和裂隙等低阻地质体被浆液填充的过程，以在实验室实现对实际渗漏治理情况的模拟。

如图6和图7所示，为在进行河道实验探测时，分别通过终端配置的软件对水槽模型进行数值模拟和将模拟结果进行异常探测后反演的效果图，可以看出图中下部的异常处，即渗漏点，数值模拟很好的展现了渗漏点的位置及范围。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种渗漏探测和治理模拟平台，其特征在于，包括：

顶部开口的水槽，作为盛放器具；

模拟沙，铺设于所述水槽内的底部，其上方区域为实验用水填充区域，用于填充模拟用水；

渗漏模拟器件，埋设于所述模拟沙中；渗漏模拟器件作为低阻体来模拟渗漏，为含钢纤维或石墨的低阻体水泥试块；

若干电极，分布于所述模拟沙上，用于采集并发送电位和电流信号至数据处理终端；所述电极的两端分别为：工作端，所述工作端插入所述模拟沙中采集电位和电流信号；连接端，所述连接端接收并发送电位和电流信号至数据处理终端；所述工作端电连接所述连接端；

动水制动器，设于所述实验用水填充区域内，用于对模拟用水进行搅动；所述动水制动器处于静水环境模拟时不开启，处于动水环境模拟时开启。

2.根据权利要求1所述的渗漏探测和治理模拟平台，其特征在于，还包括：

固化层，铺设于所述模拟沙的顶部表层，所述固化层的厚度为5-15mm。

3.根据权利要求1所述的渗漏探测和治理模拟平台，其特征在于，所述动水制动器为绝缘材质，包括：

扇叶，位于实验用水填充区域；

接杆，一端穿过所述水槽的侧壁并与所述扇叶连接、另一端伸出侧壁；

把手，与伸出侧壁的所述接杆连接；

通过把手转动接杆，带动扇叶旋转搅动所述水槽内实验用水填充区域的模拟用水。

4.根据权利要求1所述的渗漏探测和治理模拟平台，其特征在于，所述水槽包括：

固定框架，作为所述水槽龙骨；

若干木板，所述木板固定在所述固定框架上并形成所述水槽的槽体。

5.根据权利要求1所述的渗漏探测和治理模拟平台，其特征在于，所述模拟沙为平面或者阶梯面。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的一种渗漏探测和治理模拟平台的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据的底部泥沙地形环境，在水槽内铺设模拟沙，在模拟沙中埋入模拟实际渗漏的渗漏模拟器件，在模拟沙上插入多个电极，向水槽内的实验用水填充区域装入天然河流水；

S2.根据的水环境分为静水环境模拟和动水环境模拟，静水环境模拟时，不开启动水制动器，动水环境模拟时，开启动水制动器；

S3.电极采集模拟沙中的电位和电流信号，获得渗漏模拟器件处的异常数值，实现对实际渗漏情况的模拟和进行渗漏点的位置实验探测；当模拟实际渗漏治理时，以靠近渗漏点的电极安装位置作为注浆位置，取出靠近渗漏点的电极，通过模拟沙上的电极插入孔向渗漏点进行注浆，实现对渗漏点的封堵，实现对实际渗漏治理情况的模拟。

7.根据权利要求6所述的模拟方法，其特征在于，所述水槽内底部的模拟沙不低于0.4米，模拟沙为河沙，形状与的底部泥沙地形相适应。

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