[发明专利]立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟装置及方法

权利要求书

1.一种立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟装置，包括应变数据采集系统（16）、压力数据采集系统（17）、抽水泵（18）、支架（19）、蓄水箱（9），其特征在于：在所述的支架（19）上设有可透视的模拟箱，模拟箱内由下而上依次设置埋置层（7）、岩层（6）、承压含水层（5）、土层二（4）、土层一（3），所述的土层二（4）与承压含水层（5）之间设有隔水板（11），所述的承压含水层（5）内设有环形补水管（12），环形补水管（12）经连通管沿模拟箱壁伸出，与设在模拟箱上方的给水溢流箱（1）相连，含水层补给从一侧、双侧或四周供水，通过内设的环形补水管(12)，控制补给区域；给水溢流箱（1）经连通管与抽水泵（18）的出水口相连，抽水泵（18）的入水口经连通管伸入蓄水箱（9）内；所述模拟箱的中部设有由上而下深入岩层（6）内的模拟井筒（10），在位于承压含水层（5）的底部设有压力传感器（8），并在承压含水层（5）内的模拟井筒（10）的内壁上设置应变片（13），所述应变片（13）经导线（15）与应变数据采集系（16）相连，所述的压力传感器（8）经导线（15）与压力数据采集系统（17）相连，模拟箱的下部设有出水口，出水口处设有排水阀门（14），出水口经出水管连接至蓄水箱（9）内。

2.根据权利要求1所述的一种立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟装置，其特征在于：所述的蓄水箱（9）设在支架（19）内或支架（19）外侧。

3.根据权利要求1所述的一种立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟装置，其特征在于：所述的模拟井筒（10）上设有由加压设备控制的加压块（2）。

4.根据权利要求1所述的一种立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟装置，其特征在于：所述模拟箱下部的出水口为两个，位于岩层（6）位置处的箱壁两侧，成对角分布。

5.一种使用权利要求1所述装置的立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟方法，其特征在于包括如下步骤：

1）组合可透视的模拟箱，制备相似材料；

2）在模拟箱底部填筑埋置层（7），内埋设排水管，排水管一端内接模拟箱的排水口，另一端上接将要填筑的承压含水层（5）；

3）在埋置层（7）上方先填筑相似材料的岩层（6），在岩层（6）中轴线位置处埋置相似比模拟井筒（10），并在模拟井筒（10）内壁粘贴环形应变片（13），环形应变片（13）通过导线（15）从模拟井筒（10）内壁引出并固定于外部支架上，与应变数据采集系统（16）连接，在岩层（6）上部靠近模拟井筒（10）位置处埋设压力传感器（8），通过导线（15）引出并固定于外部支架上，与压力数据采集系统（17）连接；

4）在岩层（6）的上方进行注水填筑承压含水层（5），并在承压含水层（5）上部安装环形补水管（12），环形补水管（12）的入口经连通管引出并与固定在模拟箱上方的给水溢流箱（1）连接，通过给水溢流箱（1）来补给承压含水层（5）水源，在承压含水层（5）上方放置隔水板（12）来保持含水层的密封性和独立性；

5）在隔水板（12）的上方继续填筑相似材料土层二（4）、土层一（3）直至达到模拟箱高度，分层压实并保持立井模拟井筒（10）的竖直；

6）通过加压设备控制加压块（2）向岩土层模型施加作用力，模拟地层上覆岩受力条件；

7）打开排水阀门（14）进行排水，通过控制排水阀门（14）流量的大或小来控制出水口的流速，同时通过应变数据采集系统（16）记录排水过程中的井筒（10）内的应变量，压力数据采集系统（17）记录排水过程中承压含水层（5）水压的变化量；

8）当承压含水层（5）的排水结束以后，对采集到的数据进行定量分析，得出立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟情况；

9）再次进行试验时，通过抽水泵（18）将排入蓄水箱（9）中的水再抽入给水溢流箱（1）中，通过连通管进入环形补水管（12）再次对承压含水层（5）注水，重复步骤6、7、8，完成再次试验。

6.根据权利要求5所述的立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟方法，其特征在于：所述的土层二（4）采用粒径为0.5mm~2mm的粗砂层，土层一（3）采用粒径为0.25mm~0.5mm的细、中砂层，厚度分别为150mm。

7.根据权利要求5所述的立井井壁稳定性受含水层动变影响的模拟方法，其特征在于：所述的承压含水层（5）厚度为300mm。