[发明专利]一种模拟变水头透水土层潜水地层室内回灌系统及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及室内回灌模型系统，特别涉及一种模拟变水头透水土层潜水地层室内回灌系统及试验方法。

背景技术

工程中基坑降水过程会形成一个以基坑为中心的降落漏斗，进而引起周围建筑物以及地面不均匀沉降，易给建筑物安全带来严重威胁，且降水过程浪费大量水资源。回灌法凭借施工简便、控制地面沉降效果好、节约水资源等显著优点，广泛应用于解决工程降水引起地面沉降的问题。不同地质条件决定回灌方式的不同，因此合理选择回灌方式、回灌压力、回灌量来解决相应的工程问题成为目前研究的重点与难点。现场回灌试验耗时久、费用高、影响因素复杂，很难控制单一变量得到相应的回灌效果，故通过室内模型试验手段研究回灌方式、回灌压力与回灌量对回灌效果的影响是必要的，用试验结果指导工程实践；同时，回灌井设置在降水影响半径以内才能有效控制降水产生的沉降漏，故实际回灌井是在水头变换、有水位差的条件下回灌的，具体如图2所示，基坑21产生沉降漏，回灌井10设置在实际基坑降水产生的沉降漏斗曲线22的斜面上，而现有的试验单纯变水头回灌，不能模拟工程真实情况，得出的结论与实际工程有偏差，不能很好地指导工程实践。

现场试验对地表沉降，回灌影响范围，回灌后的地下水位线的重要参数的控制较为复杂，影响因素多，且耗时耗力。现场试验的回灌井对其地层造成的影响是不可恢复的，不可重复利用。且回灌过程中的一些参数不好观测，如下述：(1)回灌后地下水位的观测较复杂，过多过密的观测井会对地层渗透性造成影响，过少的观测井会影响地下水位线的准确性；(2)现场试验的回灌影响范围较大，且不好确定，无法准确测量大范围内的地表沉降起伏。

相比较模型试验具有易观测、参数好控制等优点，目前有关回灌的模型试验存在以下缺点：

1、模型试验无法模拟真实变水头边界；

2、模型试验无法模拟实际基坑降水产生水位差后的真实回灌情况；

3、模型试验无法模拟实际回灌时的定流量回灌的情况。

目前的模型试验由于存在上述不足，因此往往难以反映回灌的真实情况。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种能模拟在水位差作用下回灌井回灌后地层水位变化情况的回灌系统，能控制单一变量的，得出不同变量对回灌效果不同影响的模拟变水头透水土层潜水地层室内回灌系统及试验方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟变水头透水土层潜水地层室内回灌系统，包括水平设置的模型槽，在模型槽内竖直设有两块透水板，一侧的透水板与模型槽之间形成进水槽，另一侧的透水板与模型槽之间形成出水槽，进水槽和出水槽内的水流量均通过阀门控制，在两块透水板之间填充有砂卵石土层，在砂卵石土层中竖直设有回灌井，回灌井通过回灌管路与水源连接；砂卵石土层是透水系数好的土层，可更好地得到回灌试验结果，通过进水槽和出水槽形成水位差，继而形成变水头条件。

进一步地，在所述砂卵石土层中竖直设有若干个水位观测计，用于观测回灌后砂卵石土层水位变化。

进一步地，在所述回灌井的顶端设有回灌井端盖，在回灌井端盖上设有抽真空孔，通过抽气孔将回灌井内的空气抽空，防止气堵，回灌井通过回灌管路与水泵相连。

进一步地，在所述进水槽上设有进水管，在进水管上设有进水管阀门。

进一步地，在所述出水槽上设有出水管，在所述出水管上设有出水管阀门。

进一步地，所述回灌管路与水源之间设有水泵，在回灌管路与水泵之间设有流量控制阀门，水泵可控制注水速率实现回灌量控制。

进一步地，在所述透水板与所述砂卵石土层之间铺设有隔栅和无纺土工布，有效避免了砂卵石土层内砂石进入到进水槽或是出水槽中。

进一步地，在所述回灌管路与所述流量控制阀门之间设有流量传感器和压力传感器，流量传感器、压力传感器和流量控制阀门分别与控制中心单独连接，在所述砂卵石土层的表面设有多个用于测量砂卵石土层沉降值或隆起值的位移计。

进一步地，在所述进水槽和所述出水槽的侧壁上均设有刻度线。

回灌系统的试验方法，具体步骤如下：

1)水从进水管流入到进水槽形成水体，水体渗入到砂卵石层中，通过进水管阀门控制进水槽内的水位高低；

2)打开出水管阀门，使得砂卵石土层两侧形成稳定的水位差，形成实际土层中变水头边界条件；

3)打开水泵和流量控制阀门，通过调节水泵频率保证水流流速恒定；