[发明专利]多空隙组合介质隧洞渗流植被生长用水测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧洞开挖影响区的地下水渗透环境模拟和地表植被生长用水的测试方法，尤其是一种用于实验研究隧洞影响区降雨产生地表径流、地下水渗流和植被生态生长需水之间水力联系的方法。

背景技术

水在生态系统中扮演着举足轻重的角色，贯穿于大气－植被－土壤－岩石系统，是物质传承和能量输运的介质。

流域地下水平衡是维持区内植被生态功能的基础，深埋长隧洞等地下洞室的修建，面临一系列的科学技术问题：流域水文地质单元内的降水、植被、土壤、岩石和洞室之间水力联系的内在关系问题，涌突水和地下水疏干的机理问题，生态环境保护中植被生态功能需水的定量评价问题。

当前评价隧洞影响区地下水渗流对植被生态功能需水的影响，所采用的水循环模型、分布式水文过程模拟和地下水渗流平衡理论，彼此独立。现有的隧洞渗流平衡理论和模型边界，未反映天然复杂地质体多空隙组合特征、渗透特性空间递变及降雨时空动态的影响。目前用单一的孔隙流、裂隙流或溶孔流描述岩土体渗流特性，没能反映天然地质体复杂的空隙组合特征。

现有的植被生长需水量计算方法，依据的是农作物田间试验成果所建立的经验关系，有其局限性；现有的植物生长物理模型试验测试技术未考虑地下洞室渗流对植物生态功能的影响，必然与实际情况有着一定的差距。现有隧洞工程生态影响评价中，大都忽略了地下洞室渗流对植物生长的影响，且没有对二者之间关系进行定量研究的先例。

发明内容

为了使得室内物理实验模型更接近于隧洞影响区的真实环境，从而为实际施工和运行作出更可行可靠的指导，本发明所要解决的技术问题是提供一种多空隙组合介质隧洞渗流植被生长用水测试方法，模拟隧洞影响区范围内地下水渗流对植被生态需水的影响而测定植被生态生长用水量。

本发明的测试方法是基于以下假设：忽略植被蒸腾作用、大气湿度、温度等因素的影响，则隧洞影响区降雨量为该区地表径流量、隧洞影响区渗流量和植被生长用水量三者之和。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：多空隙组合介质隧洞渗流植被生长用水测试方法，包括设计制作植物种植模型和降雨模拟装置，还包括根据相似原理制作的隧洞渗流模型，隧洞渗流模型包括模型边界和填充在模型边界内的模拟渗流地质材料，模拟渗流地质材料采用与天然岩体具有等效渗流特征的多空隙组合地质单元渗透模拟材料，模拟渗流地质材料内设有隧洞模拟装置，所述植物种植模型为与隧洞渗流模型尺寸匹配的斜坡模型，斜坡模型设置于隧洞渗流模型上，在对应斜坡模型低端的模型边界顶面上设有集水槽，隧洞渗流模型的底部设有渗水底部收集装置，在斜坡模型上进行植被种植，模拟降雨，集水槽收集斜坡模型的坡面径流，隧洞模拟装置和渗水底部收集装置收集隧洞渗流模型渗水，据此测试植被生长需水量。

所述隧洞模拟装置包括隧洞模拟管、一步模拟管和二步模拟管，隧洞模拟管预设于模拟渗流地质材料中，其位于模型边界内的那段管壁上随机分布有渗水孔，其一端管口露于模型边界以外，为出水端口，一步模拟管的外径与隧洞模拟管的内径相匹配，其与隧洞模拟管的开孔管段对应的管壁上随机布置有少量漏水孔，二步模拟管的管壁无孔，其外径与隧洞模拟管的内径相匹配；首先利用隧洞模拟管和一步模拟管模拟隧洞开挖过程进行测试，然后利用隧洞模拟管和二步模拟管模拟隧洞衬砌过程进行测试。

所述隧洞模拟管露于模型边界以外的管段内壁加工有内螺纹，一步模拟管和二步模拟管的全部管壁上均加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹。

所述斜坡模型由底层的斜坡碎石层和其上的覆土层组成。

在隧洞渗流模型上分别布置具有不同坡度、覆土层厚度及选定植物的植物种植模型，进行对比测试。

所述与天然岩体具有等效渗流特征的多空隙组合地质单元渗透模拟材料包括根据天然岩体的优势裂隙方向或优势溶孔方向依次平铺并逐层堆垒的、经渗透等效处理的基块，所述基块为可单独密铺的、形状规则的各向同性材料块，填充多空隙组合地质单元渗透模拟材料时，根据天然岩体的优势裂隙方向或优势溶孔方向，平铺基块并逐层堆垒，相邻基块之间设置间隙并在所述间隙内填充渗水介质，并在上下两层基块之间设置滤层。

以普通烧结粘土砖作为基块。

所述渗透等效处理方式为：表面刷浆处理形成面浆层以封闭部分的基块孔隙。

所述渗透等效处理方式为：根据天然岩体的优势溶孔方向对基块进行钻通孔处理，通孔内填充砂。

所述渗透等效处理方式为：相邻基块之间设置间隙并在所述间隙内填充砂。