[发明专利]一种模拟隧道排水渗流状态的试验装置

说明书

本发明涉及隧道排水工程技术，旨在提供一种模拟隧道排水渗流状态的试验装置。该装置包括隧道模型箱体、降水喷淋系统、排水系统和监测系统；其中，隧道模型箱体为顶部开口的长方体箱体，箱体前后侧壁的下部对称设有开孔，两个开孔之间由上部弧形板和下部底板共同组成模拟隧道形状的贯穿通孔；箱体内部空间用于装填土体；排水管路固定在贯穿通孔上的，排水管路由斜向排水管、竖直集水管和用于连接两者的软管组成。本发明能够直观地模拟不同排水系统影响下隧道围岩模型中地下水渗流场的变化情况，并可通过地下水渗流状态的试验结果，获得排水作用下隧道围岩地下水渗流规律，有效地解决隧道地下水渗流状态认识不清、现场不易监测的问题。

技术领域

本发明属于隧道排水工程技术。具体涉及一种模拟隧道排水渗流状态的试验装置。

背景技术

近年来，我国公路交通事业快速发展，公路隧道的数量和里程不断增加。受复杂地质环境和水文地质条件的影响，隧道的建设与运营过程目前仍面临很多工程病害问题。其中，隧道的渗漏水病害就是一个困扰隧道运营和养护的难题。

在隧道内部设置排水设施是目前治理隧道渗漏水的重要手段之一。研究隧道围岩区的地下水在不同排水措施作用下渗流场的变化规律，揭示隧道工程在不同降雨条件下，隧道排出水流量的变化情况，能为实际隧道工程具体排水设施的布设方式提供重要依据。由于隧道属于隐蔽工程，隧道排水设施一般埋设在围岩中，目前的技术手段很难实现工程技术人员在现场对隧道围岩渗流场的分布情况有较为清楚的了解。此外，雨量计虽能实时监测隧道附近区域的降雨强度变化，但隧道排水措施排出的流量只能通过设置三角堰等方式进行估算，很难实现降雨量与排水量的同步监测，从而获得降雨强度和排水量之间的相关关系。

因此，本发明通过提出模拟隧道排水渗流状态的试验装置来解决上述问题。室内模型试验能够将隧道工程等比例缩小，借助室内测试技术和方法，分析隧道在排水作用下渗流场的变化情况及降雨强度与排水流量之间的相关关系，为实际隧道工程排水方案的选择提供参考依据。

发明内容

本发明主要目的是克服现有技术的不足，提供一种模拟隧道排水渗流状态的试验装置。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种模拟隧道排水渗流状态的试验装置，包括隧道模型箱体，还包括降水喷淋系统、排水系统和监测系统；其中，

所述隧道模型箱体为顶部开口的长方体箱体，箱体前后侧壁的下部对称设有开孔，两个开孔之间由上部弧形板和下部底板共同组成模拟隧道形状的贯穿通孔；隧道模型箱体的内部空间用于装填土体(针对不同试验可装填具有不同渗透特性的土体，例如砂土、粉土等)；

所述降水喷淋系统包括进水管和多个均匀分布的喷淋器，喷淋器位于箱体的顶部开口处；

所述排水系统包括至少一个固定在贯穿通孔上的排水管路，排水管路由斜向排水管、竖直集水管和用于连接两者的软管组成；其中，斜向排水管与水平方向呈25°夹角，其顶部开口端固定在弧形板的外壁上，使其能斜向伸入至砂土中；斜向排水管的上半段为引水段，其管壁布设多个用于引水的引水孔，引水段的外侧包裹滤纸；斜向排水管的下半段为储水段，其管壁不开孔且底端封闭；竖直集水管部分插入至底板上的开孔以实现固定，其顶端开口、底端封口且中部设水平方向的水平排水孔；所述软管的一端插入斜向排水管直至底端，另一端插入竖直集水管直至底端，用于实现斜向排水管向竖直集水管排水；斜向排水管底端与竖直集水管底端位于同一水平线上，且斜向排水管的储水段最高点的水平位置要高于竖直集水管的水平排水孔的水平位置，以防止排水过程中出现断流；

所述监测系统包括计算机和两个涡轮流量计；其中，第一涡轮流量计连接在降水喷淋系统的进水管上，用于监测降水流量；第二涡轮流量计通过出水管与竖直集水管的水平排水孔连接，用于检测排水流量；两个涡轮流量计分别通过信号线与计算机相连。