[发明专利]一种地下水模拟系统及方法

说明书

本发明实施例提供一种地下水模拟系统及方法，其中所述系统包括供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速。

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，尤其是指一种地下水模拟系统及方法。

背景技术

对于大型岩土工程，在工程论证阶段必须进行充分的实验论证才能够确保工程开始后能够顺利进行。对于岩土工程来说，岩石的应力以及地下水的作用都会对工程带来很大的影响，因此必须进行精确地试验。现有的地下水模拟系统一般都可以针对土壤层和地下水继续模拟，但是在实际使用中发现模拟结果并不精确。

发明内容

针对现有技术中的地下水模拟系统结构不合理导致最终试验结果不够准确的问题，本发明实施例要解决的技术问题是提出一种结构合理且试验结果更为精确地地下水模拟系统及方法。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种地下水模拟系统，包括：供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速。

其中，该供水循环装置包括水槽和循环水泵，该循环水泵连接水槽和模型装置以将模拟地下水输送到模型装置内；该循环水泵通过溢流阀连接模型装置。

其中，该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置内的土壤层后的出水；在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置的内腔导通。

其中，冷却装置为模型装置从上至下贯穿安装有冷却用的不锈钢管，该不锈钢管内设循环流动的冷却盐水以将周围土壤冷却、冻结，该不锈钢冷却管通过带保温层的软管与制冷装置相连接。

其中，测量系统包括温度传感器组、水流流速传感器组和光栅传感分析仪，以检测模型内的温度分布和水流流速变化；其中，温度传感器组、水流流速传感器组为光栅类型；其中温度传感器组的温度传感器为光纤光栅温度传感器，其具有不锈钢金属管封装，利用光栅自有的温度敏感特性来监测温度。

其中，制冷装置包括：冷却管、储水槽、水泵、压缩机组、制冷控制器和连接管路；制冷装置工作时水泵将储水槽内的制冷介质通过热交换器制冷后注入到模型内的冷却管，冷却管内的盐水对模型进行冷却并回流到储水槽；压缩机制冷剂与盐水通过热交换器进行热量传递。

其中，不锈钢制冷管采用双层结构，进水从中心底部流出，通过夹层向上流动，热量通过外层的钢管壁进行交换；

同时，本发明实施例还提出了一种利用如前任一项所述的地下水模拟系统进行模拟的方法，包括：

将供水循环装置、冷却装置、测量装置连接模型装置；

在施工现场开挖实验用基坑，将模型装置放置在基坑中并进行填土；利用测量装置进行测量。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种地下水模拟系统，能够对地下水进行模拟，且其模拟效果好、数据准确。