[发明专利]一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置及方法

权利要求书

1.一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置，其特征在于，包括箱体(1)、水袋(2)、监测设备(3)；所述箱体内部自上而下分为表土层(101)、含水层(102)、模拟地层(103)；所述模拟地层(103)和表土层(101)铺设有相似材料，所述含水层(102)均匀铺设大于一个所述水袋(2)；所述水袋(2)与模拟地层(103)之间均匀铺设有导水钢管(4)；所述水袋(2)通过所述监测设备(3)与所述导水钢管(4)相连；所述监测设备(3)用于监测水流速度；

所述装置还包括阀门(5)和管道(6)；所述监测设备(3)设置在箱体外部；所述水袋(2)、监测设备(3)、阀门(5)、导水钢管(4)通过管道(6)依次相连；

所述水袋(2)、监测设备(3)的数量相同，导水钢管(4)的数量不少于水袋(2)的数量；

所述监测设备(3)内置有流量传感器，实时获取液体流速，并将流速数据传输给外部数据接收器；

导水钢管(4)分别铺设在不同的水袋(2)下方，每个水袋(2)通过不同监测设备(3)与铺设在其下方的导水钢(4)管相连；

通过监测设备(3)和阀门(5 )观察和控制不同水袋(2)的水流速度；

水袋(2)中加入沙砾或砂石，当水袋(2)中水分全部排出后，含水层仍占据一定的体积空间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导水钢管(4)上等间距的开设有多个孔径相同的漏水孔(401)。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述箱体(1)均匀开设有至少一个孔洞，所述管道(6)穿过孔洞分别与水袋(2)出水口和导水钢管(4)的进水端相连。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述箱体(1)包括前面板、后面板、左面板、右面板，所述前面板、后面板、左面板、右面板中至少一个采用玻璃钢材质。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述箱体(1)还包括底面板，各面板组成长方体，且各面板连接处通过密封条进行密封。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水袋(2)为长方体结构。

7.一种利用权利要求2-6任一项所述的装置进行三维固液耦合相似模拟松散含水层的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，按照相似比例安装箱体(1)；选取相似材料铺设模拟地层(103)，且保持铺设的地层平直；

步骤S2，将导水钢管(4)等间距的铺设在模拟地层(103)上方；

步骤S3，将储满水的水袋(2)均匀铺设在导水钢管(4)上方，模拟含水层(102)；

步骤S4，将监测设备(3)通过箱体上的孔洞与水袋(2)出水口、导水钢管(4)进水端分别连接，并保持阀门(5)关闭；

步骤S5，依照相似原理，在水袋(2)上方铺设相似材料，模拟表土层(101)；

步骤S6，对水袋(2)均匀的施加压力，同时利用阀门(5)使得水袋(2)中的水从导水钢管(4)的漏水孔(401)流出，含水层(102)中的水均匀转移进入模拟地层(103)；

步骤S7，观测监测设备(3)，并通过阀门(5)控制水流速度。