[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

说明书

本发明涉及一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置及方法，属于固液耦合相似模拟实验技术领域，解决了现有模拟松散含水层方法中水流转移路径不受人为控制的技术问题。包括箱体、水袋、监测设备；所述箱体内部自上而下分为表土层、含水层、模拟地层；所述模拟地层和表土层通过相似材料铺设，所述含水层均匀铺设至少一个所述水袋；所述水袋与模拟地层之间均匀铺设有导水钢管；所述水袋通过所述监测设备与所述导水钢管相连。通过该装置可以在仿真实现三维固液耦合相似模拟松散含水层过程中人为控制水流转移路径，使得水流均匀转移至模拟地层，操作简便、工程可靠、经济环保。

技术领域

本发明涉及固液耦合相似模拟实验技术领域，尤其涉及一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置及方法。

背景技术

三维固液耦合相似模拟实验是一种工程模拟实验，基于相似理论选取相似材料模拟各个地层的结构，并铺设于实验箱体中以进行仿真模拟。实验时通过外力加载使模拟含水层发生永久性的破坏，含水层中的水转移进入地层，试验结果对工程领域具有一定的理论指导意义。

其中模拟松散含水层是整个相似模拟实验的关键所在，根据试验要求，模拟含水层可以储水，并在试验过程中，使得水转移进入模拟地层。目前，模拟松散含水层的方法是通过直接注水。但是，此种方法水流转移路径不受人为控制。

还有一种模拟含水层的方法是利用具有一定承载力的储水水袋，在施加压力后，使得水袋破裂，水袋中的水转移进入模拟地层。但是，水袋破裂时间及水流转移路径不受人为控制，同时铺设水袋工艺繁琐，水袋注水难度较大。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置及方法，用以解决现有模拟水层方法中水流转移路径不受人为控制的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供了一种三维固液耦合相似模拟松散含水层模拟装置，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)均匀铺设至少一个所述水袋(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。

本发明有益效果如下：通过使用特质水袋和监测设备，可以在仿真实现三维固液耦合相似模拟松散含水层过程中人为控制水流转移路径，使得水流均匀转移至模拟地层，操作简便、工程可靠、经济环保。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，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。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过监测设备实时观测水袋流出的水流流量，通过阀门控制水流的流速；同时监测设备和阀门设置在实验箱体外部，便于实验操作控制。

进一步，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)。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过漏水孔可以使水流均匀的转移到模拟地层中。

进一步，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。

进一步，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、右面版中至少一个采用玻璃钢材质。

采用上述进一步方案的有益效果是：实验人员可以通过玻璃钢板观察对箱体类实验过程和现象进行观察与记录。