[发明专利]用于隧道稳态渗流场模型试验的浸润线准确测量方法

说明书

本发明公开了用于隧道稳态渗流场模型试验的浸润线准确测量方法，包括当围岩装填至隧道上方一定距离处，等间距布置被薄膜材料包裹的带孔钢管，然后继续装填围岩并压实至设计位置；将孔隙水压力计传感器从钢管未密封的一端放入，且放入钢管的底部，并记录孔隙水压力计传感器的编号；在隧道开挖发生渗流后，经过一定时间则会达到稳定的渗流状态，此时，通过孔隙水压力计传感器获取的水压，将此水压除以水的容重即为浸润线到钢管底部的距离；将不同钢管中获取的浸润线位置在图中用曲线描绘出来即可获得沿隧道横截面准确的浸润线分布；本发明可显著提高隧道附近的浸润线位置的测量精度，且适用于所有潜水含水层隧道稳态渗流场的模型试验。

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种用于隧道稳态渗流场模型试 验的浸润线准确测量方法。

背景技术

通常，隧道位于潜水含水层中。因此，在潜水含水层中开挖隧道会降低地 下水位，还可能会破坏隧道附近的生态环境。此外，隧道开挖对生态环境的影 响也被广泛报道，例如，中国沪昆高铁茅坪山隧道在施工中的涌排水就导致了 农田地表失水。

为研究隧道开挖后的渗流场，了解隧道开挖对生态环境的影响，大量学者 开展了隧道渗流场的模型试验。然而，在隧道渗流场的模型试验中，对于浸润 线位置的测量较少报道。在目前报道的文献中，常在模型箱的围岩中设置一排 水平的等间距测压管，如图1所示，通过读取测压管内的水位高度来反映隧道 模型箱内的实际水头高度(即浸润线位置)，然而，此类方法读取得到的浸润线 位置较实际浸润线位置偏低。

隧道开挖后在稳态渗流场中的等势线2如图1所示，由图1可知，离隧道 越远，等势线2越趋于垂直，因此，在图2中D点的测压管读取得到的水位高 度为F点的高度，与实际浸润线高度较为一致；但在图1中A点的测压管，读 取得到的水位高度为B点的高度，其实际浸润线高度为C点的高度，可见，在 隧道附近通过测压管读取得到的水位高度较实际浸润线高度偏低，且离隧道越 近，通过测压管读取得到的水位高度与实际浸润线高度的偏差越大。图1中还 示出了测压管位置1、等势线2、降落漏斗/浸润线/降低后的地下水位3、初始地下水位4、A点实际浸润线高度5、A点测压管的水位高度6、隧道7、潜水含 水层8、补给边界9、隔水层/不透水边界10。

而浸润线是影响地表植被生长的重要因素，因此，在隧道渗流场的模型试 验中，确定隧道开挖后准确的浸润线位置对于了解隧道开挖对生态环境的影响 至关重要。

故需要研发出一种用于隧道稳态渗流场模型试验的浸润线准确测量方法来 解决上述问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种用于隧道稳态渗流场模 型试验的浸润线准确测量方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

用于隧道稳态渗流场模型试验的浸润线准确测量方法，包括以下步骤：

S1、用薄膜材料包裹密封钢管的底端和侧壁，其中，薄膜材料为透水，但 由渗透系数比围岩渗透系数小的材料制成；其中钢管为侧壁上设置有多个孔洞 的管状结构；

S2、在隧道渗流场的模型试验中，当围岩装填至隧道上方一定距离处，则 等间距布置多个被薄膜材料包裹的钢管，被薄膜材料包裹的一端管口朝下，然 后继续装填围岩并压实至设计位置；

S3、将多个孔隙水压力计传感器分别对应从多个钢管的上端放入，且放入 钢管的底部，并记录孔隙水压力计传感器的编号；

S4、模拟隧道开挖，在发生渗流后，经过一定时间达到稳定的渗流状态时 候，测量孔隙水压力计传感器获取的水压，将此水压除以水的容重即得到浸润 线到钢管底部的距离；

S5、将不同钢管中获取的浸润线位置在图中用曲线描绘出来即可获得沿隧 道横截面准确的浸润线分布。

具体地，在步骤S1前设置有步骤S0，步骤S0包括：加工具有一定刚度的 带孔钢管。