[发明专利]一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统及方法

权利要求书

1.一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统，用于对试验对象进行渗流场和温度场的耦合作用试验，其特征在于，包括：模型箱、分头水箱、水源水箱、冻结单元和温度水头检测单元；

所述模型箱为双层箱体设计，双层箱体之间填充保温材料；所述模型箱的腔体沿长度方向依次分割为蓄水腔室、渗流冻结室和缓冲腔室，所述蓄水腔室与所述渗流冻结室之间、所述缓冲腔室与所述渗流冻结室之间均通过透水孔连通；所述箱体上设置有与所述蓄水腔室连通的出水管，以及与所述缓冲腔室连通的进水管，所述箱体上与所述渗流冻结室对应的侧壁及箱底设置有至少两个测压管孔；其中，所述出水管的高度高于所述进水管的高度；所述渗流冻结室内装填所述试验对象；

所述分头水箱位于所述模型箱的上方，且所述分头水箱与所述模型箱之间沿所述模型箱的高度方向的距离可调节，所述分头水箱的出水口与所述进水管连通；

所述水源水箱位于所述模型箱的下方，分别与所述出水管、所述分头水箱的进水口连通；其中，所述水源水箱与所述分头水箱的进水口的连通管道上设置有水泵，以将所述水源水箱中的水泵送至所述分头水箱；

所述冻结单元的冻结管伸入所述试验对象内且端部位于所述进水管的下方，沿所述模型箱的长度方向并列设置至少两根所述冻结管，至少两根所述冻结管分别与至少两个所述测压管孔相对；

所述温度水头检测单元包括：温度传感器和水头管，所述温度传感器用于采集所述试验对象的温度，所述温度传感器的探头沿竖直方向伸入所述试验对象，且位于所述冻结管伸入所述试验对象的部分的中部；所述水头管的一端与所述测压管孔连接，另一端端口位置高于所述试验对象。

2.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述进水管位于所述模型箱的中心偏下的位置，所述出水管位于所述模型箱的中心偏上的位置。

3.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述透水孔的直径为[1，20]毫米；

和/或，

沿所述模型箱的长度方向，所述蓄水腔室和所述渗流冻结室的宽度至少为100毫米；

优选的，所述透水孔的直径为20毫米。

4.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述渗流冻结室内与所述蓄水腔室内、所述缓冲腔室通过所述透水孔相接的一面分别设有土工布。

5.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，至少两个所述测压管孔在所述箱体的侧壁及箱底等距分布。

6.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述分头水箱上还设有溢流口，所述分头水箱通过所述溢流口与所述水源水箱连通，其中，所述溢流口的高度高于所述出水口的高度。

7.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述水源水箱内设有恒温加热棒，所述恒温加热棒用于对所述水源水箱中的水进行加热；

和/或，

所述水源水箱的外侧壁贴设有保温层。

8.根据权利要求1所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述冻结管沿垂直方向伸入所述试验对象；

和/或，

所述冻结管裸露于空气中的部分的外表面套设有橡塑管；

和/或，

所述冻结管内循环流动有负温媒介，以降低所述试验对象的温度；

优选的，所述负温媒介为酒精，所述负温媒介的温度为(-30℃，-40℃)。

9.根据权利要求1-8任一所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统，其特征在于，所述分头水箱的进水口与所述水泵通过三通阀门连接，且所述三通阀门的回水口与所述水源水箱连通。

10.一种渗流场和温度场耦合作用的模拟方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统对试验对象进行渗流场和温度场的耦合作用试验，包括：

在渗流冻结室内装填所述试验对象，同时，将冻结管、温度传感器铺设于所述试验对象中，并将所述试验对象回填至设计标高后，依次铺设保温塑料膜、封闭黏土层；

按预设渗流速度调节分头水箱与模型箱之间沿高度方向的距离；

将水源水箱、水泵、分头水箱、模型箱用管道连通并将水头管固定在预设位置；

打开水泵、冻结单元及温度水头检测单元，获取设定渗流速度下所述试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间；

调节所述分头水箱与模型箱之间沿高度方向的距离，获取不同渗流速度下所述试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间。