[发明专利]一种基于透明砂土的基坑降水地下水渗流可视化模拟试验方法

摘要

本发明是一种基于透明砂土的基坑降水地下水渗流可视化模拟试验方法，本方法涉及内容包括透明砂土模型试验参数相似关系、透明砂土材料配制、孔隙流体配制、示踪剂配制、模型装置设计和试验流程。本方法适用于地质工程、岩土工程技术领域，能够广泛应用于各类基坑地下水渗流问题进行可视化模拟。

主权项

1.一种基于透明砂土的基坑降水地下水渗流可视化模拟试验方法，其特征在于，本方法涉及内容包括透明砂土模型试验参数相似关系的确定、透明砂土材料配制、孔隙流体配制、示踪剂配制、模型装置设计，然后进行试验流程；所述的透明砂土模型试验参数相似关系包括以下两个部分：(1)依据达西定律已知αp＝αl＝100,αg＝1,αρ＝*1,αμ＝*2,αk＝*3,αd＝*4式中：α下标表示某一物理参数量值在原型条件下与模型条件下的比值，其中下标可表示为以下物理量：几何尺寸l，单位是m；压力p，单位是Pa；平均速度ν，单位是m/s；流体密度ρ，单位是kg/m3；动力粘滞系数μ，单位是Pa·s，重力加速度g，单位是m/s2；渗透系数K，单位是m/d；孔隙介质的渗透率k，单位是m·d，它只与固体骨架的性质有关；雷诺数Re；固体骨架颗粒平均粒径d，单位是m；*1；*2；*3；*4均表示常数，需利用试验或其他方法确定；(2)依据福希海默公式已知αp＝αl＝100,αg＝1,αρ＝*1,αμ＝*2,αk＝*3,αβ＝*5,αd＝*4式中：β为非达西流惯性系数，只与固体骨架的孔隙率和渗透率有关，*5表示常数，需利用试验或其他方法确定；其它下标表示的物理量与第(1)部分相同；根据模型试验相似理论，确定试验参数相似关系后，根据相似关系选择并配制透明砂土和孔隙流体，并选择适当的示踪材料，设计模型装置并确定试验流程；所述的透明砂土材料由不同粒径高纯度熔融石英砂配制而成，熔融石英砂颗粒分布应与实际模拟砂层颗粒分布一致或等比缩放；所述的试验流程应当包括以下几个步骤：(1)向模型主体结构中根据试验设计分层填埋透明砂土材料；(2)在填筑过程中特定位置按照试验设计安装降水井管、止水帷幕、示踪剂释放装置、分层孔压测量装置；(3)通过定水头边界向透明砂土材料内加注孔隙流体；(4)将模型主体结构密闭，利用真空泵将孔隙流体中气泡抽出，提高试验砂土透明度；(5)开启降水井管，按照定流量或定水头方式抽取孔隙流体，同时定水头边界处始终保持水位稳定；(6)通过示踪剂释放装置释放示踪剂，利用高速摄像机拍摄示踪剂流动状态；(7)利用分层孔压测量装置测量试验过程中分层孔隙水压力分布及变化。