一种模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流及地层变形机制的试验装置

摘要

本发明提供一种模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流及地层变形机制的试验装置，解决目前在模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流规律与地层变形机制模拟实验设备的空白以及缺乏对相关数据及机理进行系统研究等问题；方案是，包括模型箱、土工织布、透水钢板、地连墙、抽水井、回灌井、量测设备和数据采集设备，模型箱被分为水体区、土层区和基坑区，量测设备包括流量计、地层分层位移计、水压力计、接触式电测位移计、孔隙水压力计等，量测设备可实现流量位移压力的精确测量，数据采集设备与量测设备相连；本发明实现了对抽水降落漏斗与回灌抬升地下水位三维渗流作用规律以及地层变形与地下水位变动之间的关系的研究。

说明书

技术领域

本发明涉及地质工程、岩土工程以及城市水文地质、环境地质领域，特别是涉及一种模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流及地层变形机制的试验装置。

背景技术

目前，在隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流规律及地层变形机制研究领域，尚无相关试验装置；在基坑降水工程中，为使基坑开挖得以实施以及基础施工处于干燥安全状态，常采用降水方法将基坑内地下水位降低至开挖面以下；由于地连墙有时不能完全阻隔基坑内外水力联系。因此随着基坑内部的地下水位降低，基坑外部地下水位也相应受到不同程度的影响，从而土体的有效自重应力增加，土体固结，进而致使地层产生不均匀沉降、倾斜、开裂等现象，严重时甚至危及周边建筑物安全和正常使用；为了消除基坑降水对周围环境的影响，通常在基坑外进行回灌来减缓由于基坑降水所引起的基坑外地下水位的波动，从而减少和稳定基坑外地下水位降低以及由此而产生的地层变形及沉降(不均匀沉降)，同时也有利于保护地下水资源环境。因此，开展隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流规律与地层变形机制模型试验研究具有很高的理论与实际应用价值，而现在还没有相关的试验装置，不能较好地对相关数据及机理进行系统研究。因此发明一种对此能够进行试验的装置是一个急需解决的问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有试验手段的缺陷，本发明之目的就是提供一种模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流及地层变形机制的试验装置，解决目前模拟隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流规律与地层变形机制模拟实验设备的空白以及缺少对相关数据及机理进行系统研究等问题。

其解决的技术方案是，包括模型箱，模型箱为圆柱形钢结构，模型箱向内依次分布有与模型箱同圆心的呈圆周分布的第一透水钢板、第二透水钢板和第三透水钢板，透水钢板上有多个通孔，透水钢板内外两侧面贴合有滤水型土工织布，第二透水钢板内侧的土工织布和第三透水钢板外侧的土工织布之间贴合有防渗墙，所说的第一透水钢板和第二透水钢板之间与第三透水钢板内有相同的土层，土层内部设有含水层，所说的第一透水钢板和模型箱之间为水体区，第一透水钢板和第二透水钢板之间为土层区，第三透水钢板内为基坑区，土层区边缘处有建筑物模型，基坑区内有多个孔隙水压力计、抽水井和观测井，抽水井和含水层相连通，土层区内有多个孔隙水压力计、回灌井、观测井、第一接触式电测位移计和地层分层沉降标，回灌井和抽水井上装有流量计，地层分层沉降标外套装有沉降标保护筒，地层分层沉降标上端连接有第二接触式电测位移计，第一接触式电测位移计和第二接触式电测位移计经导线连接有电测位移数据采集仪，孔隙水压力计经导线连接有孔隙水压力数据采集仪，孔隙水压力数据采集仪和电测位移数据采集仪分别经导线连接有电脑主机，电脑主机连接有显示屏。

本发明抽水、回灌、地连墙、多种量测仪器于一体，可以开展单井抽水单井回灌实验、单井抽水多井回灌实验和多井抽水多井回灌实验，从而研究抽水降落漏斗与回灌抬升地下水位三维渗流作用规律以及地层变形与地下水位变动之间的关系。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为地层分层沉降标和沉降标保护筒相配合的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1和图2给出，本发明包括模型箱，模型箱1为圆柱形钢结构，模型箱1向内依次分布有与模型箱1同圆心的呈圆周分布的第一透水钢板2、第二透水钢板3和第三透水钢板4，透水钢板上有多个通孔，透水钢板内外两侧面贴合有滤水型土工织布5，第二透水钢板3内侧的土工织布和第三透水钢板4外侧的土工织布之间贴合有防渗墙6，所说的第一透水钢板2和第二透水钢板3之间与第三透水钢板4内有相同的土层，土层内部设有含水层，所说的第一透水钢板2和模型箱1之间为水体区7，第一透水钢板2和第二透水钢板3之间为土层区8，第三透水钢板4内为基坑区9，土层区8边缘处有建筑物模型10，基坑区9内有多个孔隙水压力计11、抽水井12和观测井13，抽水井12和含水层相连通，土层区内有多个孔隙水压力计11、回灌井14、观测井13、第一接触式电测位移计15和地层分层沉降标16，回灌井14和抽水井12上装有流量计17，地层分层沉降标16外套装有沉降标保护筒18，地层分层沉降标16上端连接有第二接触式电测位移计19，第一接触式电测位移计15和第二接触式电测位移计19经导线连接有电测位移数据采集仪20，孔隙水压力计11经导线连接有孔隙水压力数据采集仪21，孔隙水压力数据采集仪21和电测位移数据采集仪20分别经导线连接有电脑主机22，电脑主机22连接有显示屏23。

所说的水体区7经输水管24连接有水箱25，输水管24上装有流量计17、水压力表26和阀门27，水箱25为基坑区9周边水力边界条件内水体不间断提供水，供水量由流量计17计算。

所说的土层有五层，自上向下依次是第一土层、第二土层、第三土层、第四土层和第五土层。

所说的回灌井14以基坑区9为中心呈放射状梅花型布置，所说的回灌井14到基坑区9中心的距离小于建筑物模型10到基坑区9中心的距离，布置间距以单个回灌井14有效影响半径为最小间距。

所说的抽水井12分别有疏干井和降压井。

所说的防渗墙6由轻质塑料板构成，用来模拟地连墙。

所说的孔隙水压力计11分别布置于不同的土层，用来测量土层水压力的变化。

所说的接触式电测位移计用来量测因地下水位变化引起的地层位移变化。

本发明的回灌是在基坑区9与被保护建筑物模型10之间设置回灌井14，在抽水的同时通过回灌井14向地下回灌，而使基坑区9外围被保护地域地下水位变动幅值保持不变或控制在允许范围之内，解决目前在隔-降-灌联合作用下基坑三维渗流规律及地层变形机制研究领域的相关试验装置空白的问题，该装置不仅可用来研究单井回灌量、回灌井空间布置位置和数量对基坑三维渗流作用规律，而且可以研究基坑三维渗流规律与地层沉降变形之间的作用关系，同时也可以通过改变地连墙深度对抽水井单位时间内的抽水量、基坑三维渗流规律以及地层沉降变形机制进行深入研究。

本发明抽水、回灌、地连墙、多种量测仪器于一体，可以开展单井抽水单井回灌实验、单井抽水多井回灌实验和多井抽水多井回灌实验，从而研究抽水降落漏斗与回灌抬升地下水位三维渗流作用规律以及地层变形与地下水位变动之间的关系。