相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制系统

摘要

本发明涉及一种相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制系统，包括试验台架、加压泵和数据处理装置，试验台架内铺设有相似材料，相似材料内设有隧道和透水膜袋，透水膜袋内部空腔通过进水管与加压泵连接，加压泵与数据处理装置连接。本发明具有以下优点：1.能成功控制相似模型试验中任意地质条件下任意选定位置水力边界条件；2.能保证相似材料成功铺设，透水膜袋可按任意形状铺设于任意位置，模拟特殊条件下地下水渗流或突水；3.膜袋体积小、柔性大，埋入相似材料后，可随相似材料同步变形，对所在位置周边相似材料力学性质影响较小；4.数据处理装置可根据工程背景与模拟需要，通过加压泵控制相似材料内膜袋所在位置水力边界条件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是一种相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制系统。

背景技术

我国地下水资源丰富，在开采利用地下水资源、修建地下隧道工程或开挖巷道时，施工中极易诱导大规模、突发性的突水灾害。我国学者开展了大量的地下水渗流和突水研究工作，但也存在明显的弱点，在做突水相似模型试验的基本模型时，一般使用均一材料，简化的铺设岩土层，且无法控制任意地质条件下任意选定位置水力边界条件。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、可控制任意地质条件下任意选定位置水力边界条件的相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制系统，包括试验台架、加压泵和数据处理装置，试验台架内铺设有相似材料，相似材料内设有隧道和透水膜袋，透水膜袋内部空腔通过进水管与加压泵连接，加压泵与数据处理装置连接。

所述透水膜袋为中空袋式结构，由若干层透水树脂材料组成，每层透水树脂上均密布有细孔，保证水从透水膜袋内渗出；透水树脂材料层数与透水膜袋所在位置岩土体渗透性有关，通过调节透水树脂材料层数和透水树脂表面细孔孔径大小以及透水树脂表面细孔之间的间距，可调节透水膜袋渗透性，进而相似模拟实际工程中岩土体渗透性；当相似材料铺设到需控制水力边界条件的位置时，将透水膜袋按表面呈波浪形式埋入。

本发明中的相似材料和透水树脂材料均为现有产品，在此不再赘述。

本发明按工程背景与模拟需要，通过相似比换算后，制备具有特定渗透性质的透水膜袋；透水膜袋为中空袋式结构，膜袋内部空腔通过进水管与加压泵相连；由多层透水树脂材料组成，每层透水树脂上均密布有细孔，能保证水从膜袋内渗出；透水树脂材料层数与膜袋所在位置岩土体渗透性有关，可通过调节材料层数和表面细孔孔径与间距相似模拟实际工程中岩土体渗透性；当相似材料铺设到需控制水力边界条件的位置时，将透水膜袋按表面呈波浪形式埋入(可增大透水膜袋与相似材料接触面积)，然后继续铺设上覆岩土层；相似材料铺设完毕后，通过专用计算机软件控制系统与加压泵，经由进水管向透水膜袋内注水，控制透水膜袋所在位置水力边界条件，使其处于定流量、变流量或定压力水力边界条件，

本发明解决了相似模型试验中含水层内部水力边界条件控制问题，具有以下优点：

1、能成功控制相似模型试验中任意地质条件下任意选定位置水力边界条件；

2、能保证相似材料成功铺设，透水膜袋可按任意形状铺设于任意位置，从而模拟特殊条件下的地下水渗流或突水；

3、膜袋体积小、柔性大，埋入相似材料后，可随相似材料同步变形，对所在位置周边相似材料力学性质影响较小；

4、数据处理装置可根据工程背景与模拟需要，通过加压泵控制相似材料内膜袋所在位置水力边界条件(定流量、变流量或定压力)。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

其中1.相似材料顶面；2.试验台架；3.隧(巷)道；4.相似材料；5.透水膜袋；6.加压泵；7.数据处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1中，试验台架2内铺设有相似材料4，相似材料顶面1下部的相似材料4内设有隧道3和透水膜袋5，透水膜袋5内部空腔通过进水管与加压泵6连接，加压泵6与数据处理装置7连接。

本发明按工程背景与模拟需要，通过相似比换算后，制备具有特定渗透性质的透水膜袋5；透水膜袋5为中空袋式结构，由若干层透水树脂材料组成，每层透水树脂上均密布有细孔，保证水从透水膜袋内渗出；透水树脂材料层数与透水膜袋所在位置岩土体渗透性有关，通过调节透水树脂材料层数和透水树脂表面细孔孔径大小以及透水树脂表面细孔之间的间距，可调节透水膜袋渗透性，进而相似模拟实际工程中岩土体渗透性；当相似材料4铺设到需控制水力边界条件的位置时，将透水膜袋5按表面呈波浪形式埋入(可增大透水膜袋5与相似材料4接触面积)。

然后继续铺设上覆岩土层；相似材料4铺设完毕后，通过数据处理装置7与加压泵6，经由进水管向透水膜袋5内注水，控制透水膜袋5所在位置水力边界条件，使其处于定流量、变流量或定压力水力边界条件。