一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，解決目前在模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流規(guī)律與地層變形機制模擬實驗設備的空白以及缺乏對相關數據及機理進行系統(tǒng)研究等問題；方案是，包括模型箱、土工織布、透水鋼板、地連墻、抽水井、回灌井、量測設備和數據采集設備，模型箱被分為水體區(qū)、土層區(qū)和基坑區(qū)，量測設備包括流量計、地層分層位移計、水壓力計、接觸式電測位移計、孔隙水壓力計等，量測設備可實現流量位移壓力的精確測量，數據采集設備與量測設備相連；本發(fā)明實現了對抽水降落漏斗與回灌抬升地下水位三維滲流作用規(guī)律以及地層變形與地下水位變動之間的關系的研究。
【專利說明】—種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及地質工程、巖土工程以及城市水文地質、環(huán)境地質領域，特別是涉及一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置。
【背景技術】
[0002]目前，在隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流規(guī)律及地層變形機制研究領域，尚無相關試驗裝置；在基坑降水工程中，為使基坑開挖得以實施以及基礎施工處于干燥安全狀態(tài)，常采用降水方法將基坑內地下水位降低至開挖面以下；由于地連墻有時不能完全阻隔基坑內外水力聯系。因此隨著基坑內部的地下水位降低，基坑外部地下水位也相應受到不同程度的影響，從而土體的有效自重應力增加，土體固結，進而致使地層產生不均勻沉降、傾斜、開裂等現象，嚴重時甚至危及周邊建筑物安全和正常使用；為了消除基坑降水對周圍環(huán)境的影響，通常在基坑外進行回灌來減緩由于基坑降水所引起的基坑外地下水位的波動，從而減少和穩(wěn)定基坑外地下水位降低以及由此而產生的地層變形及沉降(不均勻沉降)，同時也有利于保護地下水資源環(huán)境。因此，開展隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流規(guī)律與地層變形機制模型試驗研究具有很高的理論與實際應用價值，而現在還沒有相關的試驗裝置，不能較好地對相關數據及機理進行系統(tǒng)研究。因此發(fā)明一種對此能夠進行試驗的裝置是一個急需解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0003]針對上述情況，為克服現有試驗手段的缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，解決目前模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流規(guī)律與地層變形機制模擬實驗設備的空白以及缺少對相關數據及機理進行系統(tǒng)研究等問題。
[0004]其解決的技術方案是，包括模型箱，模型箱為圓柱形鋼結構，模型箱向內依次分布有與模型箱同圓心的呈圓周分布的第一透水鋼板、第二透水鋼板和第三透水鋼板，透水鋼板上有多個通孔，透水鋼板內外兩側面貼合有濾水型土工織布，第二透水鋼板內側的土工織布和第三透水鋼板外側的土工織布之間貼合有防滲墻，所說的第一透水鋼板和第二透水鋼板之間與第三透水鋼板內有相同的土層，土層內部設有含水層，所說的第一透水鋼板和模型箱之間為水體區(qū)，第一透水鋼板和第二透水鋼板之間為土層區(qū)，第三透水鋼板內為基坑區(qū)，土層區(qū)邊緣處有建筑物模型，基坑區(qū)內有多個孔隙水壓力計、抽水井和觀測井，抽水井和含水層相連通，土層區(qū)內有多個孔隙水壓力計、回灌井、觀測井、第一接觸式電測位移計和地層分層沉降標，回灌井和抽水井上裝有流量計，地層分層沉降標外套裝有沉降標保護筒，地層分層沉降標上端連接有第二接觸式電測位移計，第一接觸式電測位移計和第二接觸式電測位移計經導線連接有電測位移數據采集儀，孔隙水壓力計經導線連接有孔隙水壓力數據采集儀，孔隙水壓力數據采集儀和電測位移數據采集儀分別經導線連接有電腦主機，電腦主機連接有顯示屏。
[0005]本發(fā)明抽水、回灌、地連墻、多種量測儀器于一體，可以開展單井抽水單井回灌實驗、單井抽水多井回灌實驗和多井抽水多井回灌實驗，從而研究抽水降落漏斗與回灌抬升地下水位三維滲流作用規(guī)律以及地層變形與地下水位變動之間的關系。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1為本發(fā)明結構示意圖。
[0007]圖2為地層分層沉降標和沉降標保護筒相配合的示意圖。
【具體實施方式】
[0008]以下結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0009]由圖1和圖2給出，本發(fā)明包括模型箱，模型箱I為圓柱形鋼結構，模型箱I向內依次分布有與模型箱I同圓心的呈圓周分布的第一透水鋼板2、第二透水鋼板3和第三透水鋼板4，透水鋼板上有多個通孔，透水鋼板內外兩側面貼合有濾水型土工織布5，第二透水鋼板3內側的土工織布和第三透水鋼板4外側的土工織布之間貼合有防滲墻6，所說的第一透水鋼板2和第二透水鋼板3之間與第三透水鋼板4內有相同的土層，土層內部設有含水層，所說的第一透水鋼板2和模型箱I之間為水體區(qū)7，第一透水鋼板2和第二透水鋼板3之間為土層區(qū)8，第三透水鋼板4內為基坑區(qū)9，土層區(qū)8邊緣處有建筑物模型10，基坑區(qū)9內有多個孔隙水壓力計11、抽水井12和觀測井13，抽水井12和含水層相連通，土層區(qū)內有多個孔隙水壓力計11、回灌井14、觀測井13、第一接觸式電測位移計15和地層分層沉降標16，回灌井14和抽水井12上裝有流量計17，地層分層沉降標16外套裝有沉降標保護筒18，地層分層沉降標16上端連接有第二接觸式電測位移計19，第一接觸式電測位移計15和第二接觸式電測位移計19經導線連接有電測位移數據采集儀20，孔隙水壓力計11經導線連接有孔隙水壓力數據采集儀21，孔隙水壓力數據采集儀21和電測位移數據采集儀20分別經導線連接有電腦主機22，電腦主機22連接有顯示屏23。
[0010]所說的水體區(qū)7經輸水管24連接有水箱25，輸水管24上裝有流量計17、水壓力表26和閥門27，水箱25為基坑區(qū)9周邊水力邊界條件內水體不間斷提供水，供水量由流量計17計算。
[0011]所說的土層有五層，自上向下依次是第一土層、第二土層、第三土層、第四土層和第五土層。
[0012]所說的回灌井14以基坑區(qū)9為中心呈放射狀梅花型布置，所說的回灌井14到基坑區(qū)9中心的距離小于建筑物模型10到基坑區(qū)9中心的距離，布置間距以單個回灌井14有效影響半徑為最小間距。
[0013]所說的抽水井12分別有疏干井和降壓井。
[0014]所說的防滲墻6由輕質塑料板構成，用來模擬地連墻。
[0015]所說的孔隙水壓力計11分別布置于不同的土層，用來測量土層水壓力的變化。
[0016]所說的接觸式電測位移計用來量測因地下水位變化引起的地層位移變化。
[0017]本發(fā)明的回灌是在基坑區(qū)9與被保護建筑物模型10之間設置回灌井14，在抽水的同時通過回灌井14向地下回灌，而使基坑區(qū)9外圍被保護地域地下水位變動幅值保持不變或控制在允許范圍之內，解決目前在隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流規(guī)律及地層變形機制研究領域的相關試驗裝置空白的問題，該裝置不僅可用來研究單井回灌量、回灌井空間布置位置和數量對基坑三維滲流作用規(guī)律，而且可以研究基坑三維滲流規(guī)律與地層沉降變形之間的作用關系，同時也可以通過改變地連墻深度對抽水井單位時間內的抽水量、基坑三維滲流規(guī)律以及地層沉降變形機制進行深入研究。
[0018]本發(fā)明抽水、回灌、地連墻、多種量測儀器于一體，可以開展單井抽水單井回灌實驗、單井抽水多井回灌實驗和多井抽水多井回灌實驗，從而研究抽水降落漏斗與回灌抬升地下水位三維滲流作用規(guī)律以及地層變形與地下水位變動之間的關系。
【權利要求】
1.一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，包括模型箱，其特征在于，模型箱(1)為圓柱形鋼結構，模型箱(1)向內依次分布有與模型箱(1)同圓心的呈圓周分布的第一透水鋼板(2)、第二透水鋼板(3)和第三透水鋼板(4)，透水鋼板上有多個通孔，透水鋼板內外兩側面貼合有濾水型土工織布(5)，第二透水鋼板(3)內側的土工織布和第三透水鋼板(4)外側的土工織布之間貼合有防滲墻(6)，所說的第一透水鋼板(2)和第二透水鋼板(3)之間與第三透水鋼板(4)內有相同的土層，土層內部設有含水層，所說的第一透水鋼板(2)和模型箱(1)之間為水體區(qū)(7)，第一透水鋼板(2)和第二透水鋼板(3)之間為土層區(qū)(8)，第三透水鋼板(4)內為基坑區(qū)(9)，土層區(qū)(8)邊緣處有建筑物模型(10)，基坑區(qū)(9)內有多個孔隙水壓力計(11)、抽水井(12)和觀測井(13)，抽水井(12)和含水層相連通，土層區(qū)內有多個孔隙水壓力計(11)、回灌井(14)、觀測井(13)、第一接觸式電測位移計(15)和地層分層沉降標(16)，回灌井(14)和抽水井(12)上裝有流量計(17)，地層分層沉降標(16)外套裝有沉降標保護筒(18)，地層分層沉降標(16)上端連接有第二接觸式電測位移計(19)，第一接觸式電測位移計(15)和第二接觸式電測位移計(19)經導線連接有電測位移數據采集儀(20)，孔隙水壓力計(11)經導線連接有孔隙水壓力數據采集儀(21)，孔隙水壓力數據采集儀(21)和電測位移數據采集儀(20)分別經導線連接有電腦主機(22)，電腦主機(22)連接有顯示屏(23)。
2.根據權利要求1所述的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的水體區(qū)(7)經輸水管(24)連接有水箱(25)，輸水管(24)上裝有流量計(17)、水壓力表(26)和閥門(27)。
3.根據權利要求1所述的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的回灌井(14)以基坑區(qū)(9)為中心呈放射狀梅花型布置，布置間距以單個回灌井(14)有效影響半徑為最小間距，所說的回灌井(14)到基坑區(qū)(9)中心的距離小于建筑物模型(10)到基坑區(qū)(9)中心的距離。
4.根據權利要求1所述 的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的抽水井(12)分別有疏干井和降壓井。
5.根據權利要求1所述的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的防滲墻(6)由輕質塑料板構成。
6.根據權利要求1所述的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的土層有五層，自上向下依次是第一土層、第二土層、第三土層、第四土層和第五土層。
7.根據權利要求6所述的一種模擬隔-降-灌聯合作用下基坑三維滲流及地層變形機制的試驗裝置，所說的孔隙水壓力計(11)分別布置于不同的土層。
【文檔編號】G01N33/24GK103487563SQ201310292321
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2013年7月12日
【發(fā)明者】張興勝, 王建秀, 黃志全, 孫文懷, 董金玉, 王江鋒, 于懷昌, 黃天榮, 崔江利, 郝小紅, 劉時鵬, 周進, 趙靜 申請人:華北水利水電大學