一种大型三维地质模型试验的供水装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大型三维地质模型试验的供水装置及使用方法，大型三维地质模型试验的供水装置主要由支撑架、供水水箱、泵送水箱、供水管路、水位读取器和潜水泵组成。本发明专利技术可以为大型地质模型试验系统提供水源，能够真实反映实际地下水渗流情况，设置水压精度高，保证试验结果的真实性，极大提高了工作效率及试验结果准确性。

Water supply device and method for large-scale 3D geological model test

The invention relates to a water supply device and the use method of a large three-dimensional geological model test. The water supply device for the large three-dimensional geological model test consists of a support frame, a water supply tank, a pump tank, a water supply line, a water level reader and a submersible pump. The invention can provide the water source for the large-scale geological model test system, can truly reflect the actual groundwater seepage situation, set high water pressure precision, ensure the authenticity of the test results, greatly improve the work efficiency and the accuracy of the test results.

【技术实现步骤摘要】
一种大型三维地质模型试验的供水装置及使用方法
本专利技术涉及一种应用在地质模型试验中的供水装置及使用方法，尤其适用于隧道三维地质灾害模型试验的地下水供水。
技术介绍
目前，对于深部岩体在开挖过程中的行为演化过程已经成为热点和重点之一。尤其当隧道及地下工程穿越溶洞、断层等不良地质体时，由于不良地质体复杂的构造成因及赋存条件，理论研究及数值模拟有其自身的局限性，而现场试验对于数据的采集存在极大困难且严重威胁试验人员的人身安全。地质模型试验作为一种重要的研究手段，能够全面、真实地反映不良地质体与地下洞室的空间关系，准确模拟隧道、巷道等地下工程的施工过程，在解决地下工程灾害问题方面具有不可替代的重要作用。岩土体遇水发生崩解、弱化，失去自稳能力，导致灾害的发生，因此，在进行地质模型试验时，地下水的模拟对试验结果的准确性具有重要作用。但是目前，对于此类供水装置均存在一定的不足之处，如不能使水源均匀分布，不能实现水压加载等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可实现地下水均匀分布、可改变水头高度的供水装置及方法，为隧道、隧洞等地下工程的地质模型试验系统提供水源。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：其主要由支撑架、供水水箱、泵送水箱、供水管路、水位读取器和潜水泵组成，所述供水水箱固定安装于支撑架上，所述供水水箱所处高度高于模型试验架的高度，所述供水水箱具有注水孔和泄水孔，所述注水孔通过泵送管路与潜水泵的出水口相连接，所述潜水泵设置于泵送水箱内且其进水口与泵送水箱相连通，所述泄水孔设置在供水水箱底部并通过用于控制水量及压力的控制阀门与供水管路的一端连接，所述供水管路的另一端连接若干根小管径管路，所述小管径管路之间平行设置，所述小管径管路插入模型试验架内部的充填材料之中，每根小管径管路底部设置有渗流孔，小管径管路外部缠绕有土工布。在上述技术方案基础上，所述供水水箱上还设置有溢流孔，所述溢流孔处安装有阀门，当供水水箱内水位超过溢流孔高度后，供水水箱内水通过溢流孔、溢流管流入下部的泵送水箱。在上述技术方案基础上，所述水位读取器主要由液位传感器及光柱水位显示器组成，所述液位传感器置于供水水箱内对水位变化情况进行观测并将水位信息实时反映到光柱显示器上，由此为依据控制水头高度。在上述技术方案基础上，每条小管径管路的底部设置有两排渗流孔，两排渗流孔交错排布。一种大型地质模型试验的供水装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在室外设置高于模型试验架的钢制支撑架用于放置供水水箱；2)在有水源处设置能够储备一定储水量的泵送水箱，储满水后将潜水泵置于泵送水箱底部，将水泵送至供水水箱中；3)供水水箱置于钢制支撑架上，在供水水箱一定高度处设置溢流管及阀门，水通过注水孔进入供水水箱，试验时打开阀门使供水水箱内水位始终保持在一定高度处，当水箱内水位高于预设高度时水通过溢流管进行排放；4)供水管路一端连接供水水箱泄水孔，另一端分成若干小直径管路进入模型试验架内部，每根小直径管路底部设置有两排交错布设的渗流孔，小直径管路外侧缠绕土工布，小直径管路上部铺设膨润土；5)进行模型试验时，打开供水水箱泄水孔处的控制阀门，将液位传感器置于供水水箱底部，通过观察光柱水位显示器的读数，实时调整水位。在上述技术方案基础上，根据试验设计要求的流量确定供水水箱及支撑架高度，确定公式如(1)：H＝S0lQ2(1)其中，亦可查表获得；S0-管路比阻，l-管路长度，Q-流量，d-管路直径，λ-管路沿程阻力系数。在上述技术方案基础上，供水水箱容量以公式(2)进行确定Q'＝Vnα(1+β)(2)其中，Q'-所需要储水量，V-地层渗流体积，n-地层孔隙率，α-地下水填充率，β-地下水渗流损失率；确定试验充填材料的孔隙率n、需要地下水渗流地层的体积V、地下水填充率α以及地下水渗流损失率β后，将各参数代入公式(2)中得到满足试验要求所需要的储水量。在上述技术方案基础上，所述供水管路直径的确定：公式(1)中的管路比阻S0由查表法确定后，可由式获取管路直径d，管路直径确定后，供水管路从供水水箱泄水孔位置至模型试验架顶部，用单根PVC管，管路长度根据供水水箱至模型试验架距离确定；进入模型试验架内部后，供水管路可分为多根横向或竖向的PVC管路，横向设置时每根管路底部以交错状设置两排渗流孔，每根管路外侧缠绕土工布，管路上部铺设一定厚度的膨润土；竖向设置时每根管路四周均以交错状设置多排渗流孔，管路外缠绕土工布。与己有技术相比，本专利技术具有以下优点：应用在大型三维地质模型试验系统中，尤其研究地下水对不良地质体的影响尤为适用，在试验过程中本装置可实现地下水均匀分布、可改变水头高度，具有较好的密封性，能够承受高达2Mpa的水压，且能够持续稳定的供水。附图说明图1本专利技术的整体示意图；图2本专利技术所述模型试验架顶部管路分布平面图；图3本专利技术所述供水水箱的剖面结构示意图；图4本专利技术所述模型试验架内部的小管径管路的局部仰视结构示意图；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。但本专利技术不限于下述具体实施例，凡基于本专利技术所做的任何改动或变型均属于本专利技术要求保护的范围。如图1至图4所示，一种大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：其主要由支撑架1、供水水箱2、泵送水箱3、供水管路4、水位读取器和潜水泵6组成，所述供水水箱2固定安装于支撑架1上，所述供水水箱2所处高度高于模型试验架8的高度，所述供水水箱2具有注水孔20和泄水孔21，所述注水孔20通过泵送管路7与潜水泵6的出水口相连接，所述潜水泵6设置于泵送水箱3内且其进水口与泵送水箱3相连通，所述泄水孔21设置在供水水箱2底部并通过用于控制水量及压力的控制阀门50与供水管路4的一端连接，所述供水管路4的另一端连接若干根小管径管路40，所述小管径管路40之间平行设置，所述小管径管路40插入模型试验架内部的充填材料之中，每根小管径管路40底部设置有渗流孔41，小管径管路外部缠绕有土工布，使水流在压力作用下仅向下部模型试验充填材料渗流，土工布使得水可以渗出，同时既保护了小管径管路40又避免了土通过渗流孔41进入小管径管路40中堵塞小管径管路40。优选的，所述供水水箱2上还设置有溢流孔22，所述溢流孔22处安装有阀门，当供水水箱2内水位超过溢流孔高度后，供水水箱2内水通过溢流孔、溢流管流入下部的泵送水箱3。优选的，所述水位读取器主要由液位传感器30及光柱水位显示器31组成，所述液位传感器30置于供水水箱2内对水位变化情况进行观测并将水位信息实时反映到光柱显示器上，由此为依据控制水头高度。进一步，每条小管径管路40的底部设置有两排渗流孔41，两排渗流孔41交错排布。优选的，在模型试验架8顶部加载密封板100。一种大型三维地质模型试验的供水装置的使用方法，包括以下步骤：1)在室外设置高为6.5m的钢制支撑架用来放置供水水箱；2)在有水源处设置能够储备4m3储水量的泵送水箱，储满水后将具有0.75Mpa压力的潜水泵置于泵送水箱底部，将水泵送至供水水箱中；3)供水水箱置于钢制支撑架上，供水水箱容量为12m3，尺寸为长*宽*高＝3m*2m*2m，在供水水箱1.5m高度处设置溢流管及阀门，水通过注水孔进入供水水箱，试验时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：其主要由支撑架(1)、供水水箱(2)、泵送水箱(3)、供水管路(4)、水位读取器和潜水泵(6)组成，所述供水水箱(2)固定安装于支撑架(1)上，所述供水水箱(2)所处高度高于模型试验架(8)的高度，所述供水水箱(2)具有注水孔(20)和泄水孔(21)，所述注水孔(20)通过泵送管路(7)与潜水泵(6)的出水口相连接，所述潜水泵(6)设置于泵送水箱(3)内且其进水口与泵送水箱(3)相连通，所述泄水孔(21)设置在供水水箱(2)底部并通过用于控制水量及压力的控制阀门(50)与供水管路(4)的一端连接，所述供水管路(4)的另一端连接若干根小管径管路(40)，所述小管径管路(40)之间平行设置，所述小管径管路(40)插入模型试验架内部的充填材料之中，每根小管径管路(40)底部设置有渗流孔(41)，小管径管路外部缠绕有土工布。

【技术特征摘要】
1.一种大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：其主要由支撑架(1)、供水水箱(2)、泵送水箱(3)、供水管路(4)、水位读取器和潜水泵(6)组成，所述供水水箱(2)固定安装于支撑架(1)上，所述供水水箱(2)所处高度高于模型试验架(8)的高度，所述供水水箱(2)具有注水孔(20)和泄水孔(21)，所述注水孔(20)通过泵送管路(7)与潜水泵(6)的出水口相连接，所述潜水泵(6)设置于泵送水箱(3)内且其进水口与泵送水箱(3)相连通，所述泄水孔(21)设置在供水水箱(2)底部并通过用于控制水量及压力的控制阀门(50)与供水管路(4)的一端连接，所述供水管路(4)的另一端连接若干根小管径管路(40)，所述小管径管路(40)之间平行设置，所述小管径管路(40)插入模型试验架内部的充填材料之中，每根小管径管路(40)底部设置有渗流孔(41)，小管径管路外部缠绕有土工布。2.根据权利要求1所述的大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：所述供水水箱(2)上还设置有溢流孔(22)，所述溢流孔(22)处安装有阀门，当供水水箱(2)内水位超过溢流孔高度后，供水水箱(2)内水通过溢流孔、溢流管流入下部的泵送水箱(3)。3.根据权利要求1或2所述的大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：所述水位读取器主要由液位传感器(30)及光柱水位显示器(31)组成，所述液位传感器(30)置于供水水箱(2)内对水位变化情况进行观测并将水位信息实时反映到光柱显示器上，由此为依据控制水头高度。4.根据权利要求1至3任意一项所述的大型三维地质模型试验的供水装置，其特征在于：每条小管径管路(40)的底部设置有两排渗流孔(41)，两排渗流孔(41)交错排布。5.一种大型地质模型试验的供水装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在室外设置高于模型试验架的钢制支撑架用于放置供水水箱；2)在有水源处设置能够储备一定储水量的泵送水箱，储满水后将潜水泵置于泵送水箱底部，将水泵送至供水水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德明，葛颜慧，王保群，李志鹏，孙华东，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37