本发明专利技术公开了一种隧道突水对地下水环境影响监测模型试验装置及试验方法，包括一个地下水试验整体模型架，在地下水试验整体模型架内设有一个地下水通道模型，地下水通道模型的入口端跟安装在整体模型架顶部的水箱相接，出口端连接隧道模型，在地下水通道模型的上表面铺设一层细石子；隧道模型架上安置一个地下水水位监测装置；在地下水试验整体模型架内设有一个与地下水通道垂直的CT探测装置；所述的试验整体模型架是防腐木材料，同时在其内侧刷两层绝缘漆，包裹防水布，组成防渗水组合；在隧道口外安置一个水槽，用来储存因突水而流出的地下水，并通过水泵抽回水箱，循环使用。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括一个地下水试验整体模型架，在地下水试验整体模型架内设有一个地下水通道模型，地下水通道模型的入口端跟安装在整体模型架顶部的水箱相接，出口端连接隧道模型，在地下水通道模型的上表面铺设一层细石子；隧道模型架上安置一个地下水水位监测装置；在地下水试验整体模型架内设有一个与地下水通道垂直的CT探测装置；所述的试验整体模型架是防腐木材料，同时在其内侧刷两层绝缘漆，包裹防水布，组成防渗水组合；在隧道口外安置一个水槽，用来储存因突水而流出的地下水，并通过水泵抽回水箱，循环使用。【专利说明】
本专利技术涉及一种地下水环境监测模型试验装置，具体涉及一种通过电阻率CT方法监测隧道突水对地下水环境影响的模型装置，属于模型试验
。
技术介绍
近年来，在交通、水电等领域修建的隧道工程越来越多，面临的地质条件也越发复杂，在隧道开挖施工过程中，容易出现无法预料的工程地质灾害，如突水、突泥、坍塌等。我国是隧道等地下工程突水灾害最严重的国家之一，突水突泥灾害不仅会在各类隧道等地下工程中造成人员伤亡和经济损失，还会带来严重得环境破坏。当地下水流失后，水位下降，在隧道掌子面上方，地表往往会出现塌陷或小的塌坑，同时伴随地表水的流失，出现小河断流、水井干涸等等。如何在隧道等地下工程施工过程中，减少突水带来的环境破坏和经济损失，是隧道施工中必须面对的难题。目前，国内外在应对突水状况的问题上，普遍将研究重点放在如何快速堵水，保证隧道内施工人员的安全及减小设备财产损失方面。而对突水造成的地下水环境恶化方面，没有足够的研究，更加没有行之有效的监测方法，这仍然是国内外隧道等地下工程领域亟待解决的重大问题。事实证明，我们需要在整个施工过程中，对地下水环境进行监测。工程实际监测无疑是最客观且直接的研究方法，但由于事先并不知道含水构造的位置和规模，且容易受到实际探测目标体多解性的干扰，难以获得理想的试验效果。数值模拟方法是一种从实际研究对象抽象出数值模型进行研究的方法，但其并不适用于监测试验研究。模型试验是指在实验室条件下，用不同比例尺的模型对实际工况进行研究的重要科学方法，其优势在于可再现原型的各种现象与过程，可人为控制试验参量，试验条件设定灵活。为了能够更好的了解地下工程突水对地下水环境的影响，需要开展一系列的物理模型试验，而一个好的物理模型实验装置往往能起到事半功倍的效果。物理模型实验装置是完成隧道突水对地下水环境影响监测试验的关键，其设计搭建是试验进行的核心内容，在前人没有进行过类似试验的前提下，开发一个可以实现地下水环境监测的物理模型，对隧道等地下工程的进步具有重要的价值。
技术实现思路
针对上述问题，提出了隧道突水对地下水环境影响的模型试验，利用电阻率跨孔CT探测方法对隧道突水过程和封堵过程中地下水水位的变化进行监测成像，采用电阻率跨孔CT时间推移反演方法处理数据。针对监测试验的技术指标，模拟实际的隧道开挖环境，本专利技术提出了一种模拟隧道开挖发生突水灾害前中后期地下水环境变化的模型试验装置。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 隧道突水对地下水环境影响监测模型试验装置，包括一个地下水试验整体模型架，在所述的地下水试验整体模型架内设有一个地下水通道，所述的地下水通道的入口端连接安装在整体模型架顶部的试验水箱，出口端连接隧道模型，在所述的地下水通道的上平面上铺设有一层细石子；所述的地下水试验整体模型架的侧壁上安装有一个与地下水通道相连通的地下水位监测装置；在所述的地下水试验整体模型架内设有一个垂直穿过地下水通道的CT探测装置；所述的试验整体模型架是防腐木材料，同时在其内侧刷两层绝缘漆，包裹防水布，组成防渗水组合；在隧道口外安置一个水槽，用来蓄存因突水而流出的地下水，并通过水泵抽回水箱，循环使用。 所述的地下水通道包括一条长3.6m,直径40cm，由三层土工布制作而成的单侧开口的圆布筒，在所述圆布筒的筒内装填大块碎石，将整个通道支撑起来，进而在圆布筒内部形成地下水流通的管道，而土工布用来隔绝水和土层，避免大部分土颗粒进入导水通道发生堵塞。 所述开挖隧道模型，主要包括一段PVC管，在其一侧充填灰浆进行封堵，并将封堵的一侧跟导水通道相连接，通过在PVC管上刻凹槽来固定土工布。 所述防渗水组合，主要包括整体地下水环境模型的防腐木架子，在其内壁涂两层绝缘漆，再将防水布贴于四壁，底部是一层灰浆，这套组合基本能够有效阻止模型内水的流失，保证试验效果。 所述CT探测装置，即CT探测装置，用于探测地下水通道的位置，以及地下水水位的高低；包括一根PVC套管，沿套管轴向打多(探测电极数目)个小孔，用来安装铜电极，铜电极的一端带有凹槽，每根铜棒上的凹槽均绑缚铜芯导线，引出并做好编号，另一端连接到探测电缆上。 所述地下水环境监测装置，包括埋在土层中的PVC集水管，显示地下水水位高度的玻璃量管和连接集水管与量管的阀门，PVC集水管较细长，在其管壁打满小细孔，用透水性较好的防尘布包裹后埋在地下水环境模型的底部，利用其连通器原理便可以反映地下水的水位。 在试验开展之前，先将整个地下水环境监测模型搭建好，具体的导水通道和隧道的数目及位置根据试验需要进行排布。试验进行前，先通过地面探测找出导水通道的位置，而后将地下水输送到导水通道中。当地下水的水位到达一定高度，随即在隧道掌子面的不同高度开凿，模拟因突水而造成的地下水流失。最后进行掌子面的封堵，使地下水水位回升，监测整个地下水水位的变化过程，具体过程如下: 一种利用隧道突水对地下水环境影响的监测模型试验方法，其特征在于:包括以下步骤: 第一步，确定所研究地域的水文地质情况，地下水通道走向以及隧道跟地下水通道的相对位置，存在的含水构造； 第二步，确定模型材料、地下水通道及隧道模型的尺寸以及土和石子的用量； 第三步，模型试验前期的准备，包括地下水通道和隧道模型的制作，准备CT探测装置、准备水位测量管以及准备数据采集处理设备； 第四步，进行模型试验。 (4-1)在模型架内壁刷两层绝缘漆，晾干后覆盖一层防水布，同时在模型架底部覆盖一层1cm厚的灰衆。 (4-2)将试验土每20cm—层均匀摊铺在模型架内，并用小型夯机夯实；待试验土充填至地下水通道、隧道模型或水位集水管底部所在位置后，放置这些装置，同时埋设CT探测装置；在地下水通道铺设完毕后，在其上铺一层1cm厚的细石子，方便CT探测地下水水位升降，同时在地下水通道两侧外壁涂一层灰浆，减少通道两侧渗水；最后再将试验土覆盖至模型架顶端。 (4-3)将CT探测装置的引出线与量测仪器主机连接；将水箱放置在地下水通道口，在水箱中注满清水，将水泵的抽水端放置在隧道口的蓄水槽内，输水端则放入水箱内。 (4-4)利用CT探测装置找出地下水通道的确切位置。 (4-5)向地下水通道内不断注水，直到地下水环境监测装置反映地下水水位已经高于隧道模型顶部，并且达到CT探测剖面上部预定位置。 (4-6)在隧道模型的灰浆封堵面，即掌子面自上而下三个不同高度的位置开孔，将地下水通道内的水位控制在不同的开孔高度，而后进行CT探测，获得CT探测剖面的反演成像。 (4-7)将隧道模型掌子面上的三个开孔自下而本文档来自技高网...
【技术保护点】
隧道突水对地下水环境影响监测模型试验装置，其特征是，包括一个地下水试验整体模型架，在所述的地下水试验整体模型架内设有一个地下水通道，所述的地下水通道的入口端连接安装在整体模型架顶部的试验水箱，出口端连接隧道模型；所述的地下水试验整体模型架的侧壁上安装有一个与地下水通道相连通的地下水位监测装置；在所述的地下水试验整体模型架内设有一个用于探测地下水通道的确切位置和地下水真实水位的探测装置；在隧道口外安置一个用来蓄存因突水而流出的地下水的水槽，水槽内的水被抽回试验水箱，循环使用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，王世睿，刘征宇，刘斌，林春金，聂利超，陈磊，田明禛，范克睿，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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