一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备制造技术

本发明专利技术公开了一种模拟岩溶裂隙‑管道水流及溶质运移规律的试验设备，它包括机架，机架上部设表层岩溶带入渗箱，机架侧边设压力监测设备，表层岩溶带入渗箱顶部为敞口结构并放置降雨模拟器，表层岩溶带入渗箱底部一侧连接大裂隙板，另一侧连接三块小裂隙板，小裂隙板底端与大裂隙板侧边连接并呈V型结构，大裂隙板和小裂隙板内部设大裂缝和小裂缝，在大裂隙板、小裂隙板侧边和表层岩溶带入渗箱底部均设若干测压管接头，测压管接头通过软管与压力监测设备连通。本装置结构完整，空间布局合理，与实际的含水结构特征高度相似，可操作性强，影响因素可控，适用于对岩溶裂隙‑管道水运移及溶质运移规律的探究。

A Test Equipment for Simulating Rules of Karst Fracture-Pipeline Flow and Solute Transport

【技术实现步骤摘要】
一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备
本专利技术涉及一种试验设备，尤其涉及一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，属于水文地质学及地下水研究

技术介绍
由于岩溶发育的特殊时空变化使岩溶含水介质存在很强的各项异性和非均质性，岩溶区发育的裂隙、管道使岩溶水存在区别于均质孔隙介质中地下水的特征：层流与紊流共生、有压与无压共存、水流运动方向局部与整体不一致、缺乏统一的区域地下水位、分布不均匀等。岩溶区常存在工程性缺水干旱；在各大矿渣、赤泥和粉煤灰堆场，由于岩溶地质环境的脆弱性，堆场荷载增大常引发一系列的连锁反应，如岩溶含水结构无限破坏和持续渗漏污染等；岩溶孔洞的存在常引发岩溶塌陷；岩溶地下空间工程施工和采矿过程也常遭遇突水、突泥等问题。岩溶含水介质以及其水动力特征的不确定性大大增加了治理岩溶地下水工程环境问题的难度。传统的水文地质手段对岩溶含水层的结构、水流特性和溶质运移规律的研究均存在一定的局限性，岩溶区水文循环过程相当复杂，如何综合考虑大气降雨补给、落水洞集中入渗及表层岩溶带的分散入渗、深层裂隙带和管道网络的径流排泄等因素共同作用下的岩溶地下水运移及环境问题，仍是一个困难但对人类生活、生产和国家经济发展至关重要，且亟叩待解决的问题。物理试验作为研究岩溶含水系统的一种重要方法已经被广泛运用，而目前针对岩溶裂隙-管道含水介质的溶质运移变化规律的物理试验研究只是针对单裂隙、简单的交叉裂隙以及单一裂隙管道交叉进行溶质运移规律研究，存在结构单一，水文因素不全面，可操作性弱的缺点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，它是一种结构完整、空间布局合理、相似度高的岩溶裂隙-管道含水介质试验设备，本装置包含了完整的岩溶地下水水文循环要素，其空间结构布局合理，该装置是一种能够定量控制水运移和溶质运移过程中补、径、排条件的室内岩溶裂隙-管道介质物理模型，可用于探究岩溶裂隙-管道含水介质水流和溶质运移规律。基于该装置获得的试验成果不仅可推动岩溶地下水水动力弥散特征的理论发展，也为野外现场复杂岩溶地下水的研究提供重要参考，对解决岩溶地下水环境保护问题和工程地质问题有着重要的意义，有效的解决了上述存在的问题。本专利技术的技术方案为：一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，它包括机架，所述机架为固定连接的方框结构，在机架的上部设有表层岩溶带入渗箱，在机架的侧边设有压力监测设备，所述表层岩溶带入渗箱为方形箱体结构，表层岩溶带入渗箱的顶部为敞口结构并放置有降雨模拟器，在表层岩溶带入渗箱的底部一侧连接有大裂隙板，另一侧连接三块小裂隙板，小裂隙板的底端与大裂隙板侧边连接并呈V型结构，在大裂隙板和小裂隙板的内部分别设有大裂缝和小裂缝，在大裂隙板、小裂隙板的侧边和表层岩溶带入渗箱的底部均设若干测压管接头，测压管接头通过软管与压力监测设备连通。所述机架的下方还设有管网系统，所述管网系统为三层台阶式结构，在管网系统的底端出口、高端中端进口均设有阀门，管网系统的底端出口通过阀门与排水系统连通，管网系统的进口分别通过阀门及管道与大裂隙板的底端连通，管网系统的进口分别通过阀门及进口管一和进口管二与表层岩溶带入渗箱的底端连通。所述机架的底端固定连接有四个万向脚轮。所述降雨模拟器包括相互连通的方形管道、布雨管和调节阀，在方形管道的中间连接若干根平行的布雨管，在布雨管上设有若干雨水孔，方形管道通过调节阀和流量计与供水管道连通。所述表层岩溶带入渗箱包括箱壁和箱底，箱底固定连接在箱壁的底端面上，在箱底一侧设缝隙一，另一侧设三条缝隙二，缝隙一和缝隙二相互平行，测压管接头连接在箱底上，在箱底的中间和一侧两端分别固定连接有三根竖直的排水管一，在缝隙一的侧边箱底上连接有排水管二，所述排水管一和排水管二分别通过阀门与管网系统连通，在箱底上分别设有填料层一和填料层二，排水管二的顶部位于填料层一的底部，排水管一的顶端与填料层一的顶面平齐，填料层二的外层包裹有纱网。所述大裂隙板和小裂隙板均为两层PVC板粘接，大裂缝和小裂缝分别位于大裂隙板和小裂隙板的中间并与缝隙一和缝隙二连通，在大裂缝和小裂缝的内壁上粘接有石英砂颗粒，大裂缝宽2mm，小裂缝宽1mm。所述压力监测设备包括连杆、立柱和刻度板，所述刻度板竖直布置，在刻度板的两侧固定连接立柱，立柱的底端通过连杆固定连接到机架的侧边上，在刻度板的外侧壁上通过上下对称的两排卡座板连接有若干根测压管，测压管的底端与软管连接，测压管为中空管状透明结构，测压管的顶端有敞口，刻度板上有若干水平的刻度线。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案，可以模拟岩溶裂隙-管道含水介质受多种补、径、排条件影响下水运移及溶质运移过程，本装置结构完整、空间布局合理，可操作性强，影响因素可控，适用于研究复杂的岩溶裂隙-管道水运移及溶质运移规律。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术A-A剖视图；图3为本专利技术B-B剖视图；图4为本专利技术C-C剖视图；图5为本专利技术降雨模拟器结构示意图；图6为本专利技术压力监测设备结构示意图及俯视图；图7为本专利技术管网系统结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照本说明书附图对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1：如附图1～7所示，一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，它包括机架11，所述机架11为固定连接的方框结构，在机架11的上部设有表层岩溶带入渗箱3，在机架11的侧边设有压力监测设备6，所述表层岩溶带入渗箱3为方形箱体结构，表层岩溶带入渗箱3的顶部为敞口结构并放置有降雨模拟器2，在表层岩溶带入渗箱3的底部一侧连接有大裂隙板9，另一侧连接三块小裂隙板7，小裂隙板7的底端与大裂隙板9侧边连接并呈V型结构，在大裂隙板9和小裂隙板7的内部分别设有大裂缝17和小裂缝15，在大裂隙板9、小裂隙板7的侧边和表层岩溶带入渗箱3的底部均设若干测压管接头8，测压管接头8通过软管14与压力监测设备6连通。进一步的，机架11的下方还设有管网系统13，所述管网系统13为三层台阶式结构，在管网系统13的底端出口、高端中端进口均设有阀门4，管网系统13的底端出口通过阀门4与排水系统连通，管网系统13的进口分别通过阀门4及管道10与大裂隙板9的底端连通，管网系统13的进口分别通过阀门4及进口管一5和进口管二1与表层岩溶带入渗箱3的底端连通。所述管网系统13在垂向上分为三个阶梯，第一阶梯的管道主要与落水洞管和表层带入渗汇流后底管连接，第二阶梯主要接入裂隙带的排泄管，第三阶梯所有分枝的管道汇集为一个出口，模拟整个含水系统排泄过程，管道网络图在垂向上似多分叉的树枝状，在平面上像迷宫，与客观世界中的管道网络系统有很高的相似度。进一步的，机架11的底端固定连接有四个万向脚轮12。进一步的，降雨模拟器2包括相互连通的方形管道21、布雨管23和调节阀22，在方形管道21的中间连接若干根平行的布雨管23，在布雨管23上设有若干雨水孔，方形管道21通过调节阀22和流量计与供水管道连通。所述可拆卸降雨模拟器2包含流量可调节的供水管、双向进口充水回路和中间的布雨管23，供水管进口调节阀22控制进入充水回路中流量的大小，双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟岩溶裂隙‑管道水流及溶质运移规律的试验设备，它包括机架（11），所述机架（11）为固定连接的方框结构，其特征在于：在机架（11）的上部设有表层岩溶带入渗箱（3），在机架（11）的侧边设有压力监测设备（6），所述表层岩溶带入渗箱（3）为方形箱体结构，表层岩溶带入渗箱（3）的顶部为敞口结构并放置有降雨模拟器（2），在表层岩溶带入渗箱（3）的底部一侧连接有大裂隙板（9），另一侧连接三块小裂隙板（7），小裂隙板（7）的底端与大裂隙板（9）侧边连接并呈V型结构，在大裂隙板（9）和小裂隙板（7）的内部分别设有大裂缝（17）和小裂缝（15），在大裂隙板（9）、小裂隙板（7）的侧边和表层岩溶带入渗箱（3）的底部均设若干测压管接头（8），测压管接头（8）通过软管（14）与压力监测设备（6）连通。

【技术特征摘要】
1.一种模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，它包括机架（11），所述机架（11）为固定连接的方框结构，其特征在于：在机架（11）的上部设有表层岩溶带入渗箱（3），在机架（11）的侧边设有压力监测设备（6），所述表层岩溶带入渗箱（3）为方形箱体结构，表层岩溶带入渗箱（3）的顶部为敞口结构并放置有降雨模拟器（2），在表层岩溶带入渗箱（3）的底部一侧连接有大裂隙板（9），另一侧连接三块小裂隙板（7），小裂隙板（7）的底端与大裂隙板（9）侧边连接并呈V型结构，在大裂隙板（9）和小裂隙板（7）的内部分别设有大裂缝（17）和小裂缝（15），在大裂隙板（9）、小裂隙板（7）的侧边和表层岩溶带入渗箱（3）的底部均设若干测压管接头（8），测压管接头（8）通过软管（14）与压力监测设备（6）连通。2.根据权利要求1所述的模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，其特征在于：所述机架（11）的下方还设有管网系统（13），所述管网系统（13）为三层台阶式结构，在管网系统（13）的底端出口、高端中端进口均设有阀门（4），管网系统（13）的底端出口通过阀门（4）与排水系统连通，管网系统（13）的进口分别通过阀门（4）及管道（10）与大裂隙板（9）的底端连通，管网系统（13）的进口分别通过阀门（4）及进口管一（5）和进口管二（1）与表层岩溶带入渗箱（3）的底端连通。3.根据权利要求1所述的模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，其特征在于：所述机架（11）的底端固定连接有四个万向脚轮（12）。4.根据权利要求1所述的模拟岩溶裂隙-管道水流及溶质运移规律的试验设备，其特征在于：所述降雨模拟器（2）包括相互连通的方形管道（21）、布雨管（23）和调节阀（22），在方形管道（21）的中间连接若干根平行的布雨管（23），在布雨管（23）上设有若干雨水孔，方形管道（21）通过调节阀（22）和流量计与供水管...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚学伟，张雪梅，李云昊，丁坚平，褚双燕，吕子明，令狐燕艳，张彦召，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州,52