一种岩溶区地铁抗浮模拟装置及其抗浮水位模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩溶区地铁抗浮模拟装置及其抗浮水位模拟方法，包括定水头补给箱、主体模拟箱、定水头排泄箱，定水头补给箱、定水头排泄箱均通过管道与主体模拟箱相连通；主体模拟箱内设置有岩溶模拟管道、地铁站模拟箱体、地质条件模拟箱；其方法包括以下步骤：S1、令水流从补给出水口流出；S2、开启第二控制阀和第三控制阀，使水流进入岩溶模拟管道内，第一电磁流量计监控流量变化，并通过平模压力变送器监测压力信号；S3、定水头排泄箱中的水流稳定后，监测数据变化；S4、水流自然疏干，监测数据变化；S5、更改岩溶模拟管道、地质条件模拟箱的参数，重复步骤S1～S4，得到对比实验数据；S6、通过收集的数据绘制水流量与地铁抗浮水位关系线。

An anti floating simulation device for subway in karst area and its anti floating water level simulation method

【技术实现步骤摘要】
一种岩溶区地铁抗浮模拟装置及其抗浮水位模拟方法
本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种岩溶区地铁抗浮模拟装置及其抗浮水位模拟方法。
技术介绍
近年来，大气温室效应导致了气候变暖，加之地下水含水层结构和岩性等因素，导致地下水位上升，威胁到了地下建筑物的结构安全。所以，地下结构的浮力问题研究已成为城市岩土工程中一个极为关键的课题，这既涉及到城市的中长期发展中地下水位的变化趋势问题，又涉及到具有不同地下水赋存形态的土层中孔隙水压力传递机理及分布规律、地下结构位于不同土层中的浮力取值、多层地下水作用时的浮力取值以及开发合理的工程抗浮措施等问题。随着城市地下轨道交通建设规模的不断扩大，大部分的地铁车站以浅埋、明挖施工为主。然而城市浅层地下水水位较高，总体呈现出不稳定趋势，地铁安全在城市安全中占有举足轻重的地位，故地铁车站的抗浮设计是关键环节。岩溶区有其特殊的地质环境，地铁施工常伴有溶洞、地下河等自然现象，探索岩溶区地铁车站抗浮关系必须依托相应的模拟装置，因此设计合理的地下抗浮模拟装置，为岩溶区抗浮举措提供数据支持，成为从事地铁抗浮设计研究热点问题。研究发现，当今的地铁抗浮模拟装置存在如下缺点：(1)从功能上看现有模拟装置大多片面针对一般条件的包气带或者含水层，缺乏地下河、溶洞两方面模拟功能的有机组合装置，从而缺少岩溶区地下抗浮模拟功能；(2)现有的模拟装置无法轻易改变模拟的地质条件，对复杂的地质环境模拟精度不高；(3)现有的定水头装置设计出水波动大、不稳定，对后期数据影响较大。这些缺点严重影响了岩溶区地铁施工过程中的地下抗浮设计，面对地下河系统复杂的水文地质条件，岩溶区地下抗浮模拟已经成为科学工作者科学研究的重要方向。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述问题，提供一种可监测模拟体抗浮水位和地下水流量动态变化的岩溶区地铁抗浮模拟装置及其抗浮水位模拟方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种岩溶区地铁抗浮模拟装置，包括定水头补给箱、主体模拟箱、定水头排泄箱，定水头补给箱、定水头排泄箱均通过管道与主体模拟箱相连通；所述定水头补给箱内设置有高度低于定水头补给箱侧壁的隔板，定水头补给箱设置有补给出水口、补给排水口，补给出水口位于隔板一侧，补给排水口位于隔板另一侧，补给出水口通过管道与主体模拟箱相连通；所述主体模拟箱由有机玻璃制成，主体模拟箱上设置有第一进水口、第二进水口、第一排水口、第二排水口，第一进水口与补给出水口通过管道连通，第二排水口通过管道与定水头排泄箱连通，主体模拟箱内设置有岩溶模拟管道、地铁站模拟箱体、地质条件模拟箱，岩溶模拟管道的两端分别与第一进水口、第二排水口相连通，岩溶模拟管道上部设置有若干个第一模拟孔，岩溶模拟管道下部设置有若干个第二模拟孔，第一模拟孔的孔间距大于第二模拟孔的孔间距；地铁站模拟箱体上设置有测试口并通过测试口连接平模压力变送器；所述地质条件模拟箱有若干个，地质条件模拟箱上设置有若干个第三模拟孔，地质条件模拟箱内填充有亚克力珠。进一步的，所述补给出水口与第一进水口之间的管道上设置有第一电磁流量计，第一电磁流量计的两端分别与补给出水口、第一进水口管道连接；所述第二排水口与定水头排泄箱之间的管道上设置有第二电磁流量计，第二电磁流量计的两端分别与第二排水口、定水头排泄箱管道连接。进一步的，所述第一电磁流量计与第一进水口之间的管道上设置有第一控制阀，第二排水口与第二电磁流量计之间的管道上设置有第二控制阀，第二电磁流量计与定水排泄箱之间的管道上设置有第三控制阀。进一步的，所述地铁站模拟箱体的各个侧面中心位置均设置有测试口，测试口与平模压力变送器螺纹连接，平模压力变送器的型号为CGYL-204，平模压力变送器与模拟信号采集系统线路连接。进一步的，所述第一进水口、第二进水口均设置在主体模拟箱的左侧面，第一排水口设置在主体模拟箱的后侧面，第二排水口设置在主体模拟箱的右侧面。进一步的，所述定水头补给箱的内部长度为0.4m，内部宽度为0.4m，内部高度为0.4m，隔板的高度为0.3m；主体模拟箱的内部长度为1.5m，内部宽度为0.5m，内部高度为0.4m；地铁站模拟箱体的内部长度为48cm，内部宽度为13cm，内部高度为18cm。进一步的，所述岩溶模拟管道的外径为3.5cm，第一模拟孔的孔直径为3mm，相邻孔间距为3mm；第二模拟孔的孔直径为3mm，相邻孔间距为6mm。进一步的，所述地质条件模拟箱的内部长度为79cm，内部宽度为14cm，内部高度为19.5cm；第三模拟孔的孔直径为2mm，相邻孔间距为2mm。一种抗浮水位模拟方法，包括以下步骤：S1、关闭第一控制阀，打开水源，水流从靠近补给出水口的一侧进入定水头补给箱内，待水漫过隔板后，打开第一控制阀，水流从补给出水口流出；S2、开启第二控制阀和第三控制阀，使水流进入主体模拟箱中的岩溶模拟管道内，通过第一电磁流量计监控流量变化，并通过平模压力变送器监测压力信号，压力信号数据由模拟信号采集系统收集；S3、定水头排泄箱中的水流稳定后，依据试验模拟需求调节定水头补给箱的放置高度，模拟不同来水量的数据变化情况；S4、定水头补给箱停止供水，使水流自然疏干，模拟流水结束后的数据变化情况；S5、依据不同的岩溶地质条件，更改岩溶模拟管道、地质条件模拟箱的参数，采用不同粒径的亚克力珠填充地质条件模拟箱，重复步骤S1～S4，得到对比实验数据；S6、将模拟信号采集系统及第一电磁流量计、第二电磁流量计收集的数据进行整理，绘制岩溶区上游来水流量与地铁抗浮水位关系线。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：1、本专利技术通过采用有机玻璃制作主体模拟箱的设计使得模拟过程可视化，便于理解和观测不同地质条件下水体运动的状态。与传统模拟设备相比，本专利技术可以全面的、清楚的观察到岩溶区地下来水对地铁站影响的过程。2、本专利技术通过平模压力变送器、电磁流量计等元件对模拟过程进行监控，与传统人工测量、记录方式相比，该监测方式可以更准确的获取了水位、流量等数据，数值记录收集简便，并且可以分析不同岩溶含水介质中地铁站抗浮水位与流量的响应关系。3、本专利技术能够改变和控制定水头补给水箱、地质条件模拟箱的各项参数，可根据模拟实验的实际需求，针对岩溶区复杂的水文地质条件，进行特定条件下对比实验分析研究，具有灵活的模拟适用性，从而使得实验数据更具有说服力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图；图2为主体模拟箱的剖视结构图；图3为定水头补给箱的俯视结构图；图4为图3的A-A剖视图；图5为岩溶模拟管道的俯视结构图；图6为图5的B-B剖视图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶区地铁抗浮模拟装置，包括定水头补给箱、主体模拟箱、定水头排泄箱，定水头补给箱、定水头排泄箱均通过管道与主体模拟箱相连通；其特征在于：所述定水头补给箱内设置有高度低于定水头补给箱侧壁的隔板，定水头补给箱设置有补给出水口、补给排水口，补给出水口位于隔板一侧，补给排水口位于隔板另一侧，补给出水口通过管道与主体模拟箱相连通；所述主体模拟箱由有机玻璃制成，主体模拟箱上设置有第一进水口、第二进水口、第一排水口、第二排水口，第一进水口与补给出水口通过管道连通，第二排水口通过管道与定水头排泄箱连通，主体模拟箱内设置有岩溶模拟管道、地铁站模拟箱体、地质条件模拟箱，岩溶模拟管道的两端分别与第一进水口、第二排水口相连通，岩溶模拟管道上部设置有若干个第一模拟孔，岩溶模拟管道下部设置有若干个第二模拟孔，第一模拟孔的孔间距大于第二模拟孔的孔间距；地铁站模拟箱体上设置有测试口并通过测试口连接平模压力变送器；所述地质条件模拟箱有若干个，地质条件模拟箱上设置有若干个第三模拟孔，地质条件模拟箱内填充有亚克力珠。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩溶区地铁抗浮模拟装置，包括定水头补给箱、主体模拟箱、定水头排泄箱，定水头补给箱、定水头排泄箱均通过管道与主体模拟箱相连通；其特征在于：所述定水头补给箱内设置有高度低于定水头补给箱侧壁的隔板，定水头补给箱设置有补给出水口、补给排水口，补给出水口位于隔板一侧，补给排水口位于隔板另一侧，补给出水口通过管道与主体模拟箱相连通；所述主体模拟箱由有机玻璃制成，主体模拟箱上设置有第一进水口、第二进水口、第一排水口、第二排水口，第一进水口与补给出水口通过管道连通，第二排水口通过管道与定水头排泄箱连通，主体模拟箱内设置有岩溶模拟管道、地铁站模拟箱体、地质条件模拟箱，岩溶模拟管道的两端分别与第一进水口、第二排水口相连通，岩溶模拟管道上部设置有若干个第一模拟孔，岩溶模拟管道下部设置有若干个第二模拟孔，第一模拟孔的孔间距大于第二模拟孔的孔间距；地铁站模拟箱体上设置有测试口并通过测试口连接平模压力变送器；所述地质条件模拟箱有若干个，地质条件模拟箱上设置有若干个第三模拟孔，地质条件模拟箱内填充有亚克力珠。


2.如权利要求1所述的岩溶区地铁抗浮模拟装置，其特征在于：所述补给出水口与第一进水口之间的管道上设置有第一电磁流量计，第一电磁流量计的两端分别与补给出水口、第一进水口管道连接；所述第二排水口与定水头排泄箱之间的管道上设置有第二电磁流量计，第二电磁流量计的两端分别与第二排水口、定水头排泄箱管道连接。


3.如权利要求2所述的岩溶区地铁抗浮模拟装置，其特征在于：所述第一电磁流量计与第一进水口之间的管道上设置有第一控制阀，第二排水口与第二电磁流量计之间的管道上设置有第二控制阀，第二电磁流量计与定水排泄箱之间的管道上设置有第三控制阀。


4.如权利要求3所述的岩溶区地铁抗浮模拟装置，其特征在于：所述地铁站模拟箱体的各个侧面中心位置均设置有测试口，测试口与平模压力变送器螺纹连接，平模压力变送器的型号为CGYL-204，平模压力变送器与模拟信号采集系统线路连接。


5.如权利要求4所述的岩溶区地铁抗浮模拟装置，其特征在于：所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炜轩，张发旺，栾崧，赵良杰，曹建文，
申请(专利权)人：中国地质科学院岩溶地质研究所，
类型：发明
国别省市：广西;45