一种富水砂层降水控砂模型试验箱及其试验方法技术

本发明专利技术公开了一种富水砂层降水控砂模型试验箱及其试验方法，属于土体渗流研究技术领域，所述模型试验箱包括试验箱本体，试验箱本体为顶部开口的45

【技术实现步骤摘要】
一种富水砂层降水控砂模型试验箱及其试验方法


[0001]本专利技术涉及土体渗流研究
，尤其涉及一种富水砂层降水控砂模型试验箱及其试验方法。

技术介绍

[0002]模型试验是探究土体渗流侵蚀最为直观、有效的方法。进行富水砂层水文地质特征及其控制技术物理模型试验，可以对不同参数下(如有无地下水补给、是否为连续透水层)渗流场及其渗透破坏应力应变进行物理模型试验模拟，以及各种工况(不同工程措施、不同工程参数)下的地下水控制效果分析。物理模型试验既可以对数值模拟研究结果进行验证分析，又可以为富水砂层地下水控制技术提供重要的技术支撑。
[0003]在地下水流作用下，泥沙颗粒发生运移存在一个临界起动流速条件，即流经该通道各处的水流速大于各颗粒对应的临界起动流速时，土中的颗粒不再稳定，首先土中粒径较小的颗粒会在水流作用下率先流失，水流通道贯通扩大，流速上升致使较大粒径的颗粒被带走，破坏进一步加强。因此，需对砂源、水源、渗流通道、水动力进行全面分析，摸清水动力机制，防治涌沙现象。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种富水砂层降水控砂模型试验箱及其试验方法，通过设置不同级配的砂样，模拟不同水力坡度、不同抽水速率、不同孔径滤网情况下的砂岩稳定性和滤网堵塞情况，实时监控实际出水量大小，识别涌沙的主要驱动因子，构建临界起动流速的水动力数学模型，确定砂层的涌沙阈值。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种富水砂层降水控砂模型试验箱，包括试验箱本体，其特征在于：所述试验箱本体为顶部开口的45
°
扇形结构，且所述试验箱本体内靠近扇形结构圆心处固设有第一隔断板，所述试验箱本体内靠近扇形结构圆弧处固设有第二隔断板，所述第一隔断板上开设有多个第一渗水孔，所述第二隔断板上开设有多个第二渗水孔。
[0007]进一步的，所述试验箱本体包括底板，所述底板为45
°
扇形结构，且所述底板的顶部沿边缘处分别固设有第一直侧板、第二直侧板和圆弧板，所述第一直侧板、第二直侧板和圆弧板两两相交固定。
[0008]进一步的，所述第一隔断板与所述底板、第一直侧板和第二直侧板围成的空间为模拟井，所述模拟井的底部连通设有抽水管。
[0009]进一步的，所述第一隔断板、第二隔断板与所述底板、第一直侧板和第二直侧板围成的空间为沙槽。
[0010]进一步的，所述第二隔断板与所述底板、第一直侧板、第二直侧板和圆弧板围成的空间为定水头槽，所述定水头槽内连通设有进水管和溢水管，所述溢水管靠近所述定水头槽的顶部。
[0011]进一步的，所述第一直侧板或者所述第二直侧板上开设有多个测压孔。
[0012]进一步的，一种富水砂层降水控砂模型试验箱的试验方法，其特征在于，包括以下步骤，
[0013]S1：检查模型试验箱的完好性；
[0014]S2：在模型试验箱的测压孔处连接测压管，并将测压管固定在有刻度的板子上，在第一隔断板(2)、第二隔断板(3)和设有测压孔(10)的试验箱本体(1)侧板处放置滤网；
[0015]S3：采用分层装样法在沙槽中装入砂样；
[0016]S4：向定水头槽中加水，使沙槽中的水位与定水头槽中的水位齐平，形成一条直线水位面；
[0017]S5：打开抽水管，通过调节抽水管出水量大小使得水头值稳定在固定值，计算沙槽中总水力梯度为设计水力梯度；
[0018]S6：调节模拟井的水位稳定在设计值，测量抽水管的流量、测压管中的水头值、水样的浊度、出砂率；
[0019]S7：改变水力梯度、抽水速率、滤网孔径，重复进行实验。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术中的模型试验箱采用45
°
扇形结构，可利用45
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模拟井来代替360
°
井，其稳定流状态下的流量是360
°
井流量的1/8，模拟过程中地下水向45
°
井中的运动规律与向360
°
井中的运动规律是一致的，可以真实的模拟土体渗流的情况，定水头槽中连通设置的进水管和溢水管，既可以使定水头槽保持固定水头，还可以实现水资源的重复使用。
[0022]2、本专利技术中的模型试验箱在试验过程中，可以通过设置不同级配的砂样，模拟不同水力坡度、不同抽水速率、不同孔径滤网情况下的砂岩稳定性和滤网堵塞情况，实时监控实际出水量大小，识别涌沙的主要驱动因子，构建临界起动流速的水动力数学模型，确定砂层的涌沙阈值。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中模型试验箱结构示意图。
[0024]图2为本专利技术中试验箱本体结构示意图。
[0025]图3为本专利技术中试验箱本体结构主视图。
[0026]图4为本专利技术中试验箱本体结构俯视图。
[0027]图5为本专利技术仿真实验中不同滤网不同水力坡度下水头分布情况曲线图。
[0028]图6为本专利技术仿真实验中60目～120目滤网下井壁进水流速与水力坡度关系曲线图。
[0029]图7为本专利技术仿真实验中60目与80目滤网试验下出水浊度变化情况曲线图。
[0030]图8为本专利技术仿真实验中10目～40目滤网下井壁进水流速与水力坡度关系曲线图。
[0031]图9为本专利技术仿真实验中10目～40目滤网下出水浊度变化情况曲线图。
[0032]图10为本专利技术仿真实验中不同滤网砂层渗透系数变化曲线图。
[0033]其中：1
‑
试验箱本体，101
‑
底板，102
‑
第一直侧板，103
‑
第二直侧板，104
‑
圆弧板，2
‑
第一隔断板，201
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第一渗水孔，3
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第二隔断板，301
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第二渗水孔，4
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模拟井，5
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抽水管，6
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沙槽，7
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定水头槽，8
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进水管，9
‑
溢水管，10
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测压孔。
具体实施方式
[0034]为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的描述。
[0035]实施例一：
[0036]实施例一提供一种富水砂层降水控砂模型试验箱，参照附图1
‑
4所示，包括试验箱本体1，所述试验箱本体1为顶部开口的45
°
扇形结构，且所述试验箱本体1内靠近扇形结构圆心处固设有第一隔断板2，所述试验箱本体1内靠近扇形结构圆弧处固设有第二隔断板3，所述第一隔断板2上开设有多个第一渗水孔201，所述第二隔断板3上开设有多个第二渗水孔301。
[0037]具体的，所述试验箱本体1包括底板101，所述底板1为45本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富水砂层降水控砂模型试验箱，包括试验箱本体(1)，其特征在于：所述试验箱本体(1)为顶部开口的45
°
扇形结构，且所述试验箱本体(1)内靠近扇形结构圆心处固设有第一隔断板(2)，所述试验箱本体(1)内靠近扇形结构圆弧处固设有第二隔断板(3)，所述第一隔断板(2)上开设有多个第一渗水孔(201)，所述第二隔断板(3)上开设有多个第二渗水孔(301)。2.根据权利要求书1所述的一种富水砂层降水控砂模型试验箱，其特征在于：所述试验箱本体(1)包括底板(101)，所述底板(1)为45
°
扇形结构，且所述底板(1)的顶部沿边缘处分别固设有第一直侧板(102)、第二直侧板(103)和圆弧板(104)，所述第一直侧板(102)、第二直侧板(103)和圆弧板(104)两两相交固定。3.根据权利要求书2所述的一种富水砂层降水控砂模型试验箱，其特征在于：所述第一隔断板(2)与所述底板(101)、第一直侧板(102)和第二直侧板(103)围成的空间为模拟井(4)，所述模拟井(4)的底部连通设有抽水管(5)。4.根据权利要求书3所述的一种富水砂层降水控砂模型试验箱，其特征在于：所述第一隔断板(2)、第二隔断板(3)与所述底板(101)、第一直侧板(102)和第二直侧板(103)围成的空间为沙槽(6)。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高燕燕，钱会，胡向阳，魏磊强，郭亚科，潘登丽，严耿升，高艳涛，田正豪，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：