本發(fā)明涉及仿真試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市地下工程越來越多，朝著更大更深的方向發(fā)展。為保證基坑工程干作業(yè)條件，基坑降水成為必不可少的環(huán)節(jié)。然而基坑降水會帶來基坑周圍地面的不均勻沉降和水資源的浪費等問題。為了解決上述問題，基坑降水后地下水回灌成為必不可少的環(huán)節(jié)。如今需要一種結(jié)構(gòu)更加合理的地下水回灌試驗?zāi)Ｐ?，獲取回灌地下水的曲面形狀、空隙水壓力、滲透系數(shù)、土層沉降值等參數(shù)。

目前，對于隔水層的設(shè)置和出水邊界的設(shè)置是承壓地下水回灌室內(nèi)模型的難點，已有模型存在以下缺陷：隔水層用塑料膜等通過結(jié)構(gòu)膠等進(jìn)行密封，很難做到?jīng)]有薄弱環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)透水通路很難對模型進(jìn)行修復(fù)，導(dǎo)致試驗失敗。此外，出水邊界多為單面或者雙面出水邊界，與四周均為出水邊界的實際情況不相符；其次出水邊界多為直接加濾網(wǎng)的洞口，很容易造成堵塞，造成出水困難。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)中地下水回灌試驗?zāi)Ｐ蛯τ诟羲畬痈羲缓煤统鏊吔绮环蠈嶋H情況的問題，尚缺乏有效的解決方案。目前仍缺少一種具有良好隔水效果的承壓水隔水層、四周具有良好透水性的出水邊界的承壓地下水回灌試驗系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)，解決了回灌試驗裝置做承壓含水層回灌試驗時，上下隔水層設(shè)置封閉效果不好，較容易出現(xiàn)透水現(xiàn)象的問題，提升了承壓含水層回灌仿真隔水層的封閉性；增加了周圍邊界的透水性，減小了試驗裝置對試驗時邊界條件的影響。試驗系統(tǒng)可以通過埋設(shè)在土層中的空隙水壓力傳感器、沉降傳感器等原件測試回灌時水的滲流壓力、土層沉降等參數(shù)，通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X終端；并且可以仿真模擬地下水回灌過程，顯示并存儲回灌壓力、回灌量、回灌時間等參數(shù)；研究不同土層的回灌難易程度等問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)，包括供水箱，供水箱通過供水管向回灌井供水，所述回灌井設(shè)置于集水箱內(nèi)，所述集水箱內(nèi)設(shè)置試驗土層，所述試驗土層上下兩側(cè)均由承壓含水層密封部進(jìn)行隔水，承壓含水層密封部形成隔水邊界，集水箱四周均為出水邊界，所述集水箱底部設(shè)置排水部件。本發(fā)明的試驗系統(tǒng)中，由承壓含水層密封部形成隔水邊界，避免了做承壓含水層回灌試驗時，容易發(fā)生突涌，隔水效果不好的缺陷，可以起到有效的隔水效果。

所述試驗土層設(shè)置于集水箱中部，試驗土層頂部和底部均設(shè)置有輔助土層。由上下的輔助土層將試驗土層設(shè)于中部，更好的模擬實際工程情況。

所述回灌井在與試驗土層配合處設(shè)置濾水管，所述濾水管為加設(shè)濾網(wǎng)的透水管?；毓嗑谠囼炌翆犹幵O(shè)置成加設(shè)濾網(wǎng)的透水管，試驗研究試驗土層處回灌情況。

所述承壓含水層密封部包括隔水彈性板，所述隔水彈性板端部通過止水壓邊與集水箱連接。止水壓邊穿過三層反濾網(wǎng)，與集水箱側(cè)壁連接，止水壓邊為與三級反濾網(wǎng)結(jié)合的拐角構(gòu)件，可以采用鋼板壓條，通過止水壓邊固定隔水彈性板。

所述隔水彈性板和止水壓邊之間設(shè)置彈性膠墊，膠墊為柔性橡膠條，增加連接部位的密封效果。

所述隔水彈性板、止水壓邊和彈性膠墊之間通過連接件緊固連接。保證三者之間連接的可靠穩(wěn)固性。

所述集水箱包括外部圍護(hù)體，所述外部圍護(hù)體內(nèi)設(shè)置多層反濾網(wǎng)，多層反濾網(wǎng)在外部圍護(hù)體內(nèi)側(cè)壁逐層布設(shè)。集水箱內(nèi)側(cè)設(shè)置多層反濾網(wǎng)，出水阻力較小、不易堵塞、出水容易，與實際情況較接近，可以很好的解決邊界出水困難，影響試驗效果的缺陷。

所述外部圍護(hù)體內(nèi)設(shè)置有水位控制管，水位控制管下部與集水箱的排水口相連接，水位控制管上部設(shè)置出水口，控制管出水口可調(diào)節(jié)高度，通過調(diào)節(jié)管口高度調(diào)節(jié)集水箱水位。

所述多層反濾網(wǎng)之間均由內(nèi)支撐間隔。內(nèi)支撐既可以固定多層反濾網(wǎng)和集水箱，同時內(nèi)支撐將多層反濾網(wǎng)間隔開設(shè)定距離。

所述多層反濾網(wǎng)的出水孔由內(nèi)至外依次加大。

優(yōu)選的，所述反濾網(wǎng)為三層，靠近集水箱外側(cè)的反濾網(wǎng)和中間層反濾網(wǎng)之間填設(shè)17-19mm粒徑的石子，靠近集水箱內(nèi)側(cè)的反濾網(wǎng)和中間層反濾網(wǎng)之間填設(shè)9-11mm粒徑的石子，靠近集水箱內(nèi)側(cè)的反濾網(wǎng)和試驗土層之間填設(shè)7-9mm粒徑的石子。通過三層不同粒徑的石子形成反濾層，防止濾網(wǎng)堵塞，減小邊界對出水的阻礙作用。

所述供水管上設(shè)有水泵，所述水泵與控制器連接，所述供水管上還設(shè)置電磁流量表，電磁流量表與控制器連接。在供水管上設(shè)置水泵和電磁流量表，通過控制器可精確控制向集水箱內(nèi)供水的量和速度。

所述回灌井頂部設(shè)置有壓力表和水氣分離閥，水氣分離閥用于排出回灌井內(nèi)的氣體，在加壓回灌時仍然能保證排氣，同時水位到井口時阻止水的排出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的試驗系統(tǒng)可以較真實的模擬地下水的回灌過程，對于回灌過程中的回灌壓力、回灌水量、土層的回灌難易程度、土層的沉降值等參數(shù)可以很好的呈現(xiàn)與記錄。

(2)本系統(tǒng)為圓形，周邊均為出水邊界，可以跟實際回灌工程的出水邊界較吻合；并且四周均為三級反濾網(wǎng)，出水阻力較小、不易堵塞、出水容易，與實際情況較接近，可以很好的解決邊界出水困難，影響試驗效果的缺陷。

(3)試驗系統(tǒng)的隔水邊界是承壓水土層上下均用隔水彈性板通過周邊的鋼板壓條通過螺栓固定，并且隔水彈性板通過鋼板壓條固定時，上下均墊彈性膠墊，這樣可以做到有較好的隔水和固定效果。從而避免了做承壓含水層回灌試驗時，容易發(fā)生突涌，隔水效果不好的缺陷。

(4)本系統(tǒng)設(shè)置有控制平臺，控制平臺的變頻恒壓控制系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了試驗過程的自動控制、記錄和存儲，提高了試驗系統(tǒng)的智能化。

(5)集水箱的排水口連接水位控制管，可以實現(xiàn)排水的同時，通過調(diào)節(jié)水位控制管出水口的高低調(diào)節(jié)集水箱內(nèi)的水位。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明試驗系統(tǒng)的水平剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明試驗系統(tǒng)的正面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明試驗系統(tǒng)的豎向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的隔水彈性板固定細(xì)部圖。

圖中，1、供水箱，2、控制平臺，3、水泵，4、三層反濾網(wǎng)，5、集水箱，6、回灌井，7、供水管，8、內(nèi)支撐，9、排水渠，10、排水口，11、濾水管，12、隔水彈性板，13、輔助土層，14、試驗土層，15、止水壓邊，16、底座，17、水位控制管，18、壓力表，19、螺栓，20、彈性膠墊，21、電磁流量表，22、水氣分離閥。

具體實施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

術(shù)語解釋部分：本發(fā)明中止水壓邊為與反濾網(wǎng)結(jié)合的拐角構(gòu)件，止水壓邊穿過三層反濾網(wǎng)，與集水箱側(cè)壁連接，止水壓邊可以采用鋼板壓條，通過止水壓邊固定隔水彈性板。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在地下水回灌試驗?zāi)Ｐ蛯τ诟羲畬痈羲缓煤统鏊吔绮环蠈嶋H情況的問題，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1-圖4所示，提供了一種模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)，包括供水加壓部件、自動監(jiān)測記錄部件、回灌管井部件、仿真邊界集水箱、承壓含水層密封部件、底座排水部件。

其中，供水加壓部件包括供水箱1、控制平臺2、水泵3、電磁流量表21。供水箱1與水泵3通過管路相連接，管路上設(shè)置電磁流量表21，電磁流量表21通過數(shù)據(jù)線與控制平臺連接，水泵3通過控制平臺內(nèi)變頻恒壓控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

自動監(jiān)測記錄部件為設(shè)置于水泵3處的控制平臺2，控制平臺2由變頻恒壓控制系統(tǒng)和自動監(jiān)測系統(tǒng)組成。變頻恒壓控制系統(tǒng)與設(shè)置于回灌井6頂部的壓力表18連接，通過傳輸?shù)膲毫χ嫡{(diào)節(jié)水泵3的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到由設(shè)定好的壓力恒壓回灌。自動監(jiān)測系統(tǒng)與壓力表18、變頻恒壓控制系統(tǒng)和電磁流量表21連接，自動采集回灌壓力值，回灌水量、回灌時間等參數(shù)，并做存儲。

回灌管井部件包括連通水泵3與回灌井6的供水管7及回灌井6，其中回灌井6頂部設(shè)置壓力表18，壓力表18通過數(shù)據(jù)線與控制平臺相連接，控制平臺2通過傳輸?shù)臄?shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)回灌量使回灌壓力穩(wěn)定，并且自動收集壓力表數(shù)據(jù)，時時存儲；回灌井6在回灌目標(biāo)土層(即試驗土層14)為濾水管11。

回灌井6為鋼管，頂部設(shè)置有壓力表18和水氣分離閥22，試驗土層14的濾水管11為加設(shè)濾網(wǎng)的透水管。

仿真邊界集水箱5包括三層反濾網(wǎng)4和帶有水位控制管17的外部圍護(hù)體組成，三層反濾網(wǎng)4每層間由內(nèi)支撐8間隔，由內(nèi)到外反濾網(wǎng)的出水孔依次加大，中間濾料粒徑也依次加大；外部圍護(hù)體設(shè)置有排水口10，排水口10與水位控制管17連接，通過調(diào)節(jié)水位控制管的上部出水口位置調(diào)節(jié)邊界水箱內(nèi)的水位。集水箱外圍尺寸：直徑為8m，高3m。

承壓含水層密封部件包括隔水彈性板12和周邊的止水壓邊15，兩層隔水彈性板12中間是試驗土層14，上部及下部為壓實的輔助土層13；其中隔水彈性板12起到隔水效果，周邊通過止水壓邊15固定在上下鋼板圍護(hù)結(jié)構(gòu)中間，大大提高了設(shè)備的止水效果，且不易損壞；止水壓邊15通過周圈螺栓19(即連接件)固定，且與隔水彈性板12中間加設(shè)一圈彈性膠墊20，起到更好的止水效果。

底座排水部件包括試驗設(shè)備的底座16和排水渠9；底座16由混凝土澆筑而成，起到支撐整個設(shè)備的作用；排水渠9可以將設(shè)備內(nèi)排出的回灌水及時疏散。

本發(fā)明的模擬承壓地下水回灌的仿真邊界試驗系統(tǒng)的構(gòu)建方法，包括以下步驟：

首先加工150mm厚混凝土底座，并在底座周圍設(shè)置排水水渠。

加工三級過濾網(wǎng)和隔水彈性板，過濾網(wǎng)高度為承壓含水層土層厚度，最內(nèi)側(cè)過濾網(wǎng)采用4mm厚鋼板，梅花布置直徑5mm圓孔，圓孔邊緣水平及垂直間距5mm；中間層過濾網(wǎng)采用4mm厚鋼板，梅花布置直徑8mm圓孔，圓孔邊緣水平及垂直間距8mm；最外層過濾網(wǎng)采用4mm厚鋼板，梅花布置直徑15mm圓孔，圓孔邊緣水平及垂直間距15mm；每層過濾網(wǎng)中間用長度100mm、寬度20mm、高度50mm鋼板條內(nèi)支撐，內(nèi)支撐水平間距200mm、豎向間距200mm焊接到兩側(cè)鋼板上均布；在過濾網(wǎng)頂部及底部水平向周圈滿布鋼板壓條，在上下層鋼板壓條處通過螺栓連接，并在兩鋼板壓條中間部位水平添加一圈彈性膠墊，增加連接處的密封效果，在螺栓固定前需將其下部土層夯實填筑完畢，將隔水彈性板鋪設(shè)規(guī)整，邊緣壓在周圈上下彈性膠墊之間；在最內(nèi)側(cè)過濾網(wǎng)附近100mm范圍的試驗土層用粒徑8mm左右的石子置換，在最內(nèi)層過濾網(wǎng)和中間層過濾網(wǎng)中間空隙處填入10mm左右粒徑的石子，在中間層過濾網(wǎng)和最外層過濾網(wǎng)中間空隙處填入18mm左右粒徑的石子，通過三層不同粒徑的石子形成反濾層，防止濾網(wǎng)堵塞，減小邊界對出水的阻礙作用。

加工集水箱側(cè)壁，側(cè)壁由1cm厚鋼板焊接而成，并且在側(cè)壁上預(yù)留排水口、測試原件數(shù)據(jù)線孔；排水口連接水位控制管；數(shù)據(jù)線孔為后期埋設(shè)空隙水壓力傳感器、溫度傳感器等測試原件鋪設(shè)數(shù)據(jù)線留設(shè)；集水箱側(cè)壁與內(nèi)部三級反濾網(wǎng)通過內(nèi)支撐固定，內(nèi)支撐尺寸為長500mm，寬20mm，高度同集水箱高度，以水平間距500mm均勻平行布置；內(nèi)支撐上豎向交錯均布300mm*10mm長條狀空隙，水平間距100mm，利于集水箱內(nèi)水流動，保持恒定水頭高度。

加工回灌井，回灌井在回灌目的層設(shè)置濾水管，在回灌井頂部設(shè)置壓力表和水氣分離閥，頂部與進(jìn)水管連接。

加工供水箱，供水箱是直徑1500mm,高2000mm的圓柱體，由鋼板焊接組裝而成，供水箱設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，出水口管路上連接電磁流量表，可以測量回灌水量；供水箱側(cè)壁設(shè)置水位觀測管。

加工控制平臺，控制平臺是回灌裝置的中樞部分，由變頻恒壓控制系統(tǒng)與自動監(jiān)測記錄系統(tǒng)組成，變頻恒壓控制系統(tǒng)與設(shè)置于回灌井頂部的壓力表由數(shù)據(jù)線連接，自動監(jiān)測系統(tǒng)與電磁流量表、壓力表、變頻恒壓控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。