一种原位抽水试验的室内教学模型的制作方法

本实用新型涉及一种原位抽水试验的室内教学模型，属于岩土工程实验教学模型技术领域。

背景技术：

在岩土工程勘察中，抽水试验是查明建筑场地的地层渗透性和富水性、测定有关水文地质参数的原位渗透试验，往往用单孔的稳定流抽水试验。该试验在工程现场钻取一定直径和深度的井孔，使用抽水设备抽取孔内的汇流积水，通过观测抽水期间和水位恢复期间的水位、流量及水温等内容，利用空间径向流的Dupuit理论解答即可计算得到土体渗透系数。

抽水试验作为一种岩土工程原位测试技术，是土木工程、地质工程及水利工程等专业的学生需要学习和掌握的专业技能，需要在相关的实验课中进行教学传授。但是，在教学中直接开展原位抽水试验，会面临很多困难。首先，需要找到合适的野外场地；其次，要有足够的时间以便往返现场并进行试验。而这些困难并不容易被解决，尤其当面向多个专业多个班级时，所以多数学校的土木类专业都没有开展抽水试验的教学。故亟需一种原位抽水试验的室内教学模型来解决上述技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种既能开展抽水试验教学，又能克服场地及时间等条件限制的原位抽水试验的室内教学模型。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种原位抽水试验的室内教学模型，包括由内到外同心设置的抽水孔、土样槽、水位槽和溢流收集槽，所述抽水孔与土样槽的高度相同，所述土样槽的内壁上紧贴有土工布，抽水管的进水口设置于所述抽水孔内，所述抽水管的出水口设置于所述溢流收集槽内，所述溢流收集槽上设置有与下水道相连通的排水孔，所述抽水管上设置有阀门，所述水位槽的高度小于所述土样槽的高度；所述抽水孔和土样槽的侧壁上均设置有若干透水孔。

所述土样槽和水位槽的顶部均由加固单元加固。

所述加固单元包括角钢箍。

所述抽水孔、土样槽、水位槽和溢流收集槽的材质均为透明有机玻璃。

所述水位槽由水龙头供水。

所述土样槽内填充有细砂。

所述土样槽、水位槽和溢流收集槽均为正方形槽体，所述抽水孔为圆形槽体。

抽水试验是很重要的专业知识和技能，却由于场地及时间等条件的限制，很难在教学中进行开展。因此需要找到既能开展抽水试验教学，又能避免相关困难的方法，这是本实用新型所要解决的技术问题。

本实用新型的原理：在土样槽里装填实验土样以模拟现场土体；土样槽的四壁为透水板，通过水位槽补水，以模拟现场半无限空间的水流补给；用预置的抽水孔模拟现场钻孔，用抽水管模拟现场抽水设备抽取土层中的水；记录不同时刻抽水孔中水位以及流量，等到孔中水位稳定后，表明渗流达到稳定流状态，利用此时的孔中水位以及流量即可计算渗透系数。

本实用新型的有益效果是，采用本模型，可以在室内开展原位抽水试验的模拟实验，既可以进行相关知识的教学，让学生对原位抽水试验有一个较直观的认识，同时也可以避免直接开展现场试验的诸多条件限制问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本实用新型中土样槽侧壁的结构示意图；

图4为本实用新型中抽水孔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1～图4所示，一种原位抽水试验的室内教学模型，包括土样槽1、水位槽2、溢流收集槽3、抽水孔4、抽水管5、阀门6、排水孔7、角钢箍8、土工布9。所述土样槽1、水位槽2和溢流收集槽3为同中心正方形槽体；所述抽水孔4固定设置在土样槽1的中心位置，且与土样槽1高度相同。所述土样槽1、水位槽2、溢流收集槽3和抽水孔4为透明有机玻璃材料。

所述土样槽1和水位槽2的顶部用角钢箍8加固。

所述土样槽1和抽水孔4的有机玻璃上设有若干透水孔。

所述土工布9紧贴在土样槽1的内侧壁以及抽水孔4的外侧壁，用以防止土样颗粒从透水孔流失。

所述水位槽2由水龙头直接供水，并保持水位在水位槽2的顶面。

所述抽水管5抽取抽水孔4里的水排往溢流收集槽3。

所述溢流收集槽3里的水由排水孔7排往下水道。

所述土样槽1、水位槽2和溢流收集槽3的内壁宽度分别为50cm、62cm和74cm，高度分别为40cm、35cm、8cm。

抽水孔4的内壁直径为3.4cm，高度为50cm。

本实用新型的土样为一种细砂。

本模型模拟的是潜水完整井的单孔稳定流抽水试验。

本实用新型模型的具体使用过程如下：

1)如图1所示准备模型。

2)将实验细砂逐层填入土样槽1中，装填时注意逐层压实。

3)将连接在水龙头上的水管放入水位槽2中，打开水龙头，往水位槽2中注水，水流会通过土样槽1四周侧壁的透水孔并经土样流入抽水孔4。

4)当水位槽2中的水位到达顶面，且有水溢出后，用钢尺量测抽水孔4中的水位，直至其上升到与水位槽2同水位。

5)将带有阀门6的抽水管5一端插入抽水孔4，打开阀门6，将吸球捏扁后插入抽水管5的另一端，松开吸球，由于虹吸原理，抽水孔4中的水会自动从抽水管5中流出。关闭阀门6，让抽水管5中充满水。

6)打开阀门6少许，让水从抽水孔4经抽水管5流入溢流收集槽3，并在抽水开始后的第30s、1min、2min、3min、4min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min、80min、100min、120min观测抽水孔4中的水位，以后每隔30min观察一次，直至实验结束。

7)等到抽水孔4中的水位稳定(稳定标准：连续3次水位观测值的差值不超过2mm)后，表明渗流已经达到稳定流状态，用量筒收集抽水管5流出的水，并用秒表计时，大约20s后，读出量筒中水的体积以及具体时间，计算流量Q。

8)重复步骤6)和7)，总共进行不少于3次稳定降深的实验，记录抽水孔4中相应的稳定水位及抽水流量，利用公式(1)计算渗透系数。

式中，Q为流量，单位为cm³/s；sw为水位降深，单位为cm；H0为初始含水层厚度，单位为cm；rw为抽水孔4的内壁半径，单位为cm；R为潜水井的影响半径，可按式估算，单位为cm。

9)用温度计测读实验水温，并对计算的渗透系数进行温度校正。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。