一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置及方法与流程

本发明涉及基坑工程中的一种模型试验，特别是一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置及方法。

背景技术：

1、近年来，地下工程建设飞速发展，超深基坑层出不穷。我国东部沿海地区分布有大量软土，其下地下水层埋深较深且地下水位高，而随着基坑工程开挖深度的增加，施工过程中需要截断的承压水深度逐渐增大，而超深止水帷幕施工难度大，施工质量难以保证，且造价高工期长，因此越来越多的基坑工程选用未截断承压层的悬挂式止水帷幕，但这却导致坑内外水力连通，坑内降水将引起坑外地面或建筑物沉降。此时基坑降水难以避免对周围环境产生影响。

2、当基坑周围保护对象比较集中时，采用回灌法进行保护，而省去止水帷幕或减少止水帷幕的深度不失为一种比较经济、有效的方法。

3、回灌法采用人工补给地下水，是恢复受损含水层的主要方法之一。地下水人工回灌技术作为一种新兴有效的控制基坑外水位和沉降的方式逐渐应用到基坑工程中。在回灌过程中，随着回灌时间增长，回灌井经常发生堵塞，限制了回灌的使用。基坑降水回灌发生堵塞时，一般表现为土层的渗透系数不断降低，孔隙率逐步减小。渗透系数的减小对回灌流量具有抑制作用，回灌效率持续下降，回灌设备发热及超负荷运行，进而降低回灌效率，缩短回灌系统寿命。目前针对基坑回灌堵塞成因及影响因素的研究较少，故亟需对其进行深入研究，研发解决措施。因此有必要设计一种模型装置，对堵塞成因及影响因素进行更深一步的探究。

技术实现思路

1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置。

2、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第一个技术方案是：一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置，包括回灌部分、模型箱和保压部分，所述回灌部分包括井管及其旁侧接水槽，所述井管，一侧设有多个上下间隔布置的、带有截止阀的溢水口，任意一个所述溢水口与所述旁侧接水槽通过软管连接，另一侧底部设有桥式过滤器；所述旁侧接水槽设置在称重设备上，所述称重设备固定在地面上；所述保压部分与所述回灌部分结构左右对称；所述模型箱设置在所述保压部分与所述回灌部分之间，在所述模型箱内设有与回灌部分桥式过滤器连接的滤料区、与所述滤料区连接的泥皮、与所述泥皮连接的土层模拟区，所述土层模拟区与所述保压部分的过滤器连接，在所述土层模拟区内埋设有孔压计，在所述土层模拟区、所述泥皮和所述滤料区的顶部覆盖有纱布，所述模型箱设有箱体和顶盖，在所述箱体的底部设有放水阀，所述顶盖与所述箱体采用夹具固定，在所述箱体和所述顶盖内侧设有疏水层，在所述顶盖上设有传压口，所述孔压计的线缆穿过所述顶盖。

3、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第二个技术方案是：一种采用上述模型试验装置研究回灌堵塞机理的方法，采用以下步骤：1)试验准备，包括装样和外围连接，其中装样采用以下步骤：1.1)在所述箱体和所述顶盖内侧涂抹凡士林；1.2)在所述模型箱中、从与回灌部分桥式过滤器连接处起至与保压部分桥式过滤器连接处止，依次填充滤料区、泥皮和土层模拟区，在所述土层模拟区内埋设孔压计；1.3)在所述土层模拟区、所述泥皮和所述滤料区的顶部覆盖纱布；1.4)扣上所述顶盖，采用夹具将所述顶盖和所述箱体夹紧；外围连接包括以下操作：在所述传压口上连接测压管，将所述孔压计的线缆与计算机连接在一起；2)模拟回灌：2.1)回灌前注水，分别通过各自井管向回灌部分和保压部分内注水，直至回灌部分和保压部分井管内液面等高并各自稳定在设定的低位溢水口处，静置设定时间；2.2)关闭回灌部分井管上的设定的低位溢水口，并根据设计水压打开高位溢水口，然后向回灌部分的井管内注水，模拟回灌，并记录不同时刻测压管示出的孔压，记录保压部分溢水口的出水流量；3)待保压部分溢水口的出水流量减少至设定堵塞流量时，停止回灌，打开模型箱底部的放水阀，将装置内的水放干，之后取下模型箱的顶盖，在设定位置上取土样，并测定级配；4)清理模型箱，根据试验过程中土层模拟区不同时刻、不同位置的孔压变化，结合试验前后的土样级配变化，研究回灌时土中细颗粒迁移引发堵塞的机理。

4、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的第三个技术方案是：一种采用上述模型试验装置研究回扬解堵机理的方法，采用以下步骤：1)试验准备，包括装样和外围连接，其中装样采用以下步骤：1.1)在所述箱体和所述顶盖内侧涂抹凡士林；1.2)在所述模型箱中、从与回灌部分桥式过滤器连接处起至与保压部分桥式过滤器连接处止，依次填充滤料区、泥皮和土层模拟区，在所述土层模拟区内埋设孔压计；1.3)在所述土层模拟区、所述泥皮和所述滤料区的顶部覆盖有纱布；1.4)扣上所述顶盖，采用夹具将所述顶盖和所述箱体夹紧；外围连接包括以下操作：在所述传压口上连接测压管，将所述孔压计的线缆与计算机连接在一起；2)模拟回灌：2.1)回灌前注水，分别通过各自井管向回灌部分和保压部分内注水，直至回灌部分和保压部分井管内液面等高并各自稳定在设定的低位溢水口处，静置设定时间；2.2)关闭回灌部分井管上的设定的低位溢水口，并根据设计水压打开高位溢水口，然后向回灌部分的井管内注水，模拟回灌，并记录不同时刻测压管示出的孔压、记录保压部分溢水口的出水流量；3)待保压部分溢水口的出水流量减少至设定堵塞流量时，停止回灌；4)模拟回扬：4.1)打开回灌部分井管上的设定低位溢水口，使回灌部分和保压部分井管内液面保持在2.1)中静置的高度，静置设定时间；4.2)关闭回灌部分井管上的设定低位溢水口，并根据设计水压打开高位溢水口，向保压部分的井管内注水，并记录不同时刻测压管示出的孔压，记录回灌部分溢水口的出水流量；5)待回灌部分溢水口的出水量增加至设定疏通流量时，停止回扬，打开模型箱底部的放水阀，将装置内的水放干，之后取下模型箱的顶盖，在设定位置上取土样，并测定级配；6)清理模型箱，根据试验过程中土层模拟区不同时刻、不同位置的孔压变化，结合试验前后的土样级配变化，研究回灌时土中细颗粒迁移引发堵塞与回扬缓解土中堵塞的机理。

5、本发明具有的优点和积极效果是：本发明具有的优点和积极效果是：利用模型试验装置真实模拟地下水回灌与回扬过程，精细化测量回灌井周围孔压分布。等截面积的模型箱使井流由辐射状渗流场转化为单向渗流场，使得模型箱中水的流速相等，从而仅需研究流速也即水压差值的影响，方便提出定量化规律，并推广到井流渗流场。通过测量模型箱不同位置处孔压以及土中流速的变化，根据达西定律，研究在回灌过程中渗透系数的变化规律，研究回灌井堵塞产生、发展的机理，提出堵塞量化指标；探究回扬缓解回灌井堵塞的机理，通过量化指标指导回扬的运行，以尝试探索新型高效的回灌堵塞预防、疏通措施。本发明结构合理，试验方便，可靠性好，可设置不同变量探究不同因素对回灌堵塞的影响，结构简单，成本较低。

技术特征：

1.一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置，其特征在于，包括回灌部分、模型箱和保压部分，

2.一种采用如权利要求1所述模型试验装置研究回灌堵塞机理的方法，其特征在于，采用以下步骤：

3.一种采用如权利要求1所述模型试验装置研究回扬解堵机理的方法，其特征在于，采用以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种研究回灌堵塞与回扬解堵机理的模型试验装置，包括回灌部分、模型箱和保压部分，回灌部分包括井管及其旁侧接水槽，井管，一侧设有多个上下间隔布置的溢水口，另一侧底部设有桥式过滤器；保压部分与回灌部分结构左右对称；模型箱设置在保压部分与回灌部分之间，在模型箱内设有与回灌部分桥式过滤器连接的滤料区、与滤料区连接的泥皮、与泥皮连接的土层模拟区，土层模拟区与保压部分的过滤器连接，在土层模拟区内埋设有孔压计，在顶盖上设有传压口。本发明还公开了一种采用上述模型试验装置研究回灌堵塞机理的方法以及研究回扬解堵机理的方法。本发明能够真实模拟地下水回灌与回扬过程，结构合理，试验方便。

技术研发人员：孙颜顶,周世龙,张静涛,薛阳,刘艳波,温钊远,栗晴瀚,程雪松,郑刚
受保护的技术使用者：中国建筑第二工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5