一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统及方法与流程

1.本公开属于市政施工技术领域，具体涉及一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着社会经济的快速发展，城市轨道交通、房屋工程建设和重大交通枢纽的发展建设也越来越迅猛，而作为基础工程的基坑工程也变得越来越复杂，抽水降压是基坑工程建设的一个重要环节，对基坑建设主体、地层稳定和周边环境都会产生影响。在施工前需要进行抽水降压计算，包括抽水井的数量和抽水井的结构等等。
4.据发明人了解，目前通常采用规范上的解析计算分析、数值模拟计算和现场抽水试验；但是，解析计算无法考虑复杂地层条件，数值计算简化太多与实际不符，而现场抽水试验不能分析整个降水工程对基坑建设主体和地层的影响。而物理模型试验在满足相似准则的条件下可以再现抽水井施工过程。目前已有的抽水井模型试验系统，对于成井施工过程的模拟还不多见，多数都是抽水井直接成型，不考虑滤料模拟，只模拟抽水降压过程，这与实际工程不符。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本公开提出了一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统及方法，实现抽水井成井施工过程的精确化模拟，实时监测施工过程对地下水位的影响。
6.根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统，采用如下技术方案：
7.一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统，包括：
8.旋挖钻进机构，包括旋挖螺纹钻管、钻进制动器、组装板和出渣管；所述旋挖螺纹钻管与所述钻进制动器连接，分别固定在所述组装板的两侧；所述出渣管固定设置在含所述钻进制动器的组装板的一侧，所述出渣管贯穿组装板与所述旋转螺纹钻管侧相连通；
9.滤料套筒机构，包括设置在所述旋挖螺纹钻管两侧呈对称设置的第一滤料套筒和第二滤料套筒，所述第一滤料套筒包括外围滤管、滤料输送管、滤料截至板和滤料；所述滤料输送管、所述滤料截至板和所述滤料均设置在所述外围滤管内，所述滤料输送管与所述外围滤管呈同轴设置，位于外围滤管内的所述滤料输送管的一端固定有滤料截至板。
10.作为进一步的技术限定，所述组装板固定在施工作业板上，所述施工作业板上设置有水平定位器，所述水平定位器和所述钻进制动器设置在所述施工作业板的同侧。
11.进一步的，所述施工作业板通过三角固定器固定在模拟试验体上。
12.进一步的，所述模拟试验体内预埋有多个渗压监测元件。
13.进一步的，一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统还包括成井控制中心，所述渗压监测元件和所述钻进制动器均与所述成井控制中心电连接。
14.作为进一步的技术限定，远离滤料的滤料输送管的一端贯穿所述组装板，所述滤料输送管采用不透水的钢制管。
15.作为进一步的技术限定，所述滤料截至板呈圆形，其半径与所述外围滤管的内径相匹配。
16.作为进一步的技术限定，所述滤料截至板通过滤料孔与所述滤料输送管相连通。
17.作为进一步的技术限定，远离所述组装板端的外围滤管的末端采用设置为尖头结构，所述尖头结构的尖端设置在远离所述旋挖螺纹钻管的一侧。
18.根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验方法，采用了第一方案中所提供的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统，采用如下技术方案：
19.一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验方法，包括：
20.将旋挖钻进机构、滤料套筒机构和渗压监测元件固定在模型试验体上；
21.通过渗压监测元件实时监测整个施工过程中地下水渗压的动态变化，同时将所监测结果反馈给成井控制中心；
22.基于成井控制中心控制所述旋挖螺纹钻管的转速和钻进压力，控制整体钻进成井的速度；
23.所述旋挖钻进机构和所述滤料套筒机构同时钻进所述模型试验体，通过所述出渣管实时排除钻进过程中的材料废渣；
24.在钻进过程中，通过滤料模拟抽水过程中泥水浆液的过滤过程，滤料截至板随着滤料输送管上下移动；
25.钻进完成后拆除旋挖钻进机构，滤料套筒机构留在模型试验体内，模拟滤层厚度对降水井的影响。
26.与现有技术相比，本公开的有益效果为：
27.本公开所提供的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统实现了基坑工程中降水井成井施工整个过程的模拟；基于滤料套筒机构实现了降水井结构中滤料的模拟，滤层厚度自由调节实现了滤层厚度对降水井功能影响的模拟；试验系统制作成本低廉，具有经济优势；试验系统构造简单、操作方便，可以重复使用，降低了试验成本。
附图说明
28.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
29.图1是本公开实施例一中的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统的结构示意图；
30.图2是本公开实施例一中的旋挖钻进机构和滤料套筒机构的示意图；
31.图3是本公开实施例一中的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统施工顺序示意图；
32.图4是本公开实施例一中的滤层厚度调节示意图；
33.图5是本公开实施例二中的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验方法的流程图；
34.其中，1、旋挖钻进机构，2、滤料套筒机构，3、旋挖螺纹钻管，4、钻进制动器，5、组装板，6、出渣管，7、外围滤管，8、滤料输送管，9、滤料截至板，10、滤料，11、施工作业板，12、水平定位器，13、三角固定器，14、渗压监测元件，15、模型试验体，16、成井控制中心。
具体实施方式
35.下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
39.本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
40.在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.实施例一
42.本公开实施例一介绍了一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统。
43.如图1所示的一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统，包括旋挖钻进机构1和滤料套筒机构2。
44.如图2所示，旋挖钻进机构1用于旋挖转进成孔，由旋挖螺纹钻管3、钻进制动器4、组装板5和出渣管6组成。旋挖螺纹钻管3可以旋转切削模型试验体15的材料，与钻进制动器4连接，固定在组装板5上。钻进制动器4与成井控制中心16连接，用于控制旋挖螺纹钻管3的转速和钻进压力，整体控制钻进成井的速度。
45.如图2所示，所述滤料套筒机构2由外围滤管7、滤料输送管8、滤料截至板9和滤料10组成。外围滤管7是滤料套筒系统的外部包围体，用于容纳滤料10。所述滤料输送管8与滤料截至板9连接，用于向外围滤管7内输送滤料10，滤料10用来模拟抽水过程中泥水浆液的过滤过程。
46.可以理解的，滤料截至板9上设置有滤料孔，滤料截至板9通过滤料孔与滤料输送管8相连通，但是，滤料截至板9与设置在滤料输送管8外侧的外围滤管7之间是不连通的；也就是说，仅有设置在滤料输送管8内的滤料截至板9上设置有滤料孔，以便滤料输送管8向外
围滤管7输送滤料10，以防滤料10进入滤料输送管8与外围滤管7之间的环状管道部分。
47.可以理解的，出渣管6用于实时排出钻进过程中的材料废渣，旋挖螺纹钻管3在模型试验体15内钻进，因旋挖螺纹钻管3外部设置有滤料套筒机构2，因此，在钻进过程中所产生的材料废渣只能在旋挖螺纹钻管3的作用下向上通过贯穿组装板5的出渣管6实时排出。
48.如图2所示，所述旋挖钻进机构1与滤料套筒机构2安装在施工作业板11上，施工作业板11上安装有水平定位器12，用于施工前的整个装置的水平定位，保证施工中整个系统是水平的。施工作业板11的底部安有三角固定器13，将整个系统固定在模型试验体15上，保证整个施工过程中系统的稳定。
49.如图3所示，所述旋挖钻进机构1与滤料套筒机构2同时向模型试验体15内钻进，施工完成后旋挖钻进机构1拆除，滤料套筒机构2留在模型试验体内。
50.如图4所示，所述外围滤管7底部为切削尖头，用于旋挖钻进时修正降水井井壁。所述滤料输送管8为不透水钢制管，滤料截至板9随滤料输送管8上下移动，用于模拟滤层厚度对降水井功能的影响。
51.所述渗压监测元件14在旋转钻进施工之前埋设在模型试验体15内，实时监测整个施工过程中地下水渗压的动态变化。
52.实施例二
53.本公开实施例二介绍了一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验方法，采用了实施例一中所介绍的用于降水井施工过程模拟的物理模型试验系统。
54.如图5所示的一种用于降水井施工过程模拟的物理模型试验方法，包括以下步骤：
55.将旋挖钻进机构、滤料套筒机构和渗压监测元件固定在模型试验体上；
56.通过渗压监测元件实时监测整个施工过程中地下水渗压的动态变化，同时将所监测结果反馈给成井控制中心；
57.基于成井控制中心控制所述旋挖螺纹钻管的转速和钻进压力，控制整体钻进成井的速度；
58.所述旋挖钻进机构和所述滤料套筒机构同时钻进所述模型试验体，通过所述出渣管实时排除钻进过程中的材料废渣；
59.在钻进过程中，通过滤料模拟抽水过程中泥水浆液的过滤过程，滤料截至板随着滤料输送管上下移动；
60.钻进完成后拆除旋挖钻进机构，滤料套筒机构留在模型试验体内，模拟滤层厚度对降水井的影响。
61.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。