一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统及方法与流程

1.本技术涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统及方法。


背景技术：

2.随着我国经济和社会的发展，以地铁为代表的城市轨道交通在缓解城市交通压力上有着举足轻重的作用。然而，在松散含水地层中进行盾构施工，尤其是在盾构始发、接收及联络通道开挖时会发生渗水问题，严重影响了施工安全。人们根据自然启发发明了人工底层冻结技术，用于对不稳定富水地层进行加固，起到支护和止水作用。由于自然因素或人为原因，地层中地下水流速度过快，会对人工地层冻结施工产生较大的影响。渗流会将冻结管冷量带至下游，使冻结壁发展缓慢，减小了冻结壁厚度，延长了交圈时间，提高了冻结壁平均温度，使得冻结法施工质量大大降低，不仅影响了加固效果，甚至会造成重大施工事故。
3.目前，在研究渗流对冻结法施工的影响的室内试验中，通常只针对渗流条件下的温度场进行研究，忽略了两物理场的耦合作用；或者，通过水泵直接控制渗流速度，使得试验过程中水头发生变化，与实际工程存在差异。
4.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统及方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供了一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统，用于对试验对象进行渗流场和温度场的耦合作用试验，，包括：模型箱、分头水箱、水源水箱、冻结单元和温度水头检测单元；所述模型箱为双层箱体设计，双层箱体之间填充保温材料；所述模型箱的腔体沿长度方向依次分割为蓄水腔室、渗流冻结室和缓冲腔室，所述蓄水腔室与所述渗流冻结室之间、所述缓冲腔室与所述渗流冻结室之间均通过透水孔连通；所述箱体上设置有与所述蓄水腔室连通的出水管，以及与所述缓冲腔室连通的进水管，所述箱体上与所述渗流冻结室对应的侧壁及箱底设置有至少两个测压管孔；其中，所述出水管的高度高于所述进水管的高度；所述渗流冻结室内装填所述试验对象；所述分头水箱位于所述模型箱的上方，且所述分头水箱与所述模型箱之间沿所述模型箱的高度方向的距离可调节，所述分头水箱的出水口与所述进水管连通；所述水源水箱位于所述模型箱的下方，分别与所述出水管、所述分头水箱的进水口连通；其中，所述水源水箱与所述分头水箱的进水口的连通管道上设置有水泵，以将所述水源水箱中的水泵送至所述分头水箱；所述冻结单元的冻结管伸入所述试验对象内且端部位于所述进水管的下方，沿所述模型箱的长度方向并列设置至少两根所述冻结管，至少两根所述冻结管分别与至少两个所述测压管孔相对；所述温度水头检测单元
包括：温度传感器和水头管，所述温度传感器用于采集所述试验对象的温度，所述温度传感器的探头沿竖直方向伸入所述试验对象，且位于所述冻结管伸入所述试验对象的部分的中部；所述水头管的一端与所述测压管孔连接，另一端端口位置高于所述试验对象。
8.优选的，所述进水管位于所述模型箱的中心偏下的位置，所述出水管位于所述模型箱的中心偏上的位置。
9.优选的，所述透水孔的直径为[1，20]毫米；和/或，沿所述模型箱的长度方向，所述蓄水腔室和所述渗流冻结室的宽度至少为100毫米；
[0010]
优选的，所述透水孔的直径为20毫米。
[0011]
优选的，所述渗流冻结室内与所述蓄水腔室内、所述缓冲腔室通过所述透水孔相接的一面分别设有土工布。
[0012]
优选的，至少两个所述测压管孔在所述箱体的侧壁及箱底等距分布。
[0013]
优选的，所述分头水箱上还设有溢流口，所述分头水箱通过所述溢流口与所述水源水箱连通，其中，所述溢流口的高度高于所述出水口的高度。
[0014]
优选的，所述水源水箱内设有恒温加热棒，所述恒温加热棒用于对所述水源水箱中的水进行加热；和/或，所述水源水箱的外侧壁贴设有保温层。
[0015]
优选的，所述冻结管沿垂直方向伸入所述试验对象；和/或，所述冻结管裸露于空气中的部分的外表面套设有橡塑管；和/或，所述冻结管内循环流动有负温媒介，以降低所述试验对象的温度；
[0016]
优选的，所述负温媒介为酒精，所述负温媒介的温度为(
‑
30℃，
‑
40℃)。
[0017]
优选的，所述分头水箱的进水口与所述水泵通过三通阀门连接，且所述三通阀门的回水口与所述水源水箱连通。
[0018]
本技术实施例还提供一种渗流场和温度场耦合作用的模拟方法，采用上述任一所述的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统对试验对象进行渗流场和温度场的耦合作用试验，包括：在渗流冻结室内装填所述试验对象，同时，将冻结管、温度传感器铺设于所述试验对象中，并将所述试验对象回填至设计标高后，依次铺设保温塑料膜、封闭黏土层；按预设渗流速度调节分头水箱与模型箱之间沿高度方向的距离；将水源水箱、水泵、分头水箱、模型箱用管道连通并将水头管固定在预设位置；打开水泵、冻结单元及温度水头检测单元，获取设定渗流速度下所述试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间；调节所述分头水箱与模型箱之间沿高度方向的距离，获取不同渗流速度下所述试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间。
[0019]
与最接近的现有技术相比，本技术实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0020]
本技术实施例提供的技术方案中，模型箱采用双层箱体设计，在双层箱体之间填充保温材料，有效避免了试验过程中外界环境温度对模型箱内试验对象的温度场的影响，与直接在模型箱外覆盖保温材料相比，避免保温材料与外界环境的直接接触的热交换，能够更加有效的达到试验过程中试验对象的恒温环境，提高保温效果。
[0021]
模型箱的腔体沿长度方向依次分割为蓄水腔室、渗流冻结室和缓冲腔室，蓄水腔室与渗流冻结室之间、缓冲腔室与渗流冻结室之间均通过透水孔连通；籍此，可有效避免渗流过程中，水体流动不均匀带来的对渗流冻结室内试验对象的冲刷等影响，使水体在流入和流出渗流冻结室，对试验对象进行均匀渗透，有效提高试验对象渗流场的模拟效果。
[0022]
在箱体上设置与蓄水腔室连通的出水管，以及与缓冲腔室连通过的进水管，且进水管的高度低于出水管的高度；可有效避免水体在流入和流出渗流冻结室，对试验对象进行渗透过程中可能出现沿高度方向的倾斜渗透，实现对试验对象的水平渗流，使试验对象能够渗透均匀，进一步提高试验对象的渗流场的模拟效果。
[0023]
分头水箱位于模型箱的上方，且分头水箱与模型箱之间沿模型箱的高度方向的距离可调节，分头水箱的出水口与模型箱的进水管连通；籍此，利用分头水箱向模型箱供水，使试验对象的渗流速度恒定，同时，利用分头水箱与模型箱之间的高度调节控制分头水箱与模型箱之间的水头，可对渗流速度进行有效控制，避免通过水泵直接控制渗流速度过程中的水头变化带来的差错，提高对实际工程的模拟效果。
[0024]
水源水箱设置在模型箱的下方，分别与出水管、分头水箱的进水口连通，水源水箱与分头水箱的进水口的连通管道上设置水泵，以将水源水箱中的水泵送至分头水箱；籍此，避免了水泵直接向模型箱供水时的水头变化，使模型箱的供水水头可控、可调，有效降低与实际工程的差异。
[0025]
在模型箱的箱体侧壁以及箱底设置至少两个测压管孔，冻结单元的至少两根冻结管沿模型箱的长度方向并列插入试验对象，且至少两根冻结管与至少两个测压管孔相对；水头管的一端与测压管孔连接，另一端端口的位置高于试验对象。籍此，通过冻结单元中循环流动的负温媒介降低试验对象的温度，并通过水头管有效的测量出试验对象在冻结管断面处不同温度下的水压力，有效避免了孔压传感器进行压力测试时受温度的影响，提高试验对象中水压的测试精度。
附图说明
[0026]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0027]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种渗流场与温度场耦合作用的模拟系统的结构示意图；
[0028]
图2为图1所示实施例中a处的局部放大图；
[0029]
图3为图1所示实施例中b处的局部放大图；
[0030]
图4为根据本技术的一些实施例提供的模型箱的结构示意图；
[0031]
图5为根据本技术的一些实施例提供的一种渗流场和温度场耦合作用的模拟方法的流程示意图；
[0032]
图6为根据本技术的一具体实施例提供的试验对象在静水条件不同负温媒介温度下温度变化及温度场的规律变化示意图；
[0033]
图7为根据本技术的一具体实施例提供的试验对象在渗流条件不同负温媒介温度下温度变化及温度场的规律变化示意图；
[0034]
图8为根据本技术的一具体实施例提供的试验对象分别在静水条件、渗流条件下不同负温媒介温度作用的冻结温度场云图。
[0035]
附图标记说明：
[0036]
100、模型箱；200、分头水箱；300、水源水箱；400、冻结单元；600、水泵；700、三通阀门；800、土工布；900、恒温加热棒；
[0037]
101、蓄水腔室；102、渗流冻结室；103、缓冲腔室；104、进水管；105、出水管；106、透水孔；107、测压管孔；108、保温材料；
[0038]
301、保温层；401、冻结管；501、温度传感器；502、水头管。
具体实施方式
[0039]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0040]
在本技术的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“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，仅是为了便于描述本技术而不是要求本技术必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。本技术中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0041]
由于地下冻水作用下冻结壁的形成是一个复杂的热物理过程，涉及到渗流场和温度场的相互作用，本技术实施例提供一种渗流场与温度场耦合作用过的模拟系统和方法，用于对试验对象进行渗流场和温度场耦合作用试验，研究渗流条件下人工冻土冻结特性及渗流场的变化规律。本技术实施例的技术方案，具有良好的保温作用，模型箱进水管的水口保持恒定，渗流速度便于控制，可以同时监测温度场及渗流场的变化，可有效模拟渗流条件下温度场的发展变化规律以及渗流场的变化情况，满足了渗流工况下人工冻土施工设计参数的研究需求，为冻结法施工设计提供了可靠的数据支撑。
[0042]
如图1、图4所示，该渗流场与温度场耦合作用的模拟系统包括：模型箱100、分头水箱200、水源水箱300、冻结单元400和温度水头检测单元；模型箱100为双层箱体设计，双层箱体之间填充保温材料108；模型箱100的腔体沿长度方向依次分割为蓄水腔室101、渗流冻结室102和缓冲腔室103，蓄水腔室101与渗流冻结室102之间、缓冲腔室103与渗流冻结室102之间均通过透水孔106连通；箱体上设置有与蓄水腔室101连通的出水管105，以及与缓冲腔室103连通的进水管104，箱体上与渗流冻结室102对应的侧壁及箱底设置有至少两个测压管孔107；其中，出水管105的高度高于进水管104的高度；渗流冻结室102内装填试验对象。
[0043]
分头水箱200位于模型箱100的上方，且分头水箱200与模型箱100之间沿模型箱100的高度方向的距离可调节，分头水箱200的出水口与进水管104连通。水源水箱300位于模型箱100的下方，分别与出水管105、分头水箱200的进水口连通；其中，水源水箱300与分头水箱200的进水口的连通管道上设置有水泵600，以将水源水箱300中的水泵送至分头水箱200。
[0044]
冻结单元400的冻结管401伸入试验对象内且端部位于进水管104的下方，沿模型箱100的长度方向并列设置至少两根冻结管401，至少两根冻结管401分别与至少两个测压管孔107相对。温度水头检测单元包括：温度传感器501和水头管502，温度传感器501用于采
集试验对象的温度，温度传感器501的探头沿竖直方向伸入试验对象，且位于冻结管401伸入试验对象的部分的中部；水头管502的一端与测压管孔107连接，另一端端口位置高于试验对象。
[0045]
在本技术实施例中，模型箱100采用双层箱体设计，在双层箱体之间填充保温材料108。具体的，模型箱100的箱体采用双层钢板，双层钢板之间形成空腔，在空腔内填充石棉等保温材料108。籍此，有效避免了试验过程中外界环境温度对模型箱100内试验对象的温度场的影响，避免保温材料108与外界环境的直接接触的热交换，能够更加有效的达到试验过程中试验对象的恒温环境，提高保温效果。
[0046]
与直接在模型箱100外覆盖保温材料108相比，在模型箱100外直接覆盖保温材料108时，试验对象的温度较低，保温材料108与外界环境不断的进行热交换，使得保温材料108的温度始终相对于试验对象较高，进而使试验对象与保温材料108进行热交换，低温空气在保温材料108上吸附形成水蒸气，使保温材料108的保温效果失效。通过将箱体设计为双层，从根源上切断保温材料108与外界环境的联系，使保温材料108起到应有的保温效果，提高模拟试验的真实性。在此，需要说明的是，在模型箱100的侧壁和箱底均为双层设计，填充保温材料108。
[0047]
在本技术实施例中，缓冲腔室103中的水蓄满后，水体由缓冲腔室103通过透水孔106向渗流冻结室102渗透，在试验对象中沿端面整体向蓄水腔室101方向渗流，解决了沿试验对象高度方向上，部分渗流、部分不渗流的问题，有效避免渗流过程中，水体流动不均匀带来的对渗流冻结室102内试验对象的冲刷、渗流不均等影响，使水体在流入和流出渗流冻结室102，对试验对象进行均匀渗透，有效提高试验对象渗流场的模拟效果。
[0048]
在本技术实施例中，进水管104高度低于出水管105高度，使得水体可以在试验对象内进行充分的渗流，同时，避免对试验对象进行渗透过程中可能出现沿高度方向的倾斜渗透，实现对试验对象的水平渗流，使试验对象能够渗透均匀，进一步提高试验对象的渗流场的模拟效果。
[0049]
在本技术实施例中，进水管104位于模型箱100的中心偏下的位置，出水管105位于模型箱100的中心偏上的位置；冻结管401伸入试验对象内且端部位于进水管104的下方，即冻结管401的端部最低，进水管104次之，出水管105最高，这样，既可以保证对试验对象的有效降温，同时，可以保证试验对象的有效渗流作用，提高模拟系统的试验精度和准确性。
[0050]
在本技术实施例中，在模型箱100和水源水箱300之间设置分头水箱200，利用分头水箱200对模型箱100供水，而不是由水源水箱300直接向模型箱100供水，有效保证了试验对象内的渗流速度恒定，避免通过水泵600直接控制渗流速度过程中的水头变化带来的差错，提高对实际工程的模拟效果。同时，利用分头水箱200与模型箱100之间的高度调节控制分头水箱200与模型箱100之间的水头，可实现试验对象的不同渗流速度，提高对渗流速度的控制效果和精度，对试验材料进行不同渗流速度下渗流场与温度场耦合作用的试验。
[0051]
在本技术实施例中，水源水箱300设置在模型箱100的下方，分别与出水管105、分头水箱200的进水口连通，水源水箱300与分头水箱200的进水口的连通管道上设置水泵600，以将水源水箱300中的水泵送至分头水箱200；籍此，避免了水泵600直接向模型箱100供水时的水头变化，使模型箱100的供水水头可控、可调，有效降低与实际工程的差异。
[0052]
在本技术实施例中，两个冻结管401分别与两个测压管孔107正对设置，当冻结单
元400中循环流动的负温媒介降低试验对象的温度时，通过与测压管孔107相连的水头管502可有效的测量出试验对象对应断面的水压力，结合温度传感器501测量的试验对象的温度，就可以得到试验对象在不同温度下的温度场与不同压力下的渗流场耦合作用。
[0053]
与采用孔压传感器对水压力进行测试相比，随冻结管401中负温媒介的流动，试验对象的温度不断降低，当试验对象冻结后，孔压传感器就测量不到试验对象的压力了，即孔压传感器的测量压力为零；而利用测压管孔107与水头管502相结合，当试验对象冻结后，依然可以通过水头管502中的水头有效的测量试验对象的水压力。
[0054]
在一些可选实施例中，透水孔106的直径为[1，20]毫米，进一步的，透水孔106的直径为20毫米，籍此，既可以有效保证不同的渗流速度下水在试验材料内的有效渗流，同时，可以避免对试验材料的冲刷影响。
[0055]
在本技术实施例中，沿模型箱100的长度方向，蓄水腔室101和缓冲腔室103的宽度至少为100毫米。当蓄水腔室101和缓冲腔室103的沿长度方向的宽度过小时，外界环境可能会通过箱体材料进行热交换，影响渗流冻结室102内在试验过程中的温度场。因而，通过控制蓄水腔室101和缓冲腔室103的沿长度方向的宽度，有效解决箱体的尺寸效应，避免箱体材料对渗流冻结室102内温度场的影响。在此，需要说明的是，模型箱100的长度方向为蓄水腔室101、渗流冻结室102、缓冲腔室103的分割方向，模型箱100的宽度方向为水平面内与其长度方向垂直的方向，模型箱100的高度(垂直)方向即为渗流冻结室102的深度方向。
[0056]
在一些可选实施例中，渗流冻结室102内与蓄水腔室101、缓冲腔室103通过透水孔106相接的一面分别设有土工布800。籍此，可有效防止试验对象由渗流冷冻室向缓冲腔室103、蓄水腔室101的泄露，不仅能够避免试验对象泄露至缓冲腔室103、蓄水腔室101后影响缓冲腔室103、蓄水腔室101的功能，而且能够保证缓冲腔室103、蓄水腔室101的清洁，避免试验对象不同产生交叉影响。
[0057]
在本技术实施例中，至少两个测压管孔107在箱体的侧壁及箱底等距分布。在与两个冷冻管分别相对应的两个测压管孔107的两侧，沿长度方向等间距布置多个测压管孔107，籍此，实现在试验对象上沿长度方向的不同断面的水压力测试，进一步提高试验时压力测试的精确性，提高渗流场、温度场耦合作用下的数据准确性。
[0058]
在一些可选实施例中，分头水箱200上还设有溢流口，分头水箱200通过溢流口与水源水箱300连通，其中，溢流口的高度高于出水口的高度。籍此，当水泵600的泵送量过大时，分头水箱200中的水从溢流口流入水源水箱300，保证分头水箱200中的水的维持在设定的容积，实现对模型箱100供水时具有稳定、恒定的渗流速度。
[0059]
在本技术实施例中，溢流口的高度可调。通过调节溢流口的高度，可对分头水箱200中的水的容量进行调节，继而可实现对渗流速度的调节。通过溢流口高度的调节和分头水箱200与模型箱100之间高度距离的调节，可进一步实现对渗流速度的精确控制，使渗流速度的调节范围更广。
[0060]
在一些可选实施例中，水源水箱300内设有恒温加热棒900，恒温加热棒900用于对水原水箱中的水进行加热；和/或，水源水箱300的外侧壁贴设有保温层301。籍此，将从模型箱100的出水管105排出的水在水源水箱300进行热交换并加热至恒定温度，保证进入模型箱100的水的水温恒定，有效减少外界温度对试验过程中试验对象的温度场的影响。
[0061]
在本技术实施例中，通过在水源水箱300的外侧壁贴设保温层301，减少水源水箱
300中的水与外界的热交换，可有效的保证水源水箱300中的水的热量散发，降低热量损伤，节约恒温加热棒900的能耗。
[0062]
在一些可选实施例中，冻结管401沿垂直方向伸入试验对象，便于与测压管孔107相协同，测定不同试验对象的不同断面处的水压力；冻结管401裸露于空气中的部分的外表面套设橡塑管，有利于减少降低冻结单元400在工作过程中与外界环境的热交换，降低热量损伤；冻结管401内循环流动有负温媒介，以降低试验对象的温度；进一步的，负温媒介为酒精，负温媒介的温度为(
‑
30℃，
‑
40℃)。籍此，通过冷冻单元中的冷冻泵提供动力，使低温酒精在冻结管401内循环，不断的降低试验对象的温度，直至试验对象冻结或达到设定温度。
[0063]
在一些可选实施例中，分头水箱200的进水口与水泵600通过三通阀门700连接，且三通阀门700的回水口与水源水箱300连通。籍此，通过三通阀门700对水泵600泵送至分头水箱200的流速和流量进行有效控制，有效控制不同渗流速度下分头水箱200中的水量，避免分头水箱200中的水溢出。同时，与分头水箱200的溢流口相配合，形成对分头水箱200中数量的二级控制，实现对分头水箱200中水量的精确泵送。
[0064]
图5为根据本技术的一些实施例提供的一种渗流场和温度场耦合作用的模拟方法的流程示意图；如图5所示，该渗流场和温度场耦合作用的模拟方法采用上述任一实施例的渗流场和温度场耦合作用的模拟系统对试验对象进行渗流场和温度场的耦合作用试验，该方法包括：
[0065]
步骤s101、在渗流冻结室102内装填试验对象，同时，将冻结管401、温度传感器501铺设于试验对象中，并将试验对象回填至设计标高后，依次铺设保温塑料膜、封闭黏土层；
[0066]
在本技术实施例中，按照顺序在渗流冻结室102内填土(试验对象)，并使冻结管401的底端位于模型箱100的进水管104的下方，待试验对象装填至冻结管401位于渗流冻结室102的部分的中部时，铺设温度传感器501，并继续回填试验对象至设计标高，铺设保温塑料膜和封闭黏土层，将试验对象封闭在渗流冻结室102中。
[0067]
步骤s102、按预设渗流速度调节分头水箱200与模型箱100之间沿高度方向的距离；
[0068]
在本技术实施例中，根据设计要求计算试验对象内的渗流速度，根据计算的渗流速度与分头水箱200的容积，确定分头水箱200与模型箱100之间的高度距离，对分头水箱200的高度进行调节并固定，直至试验完结，或者，需要改变试验对象的渗流速度，再次调节分头水箱200与模型箱100之间的高度距离。
[0069]
在本技术实施例中，按照预设渗流速度和渗流水量即可确定分头水箱200与模型箱100之间的高度距离，试验过程中，测得的实际的渗流速度即为该高度下实际工程中的渗流速度。利用不同的预设渗流速度调整分头水箱200的高度，即可得到不同水头高度在实际工程中渗流速度。
[0070]
步骤s103、将水源水箱300、水泵600、分头水箱200、模型箱100用管道连通并将水头管502固定在预设位置；
[0071]
在本技术实施例中，水源水箱300与分头水箱200的进水口之间、分头水箱200的出水口与模型箱100的进水管104之间、模型箱100的出水管105与水源水箱300之间、分头水箱200的溢流口与水源水箱300之间等均通过适当管径的管道连接；并将水头管502的自由端固定在高于试验对象的上表面的位置。
[0072]
步骤s104、打开水泵600、冻结单元400及温度水头检测单元，获取设定渗流速度下试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间；
[0073]
在本技术实施例中，打开水泵600，将水源水箱300中的水泵送至分头水箱200，由分头水箱200向模型箱100以恒定的速度供水；同时打开冻结单元400，由冻结单元400的冷冻泵提供动力，使负温媒介进行循环流动，通过冻结管401不断的降低试验对象的温度；同时，打开温度水头检测单元，由温度传感器501对试验对象在试验过程中的温度数据进行实时采集并发送至数据采集仪，通过数据采集仪发送至数据处理设备(比如：计算机)，由水头管502对试验对象试验过程中的水头高度进行实时采集，并输入输出处理设备换算为试验对象相对应断面的水压力。在此，通过比较不同的两个水头管502的水头差，即可得到相对应的测压管孔107对应的试验材料处断面的水压力的差。
[0074]
步骤s105、调节分头水箱200与模型箱100之间沿高度方向的距离，获取不同渗流速度下试验对象的不同位置的压力、温度、及温度降至0℃的时间。
[0075]
在本技术实施例中，通过随分头水箱200与模型箱100之间高度距离的调节，以及溢流口在分头水箱200上的高度位置的调节，可有效实现分头水箱200中的水的势能，进而实现对试验对象的渗流速度的调节，获取不同渗流速度下试验对象的不同断面的压力、温度、及温度降至0℃的时间，实现对渗流场和温度场耦合作用试验的多维度、多层次的数据支撑和研究。
[0076]
在本技术提供的实施例中，可长时间可靠有效地监测渗流场和温度场的变化情况，通过改变进出水口水头差和冷冻机的负温媒介的温度，研究地下水渗流对人工冻土特性的影响，为冻结法施工提供可靠的数据支撑。
[0077]
在一具体的例子中，通过本技术实施例提供的渗流场与温度场耦合作用的系统、方法，试验对象在静水条件(渗流速度v＝0m/d)、不同负温媒介温度(t1、t2)下温度变化及温度场的规律如图6所示；试验对象在渗流条件(渗流速度v＝1.45m/d)、不同负温媒介温度(t1、t2)下温度变化及温度场的规律如图7所示；可知，在静水条件下，随冻结试验的进行，各测点温度逐渐降低，最终趋于稳定；各特征面(试验对象不同的测量断面)关于冻结管对称分布的测点降温曲线重合，说明静水条件下温度场的变化时对称的。
[0078]
试验对象在静水条件下(渗流速度v＝0m/d)和渗流条件下(渗流速度v＝1.45m/d)、不同负温媒介温度(t1、t2)作用下的冻结温度场云图如图8所示；由图8(a)、图8(b)可知，冻结温度场以冻结管为中心呈对称分布，在初始阶段，冻结管附近温度迅速降低，此处温度梯度较大，向四周梯度逐渐减小。冻结锋面以冻结管为中心向四周均匀发展，形成近似圆形的冻结壁。在两冻结管之间，由于收到两根冻结管的影响，降温速度更快，因而此处冻结锋面微微凸出。由图8(c)、图8(d)可知，随着冻结试验的进行，两冻结壁融合在一起，形成椭圆形的冻结锋面。由图8(e)、图8(f)可知，冻结壁随冻结时间的延长不断向四周扩展。
[0079]
对比图8(a)、图8(b)可知，较低的冷媒(负温媒介)温度会使冻结管局部温度梯度更大，形成的冻结壁更厚；随着冻结试验的进行，如图8(c)、图8(d)所示，冻结壁进一步增厚，t1
‑
1冻结锋面推进速度更快，因此形成的冻结壁比t2
‑
1更厚；试验结束时，如图8(e)、图8(f)可知，两种冷媒温度下形成的冻结壁厚度由巨大差异，冷媒温度降低形成的冻结壁厚度更大，平均温度更低，相应的物理性质更优，因而，降低负温媒介温度可有效提高冻结法施工质量。
[0080]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。