一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置的制作方法

本技术涉及一种基坑降水工程领域的装置，具体地，涉及一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置。

背景技术：

1、随着我国城市化的飞速发展，城市用地紧缺问题日益突出，城市地下空间得到充分利用，基坑工程的建设正朝着超大、超深的方向发展，基坑开挖过程中须保证干作业施工，否则易出现由地下水引起的灾害。另外，基坑降水将会引起土层中地下水渗流场的变化，从而导致土层中应力场的变化，产生附加位移及地表不均匀沉降。基坑降水引起周边相邻建筑物及隧(管)道的变形，所以基坑降水开挖时应减小对周边环境的扰动。因此，需要归纳分析基坑降水引起的地下水渗流变化规律及其环境效应。

2、经过对现有技术文献检索发现：

3、中国专利zl201010151297.3公开了一种“地下结构物阻断地下水渗流的模拟装置”，该试验装置能够模拟地下结构物对含水层降水过程引起的地下水渗流规律的影响。但是该试验装置是直接从模型箱两侧壁的进水孔和排水孔处进行地下水的补给与排泄，这与实际工程当中地下水全断面渗流的情况不符；

4、中国专利201610129898.1公开了一种模拟基坑降水承压含水层地下水渗流的透明土试验装置，该试验装置通过在模型箱背面钢板上不同高度平均打设测压孔，来测量不同深度的地层的水头，且使用高速摄像机拍摄透明土内示踪剂的空间位置变化，能够在一定程度上反应止水帷幕周围地下水的渗流路径规律，但是该试验装置的供水箱安装在一根带螺纹的钢棒上，通过水箱沿钢棒的螺纹上下移动，来调节模型箱内的地下水位变化，该装置水位调节效率较低，不能够精细控制模型箱内的常水头边界；

5、中国专利201820031748.1公开了一种多含水层条件下基坑动态降水室内模型试验装置，该试验装置通过在模型箱外设置可调节高度的供水箱，在模型箱四周侧壁设置上下分离的环形供水夹层，实现了对多个含水层的差异性供水，但是该试验装置排水系统是抽水泵抽水直接排出，使得整个试验耗水量大，不能够实现试验用水的循环利用；

6、现有试验装置的供排水系统大多相互分离，供水系统依赖外界水源，排水系统直接将地下水排出，试验装置耗水量大，随着试验组数的增多，水资源的浪费问题不可忽视，本实用新型创新性地研发了一种能够实现试验用地下水自循环的室内模型试验装置及方法，以解决前述问题，从而实现室内基坑降水模型试验的高效节能。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，采用该装置进行室内基坑降水模型试验，地下水渗流过程可形成循环闭合水流，试验用水量较现有装置大幅减少，较好地解决了试验过程中水资源的浪费问题，试验装置占地面积小，自动化水平高，单人即可完成试验操作，同时，本试验装置可以研究不同止水帷幕插入深度、基坑开挖深度对基坑降水过程中坑内外地下水渗流规律、基坑围护结构变形规律以及坑外土体沉降规律的影响，同时可建立抽水井涌水量与坑内地下水的降深关系。

2、为实现上述技术方案，本实用新型设计了相应的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，该装置包括：模型箱、地下水供排自循环系统、监测装置和试验土体，其中：

3、所述模型箱为上部开口的长方体箱式结构，模型箱内分为储土箱和储水箱，所述储土箱和储水箱通过透水隔板隔开；储土箱中基坑开挖区中心位置设有降水井；

4、所述地下水供排自循环系统包括供水系统和排水系统；所述供水系统与储水箱连接，所述排水系统一端伸入降水井，另一端与供水系统连接；

5、所述试验土体填满储土箱，分为基坑内土体和基坑外土体，通过有机玻璃止水帷幕隔开两部分土体；

6、所述监测装置包括测压管、百分表、应变片、孔隙水压力传感器和土压力传感器，所述测压管粘贴于试验模型箱后侧壁，通过导压管与模型箱底部开孔连接；所述百分表安装于基坑外土体表面及止水帷幕顶部；所述应变片、孔隙水压力传感器和土压力传感器均安装于有机玻璃止水帷幕上。

7、进一步地，所述模型箱为钢制无盖长方体箱体，模型箱的长度方向为透明钢化玻璃观察窗，模型箱的宽度方向及底面为钢板，长度方向中间位置设置一道槽钢加固箱体。

8、进一步地，所述模型箱左、右两侧壁底部均匀开排水孔，于所述排水孔外侧安装止水阀，所述排水孔内侧贴有固液分离尼龙过滤网布。

9、进一步地，所述试验砂土为标准砂样。

10、进一步地，所述供水系统包括总水箱与一台供水蠕动泵，总水箱与供水蠕动泵通过供水管连接，供水系统通过供水管与储水箱连接。

11、进一步地，所述排水系统包括排水管与一台排水蠕动泵，排水管一端伸入降水井内，另一端与排水蠕动泵相连，排水蠕动泵的另一侧通过排水管与总水箱相连，排水管与排水蠕动泵接口处接入流量计。

12、进一步地，所述透水隔板由两块均匀钻孔的有机玻璃板与一张滤网组成；所述有机玻璃板开孔范围为全断面，高度与试验土体高度相同；所述滤网为固液分离尼龙过滤网布，所述透水隔板两侧及中间各部设一层滤网，所述透水隔板两侧与模型箱侧壁通过止水胶密封。

13、进一步地，所述基坑止水帷幕为有机玻璃板，依据试验相似比例要求设置厚度，长度根据试验方案采用多种长度规格，有机玻璃止水帷幕的顶部与试验土体表面齐平，所述有机玻璃止水帷幕与模型箱前后两侧侧壁之间粘贴止水膜。

14、进一步地，所述降水井为pvc管，井管过滤段区位于降水井管下端，孔位平行布置，降水井管过滤段外包裹固液分离尼龙过滤网布，过滤网布通过铁丝缠绕于降水井管过滤段，铁丝沿井管长度方向螺旋缠绕，所述降水井管位于基坑开挖宽度方向正中，降水井管顶部高于基坑内土体表面10cm。

15、进一步地，所述测压管由玻璃管和刻度条组成，所述应变片、孔隙水压力传感器和土压力传感器与采集仪连接，所述采集仪连接到计算机上。

16、本实用新型的有益效果：采用该装置进行室内基坑降水模型试验，可使地下水渗流循环闭合，试验用水循环利用，自动化水平高，实现了室内基坑降水模型试验的高效节能，以较小的试验消耗达到了预期的试验目标。

技术特征：

1.一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于，该装置包括：模型箱、地下水供排自循环系统、监测装置和试验土体，其中：

2.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述模型箱为钢制无盖长方体箱体，模型箱的长度方向为透明钢化玻璃观察窗，模型箱的宽度方向及底面为钢板，长度方向中间位置设置一道槽钢加固箱体。

3.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述模型箱左、右两侧壁底部均匀开排水孔，于所述排水孔外侧安装止水阀，所述排水孔内侧贴有固液分离尼龙过滤网布。

4.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述试验土体为标准砂样。

5.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述供水系统包括总水箱与一台供水蠕动泵，总水箱与供水蠕动泵通过供水管连接，供水系统通过供水管与储水箱连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述排水系统包括排水管与一台排水蠕动泵，排水管一端伸入降水井内，另一端与排水蠕动泵相连，排水蠕动泵的另一侧通过排水管与总水箱相连，排水管与排水蠕动泵接口处接入流量计。

7.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述透水隔板由两块均匀钻孔的有机玻璃板与一张滤网组成；所述有机玻璃板开孔范围为全断面，高度与试验土体高度相同；所述滤网为固液分离尼龙过滤网布，所述透水隔板两侧及中间各部设一层滤网，所述透水隔板两侧与模型箱侧壁通过止水胶密封。

8.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述基坑止水帷幕为有机玻璃板，依据试验相似比例要求设置厚度，长度根据试验方案采用多种长度规格，有机玻璃止水帷幕的顶部与试验土体表面齐平，所述有机玻璃止水帷幕与模型箱前后两侧侧壁之间粘贴止水膜。

9.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述降水井为pvc管，井管过滤段区位于降水井管下端，孔位平行布置，降水井管过滤段外包裹固液分离尼龙过滤网布，过滤网布通过铁丝缠绕于降水井管过滤段，铁丝沿井管长度方向螺旋缠绕，所述降水井管位于基坑开挖宽度方向正中，降水井管顶部高于基坑内土体表面10cm。

10.根据权利要求1所述的一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，其特征在于：所述测压管由玻璃管和刻度条组成，所述应变片、孔隙水压力传感器和土压力传感器与采集仪连接，所述采集仪连接到计算机上。

技术总结
本技术公开一种用于基坑降水的地下水自循环模型试验装置，包括：模型箱、地下水供排自循环系统、监测装置、试验土体，采用该装置进行室内基坑降水模型试验，地下水渗流过程可形成循环闭合水流，试验用水循环利用，自动化水平高，实现了室内基坑降水模型试验的高效节能，以较小的试验消耗达到了预期的试验目标。本试验装置可以研究不同降水深度对基坑降水过程中坑内外地下水渗流规律、基坑围护结构变形规律以及坑外土体沉降规律的影响，同时可建立抽水井涌水量与坑内地下水的降深关系。

技术研发人员：石磊,傅翼,迟民良,杨开放,徐长节,冯国辉,孙佳政,仇雅诗
受保护的技术使用者：宏润建设集团股份有限公司
技术研发日：20230208
技术公布日：2024/1/13