地下水渗流模型实验系统设计

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1、地下水渗流模型实验系统设计张清林耿冬青（中国建筑股份有限公司技术中心地下工程研究所，北京，顺义区，101300）【摘要】为了观察水在土中的渗透过程，模拟工程降水、边坡工程施工过程中出现的地下水渗透破坏，设计了一套能进行多种滲透情况的演示和模拟实验地下水渗流模型实验系统。介绍了地下水渗流模型实验系统的组成结构，以及它所能进行的模型试验。可为工程降水及边坡工程稳定等研究提供实验室数据和基础参数。【关键词】渗透；模型试验；传感器1前言目前，随着城市建设进程的加快，城IX内的建筑高度越来越大，基坑也越来越深，在开挖较深、地表有沉降有严格要求的基坑时，通常会采取坑内降水、坑外

2、止水的措施，这样在坑内外就形成了一个水头差，当水头差达到一定程度且止水结构失效时，就会发生土体的渗透破坏。造成基坑失稳、堤坝塌方等工程事故[1~5]。不仅影响施工进度，更有甚者会造成人员伤亡。如何评价基坑及边坡发生渗透破坏的稳定性问题成为重要的课题。在基坑工程中，由于常采用帷幕来降低发生渗透破坏的可能性，井点降水过程中坑底水位不断下降，以及水源补给条件的多样性，都会造成基坑工程中渗流场的分布有很大的不确定性、复杂性。木文提出的地下水渗流模型实验系统能对基坑土体在降水、回灌，以及不同工况下的边坡工程进行滲流模拟，通过压力传感器测得孔隙水压力，计算压力水头，分析其渗流场

3、，评价其稳定性。为基坑工程降水及边坡工程的渗透稳定等研究提供实验室数据和基础参数。2地下水渗流模型实验系统组成整个设备由主要渗流装置、供水系统、排水系统、降雨模拟系统、计算机监控系统共五大系统及角钢支座组成。主要渗流装置是完成各种模型试验的主要设备，由有机玻璃水槽做成，厚1.5cm，玻璃水槽尺、j•为L×B×H=2.6m×1.4m×1.2m，长边方向两端面布置直径2cm的小孔，作为渗流时补给水源及排水用；隔板用来区分不同的功能区：槽首供水区，尺L×B×H=0.3m×1.4m&time

4、s;1.2m；槽中渗流区，尺、上L×B×H=2.0m×1.4m×1.2m；槽尾排水区，尺寸L×B×H=0.3m×1.4m×1.2mo供水区与渗流区之间，以及渗流区与排水区之间加透水活动传力柱顶托，以防装样后渗流区两端变形；传力柱布局及结构见图1。传力柱在实验后可以拆卸。俾力柱外侧直径8cm，壁厚5mm，长29.9cm;侧壁开U宽度为lcm。材质为有机玻璃。监测井包括抽水井和冋灌井，监测井可以根据实验0的自由设计其结构和安放位置，采用PVC管制成；内径2cm,外径2.5cm

5、,管壁厚2.5mm,井长度120cm,网眼密度：3眼/cm2,网眼直径：3mm,在使用吋需用纱网将监测井包裹防止砂粒进入监测井，以防止发生堵塞。供水系统是补给土体进行渗透试验用水的设备，艽通过可以调节高度的支架及设置在储水箱的排水孔来保证进行渗透试验所需的水源。供水箱可在带螺纹的升降杆作用下上下移动，用以调节渗流槽内的压力水头，供水箱下方冇与渗流槽相连的软管，中间用阀门控制供水量大小。图2主要渗流装置图排水系统是各种地下水相关试验过程中进行排水的装置，包括排水管，阀门等。降雨模拟系统是用来模拟工程场地受降水影响时的淋雨装置，由喷淋器、供水管路、供水泵组成。淋喷器用硬

6、塑料管做成，均布着直径为3mm的小孔，通过供水泵和阀门来调节降水量的大小。卟算机监控系统是本实验装置的数据采集系统，其通过设置在不同位置处的传感器和百分表，来测量土体在渗流作用下的侧向压应力的变化、孔隙水压力的变化以及土体表面的沉降。角钢支座能防止因水土压力导致玻璃水槽发生变形，起固定的作用。从槽底部向上，分别在高度为30cm、60cm、90cm处，加水平角钢围栏固定槽体周边四个侧壁。槽体底部的托底角钢从渗流区一端开始布设，相邻两个角钢横梁相距40cm。角钢厚度为5mm,宽度5cm。角钢强度须要能够承载槽中的荷载，确保渗流装置不发生明显变形而影响实验精度。3渗流模型

7、实验系统功能设计本地下水渗流模型实验系统可通过不同设计完成如下实验功能：3.1模拟降水及冋灌引起的上体沉降本滲流模型实验系统能够模拟工程场地受施工降水及自然降水影响地基上体的沉降，模拟工程场地土体由于冋灌作用产生的变形冋弹及土体应力的变化。并能进行水土压力的测量、地基土体沉降的量测。根据工程场地的勘察报告，在渗流区设置模拟实际情况的土层，通过供水系统设置一定高度的地下水位，在渗流槽特定位置设置抽水井，用抽水泵进行抽水；在土体表面放置百分表，百分表固定在滲流槽壁上，可以测量表面土体在施工降水作用下土体表面的沉降。在土体内部埋设水压力和土压力传感器，用来测量土体在施