[发明专利]富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，包括模拟实验箱、盐水循环系统、多个检测组件、数据采集仪和计算机，所述模拟实验箱包括缓冲分水腔和土体腔，缓冲分水腔一侧与外设的渗流盐水箱连通，缓冲分水腔的另一侧与土体腔相连，缓冲分水腔内的水分可渗入土体腔，土体腔内置模型土体，模型土体包括下部的黏土层A、中部的粉细砂层和上部的黏土层B；所述盐水循环系统的冷端与模型土体相连。本发明还公开了一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟方法。本发明的有益效果为：本发明的装置与方法能有效的模拟富水粉细砂地层中的冻结法施工，得到定性的结论，研究富水粉细砂层人工冻结效果的影响因素,为冻结法施工的关键问题提供理论依据。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统及方法。

背景技术

我国很多城市都修建了地铁，因为城市的不同，其所处的地区地质条件也有差别。当需要建设的地铁位于高承压富水砂层(例如武汉地铁12号线园林路站)时，基坑开挖深度大，地质条件及周边环境复杂，地下承压水头高，为一级超深基坑，开挖过程中环境效应明显。为满足在此区域的地铁线路盾构下穿有4号线车站，需在运营的地铁车站主体结构下进行冻结施工，破除原围护地连墙，而冻结粉细砂地层的效果、冻结土体的力学性能和冻结帷幕的稳定性将对洞门破除和盾构穿越施工产生潜在风险。若冻结施工与结构底板的距离不足，过度冻结或欠冻结均将引起既有园林路站主体结构变形，导致安全风险，给工程施工过程的控制和决策带来巨大挑战；且冻结施工时水的流速、冻结施工时冻结管的分布间距以及地下水的含盐量是影响冻结施工效果的重要因素。基于此，亟需针对冻结法施工对周边环境及既有地铁车站影响展开系统研究，而针对富水粉细砂地层冻结法施工效果的研究是重中之重。

为了对富水粉细砂地层冻结法施工效果进行研究，进行室内模型的实验研究是一种比较直观并且有参考依据的方式。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统及方法。

本发明采用的技术方案为：一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，包括模拟实验箱、盐水循环系统、多个检测组件、数据采集仪和计算机，所述模拟实验箱包括缓冲分水腔和进行模拟的土体腔，缓冲分水腔一侧通过分水腔进水管与外设的渗流盐水箱连通，缓冲分水腔的另一侧与土体腔相连，缓冲分水腔内的水分可渗入土体腔，土体腔内置模型土体，模型土体包括下部的黏土层A、中部的粉细砂层和上部的黏土层B；所述盐水循环系统的冷端与模型土体相连，为模型土体提供冷源；所述检测组件分散布置于模型土体内，检测组件、数据采集仪和计算机依次相连，检测组件检测模型土体内各测点的参数，并将参数信号发送至数据采集仪；数据采集仪采集检测组件发送的参数信号并传输至计算机。

按上述方案，所述模拟实验箱还设有通过出水管与外部蓄水池连通的蓄水腔，蓄水腔与缓冲分水腔分别设于模拟实验箱的两侧。所述缓冲分水腔与土体腔之间，土体腔与蓄水腔之间，均分别通过开有窗口的隔板分隔，所述窗口上平铺滤网。

按上述方案，所述盐水循环系统包括制冷机组、盐水箱和多组冻结管，所述制冷机组的热源管道与盐水箱的入口连通，盐水箱的出口分别通过管道与冻结管连通，冻结管穿过模拟实验箱的底板伸入土体腔内，并水平间隔埋设于粉细砂层内。

按上述方案，所述盐水箱通过管道与水泵A的入口连通，水泵A与配液圈的入口连通，配液圈的出口分别通过冻结进水管与各冻结管的入口连通，各冻结管的出口经冻结回流管与集液圈的入口相连，集液圈的出口与盐水箱连通。

按上述方案，所述盐水循环系统还包括恒温水箱，集液圈的出口通过管道与恒温水箱连通，恒温水箱与通过管道与配液圈连通，恒温水箱经水泵B与分水腔进水管连通。