[发明专利]用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，包括底座(1)，所述的底座(1)上设置有底板(2)，其特征在于，所述的底板(2)上口径由小到大依次设置有水源仓隔板(3)、帷幕隔板(4)和积水仓隔板(5)，所述的水源仓隔板(3)的内部形成水源仓(6)，所述的水源仓隔板(3)与所述的帷幕隔板(4)之间形成帷幕槽段(7)，所述的帷幕隔板(4)和所述的积水仓隔板(5)之间形成积水仓(8)；

所述的水源仓隔板(3)和帷幕隔板(4)的顶部设置有密封盖(9)；所述的密封盖(9)上贯通设置有注水管(10)，所述的注水管(10)与外部的水箱(11)相连；

所述的水源仓隔板(3)的顶部设置有第一密封垫(15)，所述的帷幕隔板(4)的顶部设置有第二密封垫(16)；

所述的水源仓隔板(3)上均匀布设有多个水源仓透水孔(12)；所述的帷幕隔板(4)上均匀布设有多个帷幕渗水孔(13)；所述的积水仓隔板(5)上靠近底部处设置有泄水管(14)。

2.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的水源仓隔板(3)和帷幕隔板(4)的高度相同。

3.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的积水仓隔板(5)的外壁上部设置有外侧围沿(17)。

4.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的密封盖(9)外部设置有定位端(18)，所述的帷幕隔板(4)上设置有限位端(19)，所述的定位端(18)和限位端(19)通过紧固件(20)相连。

5.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的水箱(11)的内部设置有水泵(21)，所述的水泵(21)通过水管(22)与注水管(10)相连。

6.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的泄水管(14)上设置有泄水阀(23)。

7.如权利要求1所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置，其特征在于，所述的泄水管(14)上设置有流量计(24)。

8.一种如权利要求1至7任一项所述的用于截水帷幕位置优选及效果评价的实验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据现场水文地质和工程地质条件，初步确定截水帷幕的位置并识别截水帷幕地层层位性质；

所述的截水帷幕地层层位性质包括地层i的地层强度F_cui、孔隙率n_i、密实度m_i和渗透系数K_i；

步骤二，根据步骤一初步确定截水帷幕的位置并识别截水帷幕位置地层性质配制相应的室内相似模拟材料，通过室内相似模拟材料模拟工程现场截水帷幕位置的地层特征；

所述的室内相似模拟材料为砂、卵石、砂土、砂岩相似材料、灰岩相似材料或混合材料；

步骤三，根据工程现场截水帷幕的工况特征，初步确定截水帷幕拟采用的截水形式、帷幕材料、帷幕尺寸参数、施工工艺、水头压力P₁和水源类型；

步骤四，根据步骤三确定的帷幕尺寸参数调整帷幕隔板与水源仓隔板的距离，设定好帷幕厚度D和围井周边帷幕墙轴线长度S；

步骤五，根据步骤三确定的水源类型，在水源仓内填充步骤二配制的室内相似模拟材料；

所述的室内相似模拟材料的地层强度F_cuj、孔隙率n_j、密实度m_j和渗透系数K_j分别对应截水帷幕地层层位性质中的地层强度F_cui、孔隙率n_i、密实度m_i和渗透系数K_i；

步骤六，根据步骤三确定的帷幕材料和施工工艺，在帷幕槽段内填充抗渗混凝土、黏土、原位砂卵石或铺设防渗膜，分别模拟悬挂式、落底式、全封闭或半封闭的截水帷幕工艺，并进行优选；

步骤七，将密封盖盖在水源仓和帷幕槽段的上方，镶固在定位端的紧固件与帷幕槽段的外壁上的限位端紧扣，将密封盖紧紧地贴在水源仓上部的第一密封垫和帷幕槽段的侧壁的上部设置有第二密封垫上，形成封闭的空间；

步骤八，水箱中的水泵将水箱中的水通过水管和注水管送入水源仓，水流在水源仓的砂、卵石、砂土、砂岩相似材料、灰岩相似材料或混合材料中流动，分别模拟出松散层孔隙水、砂岩孔隙裂隙水或灰岩溶隙水过水通道渗流，水流在水源仓内逐渐升压，直至水泵将水源仓内的水压加压至设计的水头压力P₁，关闭水泵；

步骤九，水源仓内的高压水在经过水源仓透水孔进入帷幕槽段内，帷幕槽段中防渗膜阻挡大部分水流，少数水流经过帷幕墙从帷幕渗水孔渗透进入积水仓；

步骤十，打开积水仓外部的泄水管上的泄水阀，积水仓中渗滤水经过泄水管流出，流量计记录积水仓出水量q，同时自动记录积水仓内的水头压力P₂；

步骤十一，将记录的积水仓出水量q、帷幕厚度D和围井周边帷幕墙轴线长度S、水源仓内设计的水头压力P₁和积水仓中的水头压力P₂分别代入公式(1)进行计算，得出截水帷幕综合渗透系数K；

式中：K-截水帷幕综合渗透系数，m/d；

q—帷幕渗透水量，m³/d；

D-帷幕厚度，m；

S-围井周边帷幕墙轴线长度，m；

P₁-水源仓内的水头压力，MPa；

P₂-积水仓中水头压力，MPa；

步骤十二，根据积水仓出水量q和截水帷幕综合渗透系数K评价不同水头压力下的帷幕材料、帷幕厚度、帷幕深度和组合形式的截水效果，选择出现场最佳的帷幕材料、帷幕尺寸参数、施工工艺；

步骤十三，根据步骤三～步骤十二中确定的截水帷幕的位置、截水帷幕地层层位性质、截水形式、帷幕材料、帷幕尺寸参数和施工工艺，在现场构筑截水帷幕，检验截水帷幕效果，得出施工现场的截水帷幕综合渗透系数K'，并通过公式(2)与试验过程中的截水帷幕综合渗透系数K得出用于截水帷幕位置优选及效果评价的试验装置的修正系数α；

α＝K'/K                            (2)

步骤十四，根据步骤一～步骤十三试验结果确定的截水帷幕的位置、截水帷幕地层层位性质和现场构筑的截水帷幕应用效果，得出帷幕位置地层真实的地层强度F_cuz、真实孔隙率n_z、真实密实度m_z、真实渗透系数K_z；

所述的修正后得出渗透相似材料的地层强度β＝F_cuz/F_cuj、孔隙率修正系数γ＝n_z/n_j、密实度δ＝m_z/m_j和渗透系数ε＝K_z/K_j；

步骤十五：根据步骤十四修正的参数，重新调整、配制步骤二的室内相似模拟材料，按照步骤三～步骤十二重新进行截水帷幕位置优选与截水效果评价试验，检验试验结果与现场实测数据之间的偏差。