[发明专利]一种地下水模拟系统及方法

权利要求书

1.一种地下水模拟系统，其特征在于，包括：供水循环装置、用于模拟土壤层的模型装置、冷却装置、测量装置；其中所述供水循环装置用于模拟地下水的流动并将带有压力的模拟地下水注入到模型装置内的土壤层中；其中所述模型装置用于模拟土壤层；所述模型装置设有N个不同类型土壤组成的土壤层，所述N个不同类型土壤组成的土壤层沿着竖直方向分层分布，以使供水循环装置的模拟地下水流经土壤层以模拟地下水在砂卵石层间流动；所述冷却装置沿竖直方向插入模拟装置的N个不同类型土壤组成的土壤层内以模拟周围土壤的冷却和/或冻结；所述测量装置用于测量模型装置内部的温度和模拟地下水的流速；

其中该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置内的土壤层后的出水；在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置的内腔导通；

其中冷却装置为模型装置从上至下贯穿安装有冷却用的不锈钢冷却管，该不锈钢冷却管内设循环流动的冷却盐水以将周围土壤冷却、冻结，该不锈钢冷却管通过带保温层的软管与制冷装置相连接。

2.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，该供水循环装置包括水槽和循环水泵，该循环水泵连接水槽和模型装置以将模拟地下水输送到模型装置内；该循环水泵通过溢流阀连接模型装置。

3.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，该模型装置包括外壳，所述外壳至少包括前面板和后面板；其中前面板上设有多个供水腔，且每一供水腔都设有接头以连接供水循环装置，且所述供水腔朝向模型装置内的一侧壁上设有多个渗水孔以模拟地下水向土壤层的渗透；其中后面板上设有多个出水口以模拟地下水经过模型装置内的土壤层后的出水；在后面板外还设有集水槽，该集水槽通过后面板上的出水口与模型装置的内腔导通。

4.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，测量系统包括温度传感器组、水流流速传感器组和光栅传感分析仪，以检测模型内的温度分布和水流流速变化；其中，温度传感器组、水流流速传感器组为光栅类型；其中温度传感器组的温度传感器为光纤光栅温度传感器，其具有不锈钢金属管封装，利用光栅自有的温度敏感特性来监测温度。

5.根据权利要求1所述的地下水模拟系统，其特征在于，其中制冷装置包括：不锈钢冷却管、储水槽、水泵、压缩机组、制冷控制器和连接管路；制冷装置工作时水泵将储水槽内的制冷介质通过热交换器制冷后注入到模型内的不锈钢冷却管，不锈钢冷却管内的盐水对模型进行冷却并回流到储水槽；压缩机制冷剂与盐水通过热交换器进行热量传递。

6.根据权利要求5所述的地下水模拟系统，其特征在于，不锈钢冷却管采用双层结构，进水从中心底部流出，通过夹层向上流动，热量通过外层的钢管壁进行交换。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的地下水模拟系统进行模拟的方法，其特征在于，包括：

将供水循环装置、冷却装置、测量装置连接模型装置；

在施工现场开挖实验用基坑，将模型装置放置在基坑中并进行填土；利用测量装置进行测量。