富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统技术方案

本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术的有益效果为：本实用新型专利技术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。

Simulation system of construction effect of freezing method in water rich silty fine sand stratum

The utility model discloses a construction effect simulation system of water rich silty fine sand stratum freezing method, which includes a simulation experiment box, a salt water circulation system, a plurality of detection components, a data acquisition instrument and a computer. The simulation experiment box includes a buffering water separating chamber and a soil body cavity, one side of the buffering water separating chamber is connected with the peripheral seepage salt water box, the other side of the buffering water separating chamber is connected with the soil body cavity, which is slow The water in the water diversion cavity can penetrate into the soil cavity, and the soil cavity is built with the model soil body, which includes the lower clay layer a, the middle silty fine sand layer and the upper clay layer B; the cold end of the salt water circulation system is connected with the model soil body. The beneficial effect of the utility model is: the device and method of the utility model can effectively simulate the freezing method construction in the water rich silty fine sand stratum, obtain the qualitative conclusion, study the influencing factors of the artificial freezing effect of the water rich silty fine sand stratum, and provide the theoretical basis for the key problems of the freezing method construction.

【技术实现步骤摘要】
富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统
本技术涉及一种实验装置，具体涉及一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术的目的在于，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。本技术采用的技术方案为：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。按上述方案，所述冻结管包括均采用铜管制成的内管和外管，内管的外壁与外管的内壁形成回流通道；所述内管的一端设有冻结进水口，内管的另一端与回流通道连通；所述外管开设有冻结回流口；所述冻结进水管与冻结进水口相连，冻结回流管与冻结回流口相连。按上述方案，所述检测组件包括多个温度传感器和多个压力计，所述温度传感器和压力计均分别分散埋设于粉细砂层的各测温点处。按上述方案，所述缓冲分水腔内装满石子。本技术的有益效果为：本技术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，模拟在渗流流速、地下水含盐量、冻结管间距不同时，冻结效果的不同，从而得到定性的结论，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；本技术所述方法操作简单，适应性强。附图说明图1为本技术一个具体实施例的整体结构示意图。图2为本实施例中模拟实验箱的示意图。图3为本实施例中冻结管的结构示意图。图4为本实施例中冻结管及测温点的布置示意图一。图5为本实施例中冻结管及测温点的排布示意图二。其中：1、模拟实验箱；1.1、缓冲分水腔；1.2、分水腔进水管；1.3、黏土层A；1.4、粉细砂层；1.5、黏土层B；1.6、蓄水腔出水管；1.7、蓄水腔；1.8、滤网；2、数据采集仪；3、计算机；4、蓄水池；5、制冷机组；6、盐水箱；7、冻结管；7.1、冻结进水口；7.2、冻结回流口；8、水泵A；9、配液圈；10、冻结进水管；11、冻结回流管；12、集液圈；13、水泵B；14、渗流盐水箱；15、恒温水箱；16、测温点；17、水泵C。具体实施方式为了更好地理解本技术，下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步地描述。如图1和图2所示的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1、盐水循环系统、多个检测组件、数据采集仪2和计算机3，所述模拟实验箱1包括缓冲分水腔1.1和进行模拟的土体腔，缓冲分水腔1.1一侧通过分水腔进水管1.2与外设的渗流盐水箱14连通(分水腔进水管1.2与外设的渗流盐水箱14之间配有水泵C17)，缓冲分水腔1.1的另一侧与土体腔相连，缓冲分水腔1.1内的水分可渗入土体腔，土体腔内置模型土体；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2和计算机3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2；数据采集仪2采集检测组件发送的参数信号并传输至计算机3。优选地，所述模型土体包括下部的黏土层A1.3、中部的粉细砂层1.4和上部的黏土层B1.5。优选地，所述模拟实验箱1还设有通过出水管与外部蓄水池4连通的蓄水腔1.7(蓄水腔1.7通过蓄水腔出水管1.6与蓄水池4连通)，蓄水腔1.7与缓冲分水腔1.1分别设于模拟实验箱1的两侧。所述缓冲分水腔1.1与土体腔之间，土体腔与蓄水腔1.7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1.8(可为金属网)，滤网1.8上包覆土工纱布，以阻挡砂层流动并起到过滤作用。优选地，所述盐水循环系统包括制冷机组5、盐水箱6和多组冻结管7，所述制冷机组5的热源管道与盐水箱66的入口连通，盐水箱6的出口分别通过管道与冻结管7连通，冻结管7穿过模拟实验箱1的底板伸入土体腔内，并水平间隔埋设于粉细砂层1.4内。优选地，所述盐水箱6通过管道与水泵A8的入口连通(该管道上配置盐水控制阀门)，水泵A8与配液圈9的入口连通，配液圈9的出口分别通过冻结进水管10与各冻结管7的入口连通，各冻结管7的出口经冻结回流管11与集液圈12的入口相连，集液圈12的出口与盐水箱6连通(该管道上配置盐水控制阀门)。优选地，所述盐水循环系统还包括恒温水箱15，集液圈12的出口通过管道与恒温水箱15连通(该管道上配设清水控制阀门)，恒温水箱15与通过管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，其特征在于，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，缓冲分水腔一侧与渗流盐水箱连通，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。/n

【技术特征摘要】
1.一种富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，其特征在于，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，缓冲分水腔一侧与渗流盐水箱连通，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。


2.如权利要求1所述的富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，其特征在于，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。


3.如权利要求1所述的富水粉细砂地层冻结法施工效果模拟系统，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡兵华，李忠超，梁荣柱，吴文兵，黄超群，曲来，黄栋，
申请(专利权)人：武汉市市政建设集团有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42