【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柱体模拟试验，尤其涉及一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统及方法。
技术介绍
1、西部干旱半干旱区井工煤炭开采造成煤层上覆含水层及地表土壤层不同程度的破坏，形成采煤沉陷区。沉陷区土壤中的水分自下而上发生毛细作用影响地表植被的生长和地面设施。因此探究采煤沉陷区土壤水分对地下水位变化的响应机制，在环境保护、地下水开发等方面具有重要的意义。现有的土壤水分对地下水位变化响应模拟装置多为柱体毛细试验单体装置，缺乏还原采煤沉陷区真实样貌的装置，无法模拟煤炭开采过程，且缺少采煤沉陷区土壤水分对地下水位变化响应的实验模型。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统及方法，来解决传统柱体无法模拟煤炭开采过程与还原采煤区沉陷样貌以及无法模拟采煤沉陷区土壤水分对地下水位变化响应的问题。
2、本专利技术提供了一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统，包括柱体模块、供水模块、监测模块和可移动装置；
3、所述柱体模块为底部密封顶部敞口的棱柱结构，包括柱体，柱体用于盛装实验用土；
4、所述柱体下部设置有注水口和排水口；
5、所述柱体底部设置有竖直方向可伸缩的油囊，所述油囊上部设置有橡胶包塞，油囊与分流箱、液压泵顺次连接；
6、所述供水模块包括支架、水箱和管路；所述支架上部安设水箱，所述水箱下部侧壁设置有出水口，所述出水口与管路连接；
7、
8、所述可移动装置包括底板和万向轮，所述柱体与支架固定在底板上，所述万向轮固定在底板下。
9、为了能准确模拟不同采高，所述油囊为十个单体油囊，从上到下分别记为第一单体油囊～第十单体油囊，单体油囊的制作材料为聚氨酯材料，最下部油囊为第十单体油囊，第十单体油囊与橡胶包塞膨胀厚度为1cm，其余第一单体油囊～第九单体油囊膨胀厚度2cm，单个油囊抗压强度为800～1000pa。
10、所述橡胶包塞为不透水活塞。
11、每个单体油囊前端设置进液口、后端设置出液口，进液口、出液口分别与液压泵控制的分流箱连接。
12、所述支架为单脚支架。
13、所述水箱外侧壁焊接有套筒，下部固定有卡扣。
14、所述管路首端和尾端分别连接出水口与注水口，首端设置有水阀。
15、所述管路为橡胶软材料。
16、所述柱体由透明亚克力板制作而成，侧壁含有厘米刻度线，为了防止油囊阻挡水体流出，注水口与排水口分别布置在柱体底部20cm的侧壁和后部位置，内侧壁沿竖直方向等距布置有水率传感器。
17、本专利技术还提供了一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验方法，采用所述的系统实现，包括以下步骤：
18、步骤1，实验开始前，根据煤层工程原型及模型尺寸，确定几何相似比，结合煤矿地质条件与相关论文经验，相似材料骨料选取河砂和云母粉，胶结材料选取碳酸钙和熟石膏，缓凝剂选择硼砂，根据煤层上覆岩层的软硬程度及物理力学性质，按照经验人为将相似材料进行配比，由相似开采高度选取需要的单体油囊个数及编号，打开分流箱和液压泵，控制油液注入所选油囊；在柱体中分层铺设相似实验材料，同时在固定高度布置水率传感器，每铺设一层土体夯实一次；
19、步骤2，在水箱中灌满水，打开阀门，同时开启水率传感器记录数据；打开卡扣，人为适当上下移动水箱，使柱体的液面高度(即模拟的地下水位高度)达到采煤区地下水位设定位置，然后关闭卡扣和水阀；
20、步骤3，利用分流箱控制液压泵将油囊油液抽出，柱体内土体自然落下模拟采煤沉陷区，随后打开柱体下部的排水口，实时记录水率传感器数据；
21、步骤4，重复执行步骤1～步骤3，重复执行时，在步骤2中变更柱体内初始液面高度；
22、步骤5，将油液抽出前所记录的数据按序号列、称号列、线号列、点号列、东坐标、北坐标及含水率按列记入excel表中，导入sufer软件中作插值处理，得到矿区未开采时各地层含水率分布特征；将排水口打开后传感器的数据绘制成曲线，每个传感器的实时变化数据为一组，得到矿沉陷区不同地层含水率随地下水位下降的变化规律；将同一地层不同初始水位条件下的含水率随地下水位下降响应变化数据记为一组，得到沉陷区土壤水分随水位下降的响应规律在不同初始水位条件下的差异性。
23、有益效果：本专利技术提供了一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统及方法，不仅能够还原煤炭开采过程与还原采煤区沉陷样貌，而且能够模拟采煤沉陷区土壤水分对地下水位变化响应，为研究煤炭开采对水资源的影响以及地下水位对采煤区土壤的影响提供一种新的研究方法，对于矿区尤其是西部生态脆弱矿区的环境保护提供一定的价值。
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1.一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统，其特征在于，包括柱体模块、供水模块、监测模块和可移动装置；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，为了能准确模拟不同采高，所述油囊(2)为十个单体油囊，从上到下分别记为第一单体油囊(22)～第十单体油囊(31)，单体油囊的制作材料为聚氨酯材料，最下部油囊为第十单体油囊(31)，第十单体油囊(31)与橡胶包塞(3)膨胀厚度为1cm，其余第一单体油囊(22)～第九单体油囊(30)膨胀厚度2cm，单个油囊抗压强度为800～1000Pa。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述橡胶包塞(3)为不透水活塞。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，每个单体油囊前端设置进液口(4)、后端设置出液口(18)，进液口(4)、出液口(18)分别与液压泵(6)控制的分流箱(5)连接。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述支架(7)为单脚支架。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述水箱(8)外侧壁焊接有套筒(19)，下部固定有卡扣(20)。
7.如权利要求6所述
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述管路(11)为橡胶软材料。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述柱体(1)由透明亚克力板制作而成，侧壁含有厘米刻度线，为了防止油囊阻挡水体流出，注水口(12)与排水口(21)分别布置在柱体(1)底部20cm的侧壁和后部位置，内侧壁沿竖直方向等距布置有水率传感器(13)。
10.一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验方法，采用如权利要求1～9任一项所述的系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种土壤水对地下水位变化响应模拟实验系统，其特征在于，包括柱体模块、供水模块、监测模块和可移动装置；
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，为了能准确模拟不同采高，所述油囊(2)为十个单体油囊，从上到下分别记为第一单体油囊(22)～第十单体油囊(31)，单体油囊的制作材料为聚氨酯材料，最下部油囊为第十单体油囊(31)，第十单体油囊(31)与橡胶包塞(3)膨胀厚度为1cm，其余第一单体油囊(22)～第九单体油囊(30)膨胀厚度2cm，单个油囊抗压强度为800～1000pa。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述橡胶包塞(3)为不透水活塞。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，每个单体油囊前端设置进液口(4)、后端设置出液口(18)，进液口(4)、出液口(18)分别与液压泵(6)控制的分流箱(5)连接。
5.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李俊孟，黄艳利，邬志雄，李新刚，郭亚超，郭鑫，艾泽田，杨原，王恒，段良超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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