长江岩土工程有限公司;中国地质大学(武汉)常威获国家专利权
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龙图腾网获悉长江岩土工程有限公司;中国地质大学(武汉)申请的专利一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置与方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119804219B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-25发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411829775.X,技术领域涉及:G01N11/00;该发明授权一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置与方法是由常威;朱诗豪;李开慧;谭健基;陈晨;赵桉;魏世毅;黄琨设计研发完成,并于2024-12-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置与方法在说明书摘要公布了:本发明提供了一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置与方法,涉及水文地质领域,包括砂箱部分、水箱部分、测压管部分和抽水井部分。砂箱部分模拟含水层,实验中通过控制填充物颗粒大小与组合关系,实现对实际情况中的地层空间展布的模拟;水箱部分调节砂箱两端水位,通过调节两侧水箱相对高度对砂箱中地下水流动状态进行控制;测压管部分测量砂箱中含水层不同位置水头压力的大小,刻画抽水实验中砂箱的流场;抽水井部分根据不同的实验目的由抽水泵与滤管组成不同倾角的钻孔。该实验装置可以用于获取不同倾角钻孔开展抽水实验时含水层内水位变化速率与降落漏斗规模,并能够实时监测到实验时对流场的扰动状况。
本发明授权一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置与方法在权利要求书中公布了:1.一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验方法,基于一种模拟倾斜钻孔抽水实验的实验装置实现,该实验装置包括砂箱部分A、水箱部分B、测压管部分C和抽水泵部分D;砂箱部分A包括砂箱隔水板1、砂箱透水板2、测压点3、竖井4、斜井5、隔离板6,砂箱隔水板1、砂箱透水板2位于砂箱部分A两端,竖井4、斜井5位于砂箱部分A中部;所述砂箱部分A用于模拟含水层,通过控制在砂箱部分A中填充物颗粒大小与组合关系,实现对实际情况中的地层空间展布的模拟;水箱部分B包括左侧水箱B1和右侧水箱B2,砂箱部分A两侧分别连接左侧水箱B1和右侧水箱B2;左侧水箱B1包括左侧水箱主体8、左侧水箱高度调节螺杆9、左侧砂箱入水口阀门10,右侧水箱B2包括右侧水箱主体11、右侧水箱高度调节螺杆12、右侧砂箱入水口阀门13;通过水箱部分B调节砂箱两端水位,通过调节两侧水箱相对高度对砂箱中地下水流动状态进行控制;测压管部分C用于测量砂箱中含水层不同位置水头压力的大小,刻画抽水实验中砂箱的流场;抽水井部分D包括竖井抽水管16、斜井抽水管17、抽水泵18、抽水泵出水管19;抽水井部分D通过竖井抽水管16连接竖井4,通过斜井抽水管17连接斜井5;抽水井部分D用于根据不同的实验目的由抽水泵与滤管组成不同倾角的钻孔;根据地层岩性特征在砂箱当中填充不同粒度分布和渗透特性的砂样,通过该实验装置实现对工程区域地层的等比例缩小模拟;通过获取不同倾角钻孔开展抽水实验时含水层内水位变化速率与降落漏斗规模,并能够实时监测到实验时对流场的扰动状况;通过开展砂箱抽水实验,监测并分析砂箱内的地下水流动状态,从而获得流场动态分布数据,分析得到流场分布差异与变化规律,其特征在于:该实验方法包括如下步骤: ①装置安装 将左侧水箱主体8通过左侧水箱砂箱连接管16与砂箱连接;右侧水箱主体11通过右侧水箱砂箱连接管25与砂箱连接;测压点3处按照从上到下、从左到右的顺序连接测压管15,布置在测压面板14上; ②砂样装填 装置安装完毕后,通过砂石筛筛取实验所需粒径的砂,将砂分别在隔离板6两侧填入砂箱当中,装填时要逐层压实;模拟不同含水层条件,需要采用不同的填砂方式,本实验采用三种填砂模式:将同一粒径的砂石均匀铺满整个砂箱模拟均质各向同性含水层条件;将不同粒径的砂石分层水平装入砂箱模拟水平展布的强弱互层含水层条件;将不同粒径的砂石分层倾斜装入砂箱模拟产状非水平含水层条件;砂样以透水板2、测压点3所在面板及隔离板6为边界; ③砂样装填完毕后,调节左侧水箱高度调节螺杆9、右侧水箱高度调节螺杆12使左侧水箱主体8与右侧水箱主体11位于同一高度,开启左侧砂箱入水阀门10与右侧砂箱入水阀门13;水槽通过左侧水箱入水口20、右侧水箱入水口24对左侧水箱主体8、右侧水箱主体11供水,水箱中的水分别通过左侧水箱砂箱连接管21、右侧水箱砂箱连接管25向砂箱流动,并在透水板2的亚克力孔洞板28、纱网29的控制下对砂样含水层进行充水,当砂箱含水层左、右侧水位分别达到左侧水箱溢流板22、右侧水箱溢流板26所在高度,左右两侧水箱水位不再上升,此时左、右两侧水箱中的水分别越过左侧溢流板22、右侧溢流板26从左侧溢流出口23与右侧溢流出口27流出,从而控制砂箱两侧水位保持恒定;左右两侧透水板2为定水头边界,隔离板6与测压点3所在面板为隔水边界; ④采用抽水泵18对竖井与斜井进行抽水,接通抽水泵电源,将竖井抽水管16、斜井抽水管17分别插入竖井与斜井当中,设定抽水泵抽水流量,开启抽水泵对竖井与斜井进行抽水,竖井与斜井中的水通过抽水泵出水管19排出; ⑤定时观察测压面板14并记录竖井与斜井水头大小,分析抽水过程中竖井与斜井的水头变化规律的异同,待竖井与斜井中水位保持稳定时,观察测压面板,记录测压管水头数据,依据插值的原理对砂箱等水头线及流线进行刻画,分析竖井与斜井流场是否存在差异;若是无差异,说明斜井抽水实验与竖井抽水实验对砂箱流场扰动情况一致,则实际工程采用斜井抽水试验求取含水层渗透系数可直接采用竖井抽水试验求参方法;若存在差异时,则利用竖井抽水试验与斜井抽水试验流场差异,推导斜井抽水求参的修正方法与修正系数;不同地质结构对应修正方法与修正系数可能存在差异,利用该装置对不同地质结构进行模拟,最终将实验室模型等比例放大应用至工程区,实现工程中斜井抽水试验求参工作; ⑥停止抽水,待砂箱再次达到初始状态时,修改抽水泵抽水流量大小,开始抽水,待竖井与斜井中水位保持稳定时,观察测压面板14,记录测压管15水头数据,依据插值的原理对砂箱等水头线及流线进行刻画,分析竖井与斜井流场是否存在差异; ⑦调节左侧水箱高度调节螺杆9,降低左侧水箱高度,使砂箱左侧水位下降,待水位保持稳定后,重复步骤④—⑥;调节左侧水箱高度调节螺杆9将左侧水箱水位恢复至与右侧齐平,调节右侧水箱高度调节螺杆11,降低右侧水箱高度,使砂箱右侧水位下降,重复步骤④—⑥; 考虑水文地质工程的实际需求,根据地层岩性特征在砂箱当中填充不同粒度分布和渗透特性的砂样,通过实验装置实现对工程区域地层的等比例缩小模拟;通过开展砂箱抽水实验,监测并分析砂箱内的地下水流动状态,从而获得流场动态分布数据,分析得到流场分布差异与变化规律。
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