多空隙组合介质隧洞渗流植被生长用水测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及隧洞开挖影响区的地下水渗透环境模拟和地表植被生长用水的 测试装置，尤其是一种用于实验研究隧洞影响区降雨产生地表径流、地下水渗流和植被生 态生长需水之间水力联系的装置。
【背景技术】
[0002] 水在生态系统中扮演着举足轻重的角色，贯穿于大气一植被一土壤一岩石系统， 是物质传承和能量输运的介质。
[0003] 流域地下水平衡是维持区内植被生态功能的基础，深埋长隧洞等地下洞室的修 建，面临一系列的科学技术问题：流域水文地质单元内的降水、植被、土壤、岩石和洞室之间 水力联系的内在关系问题，涌突水和地下水疏干的机理问题，生态环境保护中植被生态功 能需水的定量评价问题。
[0004] 当前评价隧洞影响区地下水渗流对植被生态功能需水的影响，所采用的水循环模 型、分布式水文过程模拟和地下水渗流平衡理论，彼此独立。现有的隧洞渗流平衡理论和模 型边界，未反映天然复杂地质体多空隙组合特征、渗透特性空间递变及降雨时空动态的影 响。目前用单一的孔隙流、裂隙流或溶孔流描述岩土体渗流特性，没能反映天然地质体复杂 的空隙组合特征。
[0005] 现有的植被生长需水量计算方法，依据的是农作物田间试验成果所建立的经验关 系，有其局限性；现有的植物生长物理模型试验测试技术未考虑地下洞室渗流对植物生态 功能的影响，必然与实际情况有着一定的差距。现有隧洞工程生态影响评价中，大都忽略了 地下洞室渗流对植物生长的影响，且没有对二者之间关系进行定量研究的先例。 【实用新型内容】
[0006] 为了使得室内物理实验模型更接近于隧洞影响区的真实环境，从而为实际施工和 运行作出更可行可靠的指导，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多空隙组合介质 隧洞渗流植被生长用水测试装置，模拟隧洞影响区范围内地下水渗流对植被生态需水的影 响而测定植被生态生长用水量。
[0007] 本实用新型的测试装置是基于以下假设：忽略植被蒸腾作用、大气湿度、温度等因 素的影响，则隧洞影响区降雨量为该区地表径流量、隧洞影响区渗流量和植被生长用水量 三者之和。
[0008] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：多空隙组合介质隧洞渗流植被 生长用水测试装置，包括植物种植模型和降雨模拟装置，还包括根据相似原理制作的隧洞 渗流模型，隧洞渗流模型包括模型边界和填充在模型边界内的模拟渗流地质材料，模拟渗 流地质材料采用与天然岩体具有等效渗流特征的多空隙组合地质单元渗透模拟材料，模拟 渗流地质材料内设有隧洞模拟装置，所述植物种植模型为与隧洞渗流模型尺寸匹配的斜坡 模型，斜坡模型设置于隧洞渗流模型上，在对应斜坡模型低端的模型边界顶面上设有集水 槽，隧洞渗流模型的底部设有渗水底部收集装置。
[0009] 所述隧洞模拟装置包括隧洞模拟管、一步模拟管和二步模拟管，隧洞模拟管预设 于模拟渗流地质材料中，其位于模型边界内的那段管壁上随机分布有渗水孔，其一端管口 露于模型边界以外，一步模拟管的外径与隧洞模拟管的内径相匹配，其与隧洞模拟管的开 孔管段对应的管壁上随机布置有少量漏水孔，二步模拟管的管壁无孔，其外径与隧洞模拟 管的内径相匹配。
[0010] 所述隧洞模拟管露于模型边界以外的管段内壁加工有内螺纹，一步模拟管和二步 模拟管的全部管壁上均加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹。
[0011] 所述斜坡模型由底层的斜坡碎石层和其上的覆土层组成。
[0012] 所述与天然岩体具有等效渗流特征的多空隙组合地质单元渗透模拟材料包括根 据天然岩体的优势裂隙方向和/或优势溶孔方向依次平铺并逐层堆皇的、经渗透等效处理 的基块，所述基块为可单独密铺的、形状规则的各向同性材料块，填充多空隙组合地质单元 渗透模拟材料时，根据天然岩体的裂隙方向或溶孔方向，平铺基块并逐层堆皇，相邻基块之 间设置间隙并在所述间隙内填充渗水介质，并在上下两层基块之间设置滤层。
[0013] 进一步的是，以普通烧结粘土砖作为基块。
[0014] 所述渗透等效处理方式为：表面刷浆处理形成面浆层以封闭部分的基块孔隙。
[0015] 所述渗透等效处理方式为：根据天然岩体的优势溶孔方向对基块进行钻通孔处 理，通孔内填充砂。
[0016] 所述渗透等效处理方式为：相邻基块之间设置间隙并在所述间隙内填充砂。
[0017] 本实用新型的有益效果是：考虑了天然降雨、隧道周围地质环境、隧道开挖衬砌等 对地表植被需水的影响，可以模拟不同裂隙倾角条件下的隧洞模型，可以研究不同斜坡坡 度、不同覆土厚度等组合情况下的降雨、地表径流和隧洞渗流与植物生长需水量之间的关 系。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型装置的原理示意图。
[0019] 图2是本实用新型装置所用模型在未填充任何地质模拟材料时的示意图。
[0020] 图3是隧洞模拟管的示意图。
[0021] 图4是一步t旲拟管的不意图。
[0022] 图5是二步模拟管的示意图。
[0023] 图6是本实用新型可以应用的降雨模拟装置的示意图。
[0024] 图7是对基块进行渗透等效处理的过程示意图。
[0025] 图8是表面刷浆的等效处理方式示意图。
[0026] 图9是钻通孔加工的等效处理方式示意图。
[0027] 图10是图9的俯视图。
[0028] 图11是相邻基块之间设置间隙并在间隙内填充砂的等效处理方式示意图。
[0029] 图12是渗透试验装置的示意图。
[0030] 图13是多空隙组合地质单元渗透模拟材料应用于本实用新型的物理模型试验的 堆皇示意图。
[0031] 图中标记为：1-斜坡模型，2-集水槽，3-隧洞渗流模型，4-隧洞模拟装置，5-降雨 模拟装置，8-隧洞模拟管，9- 一步模拟管，10-二步模拟管，11-碎石层，12-覆土层，13-渗 水孔，14-漏水孔，31-模型边界，32-模拟渗流地质材料，33-排水管，41-渗水孔，42-出 水端口，51-水表，52-控制阀，53-水压表，54-喷头，55-支管，101-出水口，102-出水 管，103-烧杯，104-进出水口界面，105-进水管，106-储水容器，107-排气阀，321-基块， 322-第一等效介质，323-垫块，324-滤层，325-通孔，326-面浆层，327-第二等效介质。 h_覆土层厚度，α-坡度，Lf隧洞模拟管的开孔管段长度，L2-隧洞模拟管的露出段长度， 水头，β-夹角。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0033] 如图1~图13所示，本实用新型的多空隙组合介质隧洞渗流植被生长用水测试装 置：包括植物种植模型、降雨模拟装置和根据相似原理制作的隧洞渗流模型3,隧洞渗流模 型3包括模型边界31和填充在模型边界31内的模拟渗流地质材料32,通常依据隧洞直径 的6倍以上来确定隧洞影响区的范围，而模型边界31可在此基础上扩大并为建模方便进行 调整，模拟渗流地质材料32根据与现场地质环境具有相似性的原则确定采用与天然岩体 具有等效渗流特征的多空隙组合地质单元渗透模拟材料，多空隙组合地质单元渗透模拟材 料，属于一种多空隙组合介质，它作为一种模拟用的填充介质，填充在模型边界31内，模拟 渗流地质材料32内设有隧洞模拟装置4,根据通常的植被恢复措施，所述植物种植模型为 与隧洞渗流模型3尺寸匹配的斜坡模型1，为较准确的模拟现场地质状况，斜坡模型1由底 层的斜坡碎石层11和其上的覆土层12组成，斜坡模型1设置于隧洞渗流模型3上，在对应 斜坡模型1低端的模型边界31的顶面上设有集水槽2,集水槽2的位置不高于覆土层12的 低端位置，确保用集水槽2能够全面地收集坡面径流，并计量坡面径流量，隧洞模拟装置4 包括隧洞模拟管8、一步模拟管9和二步模拟管10,从而实现对于隧洞开挖、衬砌处理施工 全过程的模拟，隧洞模拟管8预设于模拟渗流地质材料32中，其位于模型边界31内的那段 管壁上随机分布有渗