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地下水模拟试验

2020-04-09 21:01

利用各种物理现象的相似性模拟地下水运动的试验。

地下水模拟试验的方法较多,最早也是最普遍使用的是室内模型试验法。该法实质上是以一定比例尺的模型来模拟自然条件,用以研究地下水的运动问题。另一种是根据渗流现象和其他物理现象之间的相似性在特殊模型上进行的模拟,如电模拟、水力积分仪模拟、窄缝槽模拟、薄膜模拟和热模拟等。随着电子计算机的发展,数学模拟在解决地下水运动中得到了广泛应用。

电模拟试验

试验原理是地下水在多孔介质中的流动和导电介质中电流的流动具有相似性,表现为2种物理现象之间的数学相似,利用这种相似就可以通过电场的研究来代替渗流场的研究。电模拟试验包括2种类型的试验:

(1)连续介质电模拟试验。试验所用的电导材料是连续介质。常用的电导材料有导电液、胶体和固体材料,可根据试验要求选用。在设计制作好渗流模型后,利用电桥装置测定等势线,即可求得地下水等水头线。

(2)电阻网络模拟试验。该试验用电阻网络来模拟地下水渗流。在边界网络结点上利用专门电位控制器给于模拟边界条件相应的电压,所有模型区域的电阻网就自动形成应有的位势,可直接用仪表测出,从而求得所研究问题的近似解。由于电阻网络模拟实质上是解函数的差分方程,所以这类仪器又称为电力积分仪。

利用电阻网络模拟解决地下水非稳定流问题,主要有2种方法:①电阻—电容网络模拟,即“R—C”网络模拟,亦称卡普拉斯(Karplus)方法。它以电阻网络导电性来模拟含水层的透水性,用电容储存,释放电量来模拟含水层中水的储存和释放。②电阻—电阻网络模拟,即“R—R”网络模拟。它与“R—C”网络模拟的不同之处是用电阻代替电容来模拟含水层的储水性。“R—C”网络和“R—R”网络模拟能较好地解决具有复杂边界条件的非均质含水层中的稳定和非稳定渗流问题。

水力积分仪模拟试验

水力积分仪是利用模型中的水流过程与天然渗流过程完全相似的原理,求解潜水非稳定运动问题。

窄缝槽模拟试验

在两块垂直平行板间的狭缝间隙中,黏性液体作层流运动时服从达西定律。根据这种相似性,可以利用通过窄缝槽的液体流动模拟流体通过多孔介质的流动。

薄膜模拟试验

根据自由水面的微分方程和一个均匀张拉的橡皮薄膜的垂直小挠度微分方程具有同样形式的原理,将薄膜边界各点的相对坐标做成与透水介质的边界条件成比例,则所有内部的点也将与原型内部相应点成比例,从而可用薄膜来模拟自由水面的情况。

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