基于热温差原理的岩土中渗流流速流向测量技术研究
渗流是指流动在岩土孔隙中运动的地下水,它的流动特性(流速、流向)是地质灾害监测中的两个重要参数,然而渗流隐藏于地表之下,地层中复杂的空间结构使得渗流的流动也变得复杂无比,想要直接对其进行测量十分困难.目前常用的渗流监测方法因测量原理、方式、材料等局限,往往存在以下几方面的不足:①难以同时对流速、流向、温度三个参数进行同时测量.②测量仪器庞大,在地质结构复杂处难以安装.③可回收性差,容易对地下环境造成污染与破坏.④测量仪器功耗较大,无法在野外进行长期监测. 针对上述问题,本文提出了一种使用温度作为监测量来同时实现渗流流速、流向测量的方法,通过测量渗流的温度变化来定量分析渗流的流速、流向.基于热温差的测量方法不会对地下环境造成污染,并且测量结构简单,可实现在野外的长期监测.本文的主要研究工作如下: 1、设计了可模拟渗流流动的实验装置,装置包括砂箱流道、水循环系统、渗流流速调节系统.该装置可模拟出不同的渗流流速,并且流速能保持长时间稳定. 2、设计制作了渗流测量传感器,对传感器内部各器件的型号、材料进行选择,对传感器的整体结构、尺寸通过实验进行分析确定. 3、完成了渗流传感器测量电路的设计,测量电路能够对传感器中测量到的各种信号量进行采集,并使用无线方式将数据传输至电脑端. 4、在电脑端进行了上位机软件的制作,上位机软件负责接收来自测量电路端的数据,然后对接收到的数据进行处理,计算要测量的物理量,最后将测量数据与处理后的结果一起放入数据库中保存. 5、对设计的渗流传感器进行了流速测量实验,验证了其在渗流流速测量上的可行性,提出了温度特征值的概念用来计算渗流流速.通过给传感器设定不同的供电电压及外界流速,探究了渗流传感器的最佳工作电压以及在最佳工作电压下的流速测量范围. 6、探究了渗流传感器在不同流向下,渗流流速与温度特征值之间的关系,使用Matlab拟合并推导出不同流向范围内,温度特征值与渗流流速、流向三者之间的函数关系式,同时使用多个渗流传感器来实现对渗流流速、流向的测量. 本课题设计与制作的渗流传感器采用热温差原理来实现对渗流流速、以及二维方向上流向的测量.本文使用的测量方法与实验数据、结论可为日后渗流传感器在三维流向测量上提供理论依据与实验支撑.
岩土;渗流流速;流向测量;热温差原理
中国计量大学
硕士
控制工程
李青;陈华民
2021
中文
TU45
2022-06-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）