一种大型地裂缝物理模型的实验系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种大型地裂缝物理模型的实验系统，涉及基于地质学的实验测量技术领域，实现了通过实验模拟，在开采地下水条件下，研究在基岩潜山部位地层差异压缩导致地裂缝发育扩展的物理模型。本发明专利技术包括：模型箱由有机玻璃溶接制成；支撑框架系统包括框架、硬支撑和千斤顶，框架固定安装在模型箱的外表面，硬支撑为金属框架结构，覆盖安装在模型箱的外表面，千斤顶用于调节模型箱底的水平程度；在每一端的每个进水口上安装水量量测仪表和水阀；在每个排水口上安装水量量测仪表和水阀；基底形态控制系统包括：监测仪器由在各层中设置的分布式光纤、液位计、位移计、测压管和温度计组成。本发明专利技术适用于地裂缝物理研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于地质学的实验测量
，尤其涉及一种大型地裂缝物理模型的实验系统。
技术介绍
在矿产开发、隧道挖掘等工程中，地质裂缝会对工程本身造成很多不利因素，甚至酿成事故。因此在需要在前期勘探中对可能出现的地质裂缝进行充分测量以及研究评估，以便能够安全施工，保护作业人员，同时减小工程隐患。其中，地下水的变化又是造成地质裂缝的主要原因之一。在工程的施工过程中，很多时候都需要人为主动抽水，而在抽水后孔隙水压力下降颗粒间浮托力减小，但由于抽水过程中土层的总应力基本保持不变，故导致有效应力增加，土层压密，垂向位移随着地下水位的降低而逐渐增大。又由于受基岩潜山影响，土层厚度在潜山附近形成突变，土体差异压缩，导致在地表形成裂缝。但是，目前对于基岩潜山环境中的地质裂缝的评估方式，主要还是通过实地勘探。同时，实际的地下水网较为复杂，在基岩潜山的环境中，很难准确评估地下水的变化对于地质裂缝的影响情况。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种大型地裂缝物理模型的实验系统，实现了通过实验模拟，在开采地下水条件下，研究在基岩潜山部位地层差异压缩导致地裂缝发育扩展的物理模型。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术的实施例提供的方法，包括：模型箱、支撑框架系统、进水系统、排水系统和基底形态控制系统；所述模型箱由有机玻璃溶接制成；所述支撑框架系统包括框架、硬支撑和千斤顶，所述框架固定安装在所述模型箱的外表面，所述硬支撑为金属框架结构，覆盖安装在所述模型箱的外表面，所述千斤顶用于调节所述模型箱底的水平程度，所述千斤顶的底座安置在地面上，且所述千斤顶的举重杆接触所述金属框架结构的地盘；所述进水系统包括了设置在所述模型箱两端的进水口，其中，在每一端的每个进水口上安装水量量测仪表和水阀；所述排水系统包括了设置在所述模型箱底部的排水口，并在每个排水口上安装水量量测仪表和水阀；所述基底形态控制系统包括：铺设在所述模型箱中的土层，和设置在所述土层中的监测仪器；其中，自所述模型箱底至上，所述土层包括：粘土层、砂层、粉土层和粘土薄层，且在所述土层之间设置用于标识的云母片；所述监测仪器由在各层中设置的分布式光纤、液位计、位移计、测压管和温度计组成。本专利技术实施例提供的大型地裂缝物理模型的实验系统，通过实验模拟装置实现了研究抽水条件下，不同厚度含水层及其顶板弱透水层的沉降差异实验；和，研究弱透水层抽水条件下土层固结沉降规律；和，研究并监测地裂缝形成演化过程；和，研究起伏基底对地裂缝产生的影响；和，研究弱透水层、含水层释水形变参数的多监测方式获取。本实施例所提供的实验系统的运行原理在于：地下某深度处地层总应力σ等于有效应力和孔隙水压力u之和,即：抽水后孔隙水压力下降颗粒间浮托力减小，但由于抽水过程中土层的总应力基本保持不变，故导致有效应力增加，土层压密，垂向位移随着地下水位的降低而逐渐增大。由于受基岩潜山影响，土层厚度在潜山附近形成突变，土体差异压缩，导致在地表形成裂缝。本实验模拟在开采地下水条件下在基岩潜山部位地层差异压缩导致地裂缝发育扩展的物理模型。从而实现了通过实验模拟，在开采地下水条件下，研究在基岩潜山部位地层差异压缩导致地裂缝发育扩展的物理模型。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的大型地裂缝物理模型的实验系统的总体结构示意图；图2、3、4为本专利技术实施例提供的大型地裂缝物理模型的实验系统的具体结构示意图；图5、6、7、8为本专利技术实施例提供的大型地裂缝物理模型的中，各土层中的传感器和光纤的布置方式示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术实施例提供一种大型地裂缝物理模型的实验系统，如图1所示，包括：模型箱、支撑框架系统、进水系统、排水系统和基底形态控制系统。其中：所述模型箱由有机玻璃溶接制成。所述支撑框架系统包括框架、硬支撑和千斤顶，所述框架固定安装在所述模型箱的外表面，所述硬支撑为金属框架结构，覆盖安装在所述模型箱的外表面，所述千斤顶用于调节所述模型箱底的水平程度，所述千斤顶的底座安置在地面上，且所述千斤顶的举重杆接触所述金属框架结构的地盘。所述进水系统包括了设置在所述模型箱两端的进水口，其中，在每一端的每个进水口上安装水量量测仪表和水阀。所述排水系统包括了设置在所述模型箱底部的排水口，并在每个排水口上安装水量量测仪表和水阀。所述基底形态控制系统包括：铺设在所述模型箱中的土层，和设置在所述土层中的监测仪器。其中，自所述模型箱底至上，所述土层包括：粘土层、砂层、粉土层和粘土薄层，且在所述土层之间设置用于标识的云母片。所述监测仪器由在各层中设置的分布式光纤、液位计、位移计、测压管和温度计组成。其中，在所述进水系统中的每一个进水口上都安装有水量量测仪表和水阀。或者，各端的进水口分别连接各自的进水总管，并在所述进水总管上安装有水量量测仪表和水阀。在本实施例的优选方案中，如图2所示的，组成所述模型箱的有机玻璃的厚度为25mm。所述模型箱的长度4.8m，宽度为1.8m，高度为1.5m。在本实施例的优选方案中，在所述模型箱的一端：包括12个呈均匀分布在矩形区域内的进水口。所述进水口距离所述模型箱的内底面的最小距离为0.17m，距离模型箱的内壁面的最小距离为0.3m。各进水口之间的最小间距为0.32m，最大间距为0.6m；所述排水系统包括10个呈均匀分布在矩形区域内的排水口。所述排水口距离所述模型箱的内壁面的最小距离为0.45m，最大距离为0.48m。各排水口之间的最小间距为0.9m，最大间距为0.96m。例如：可以按照图2所示布置进出水口，由于模型的渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型地裂缝物理模型的实验系统，其特征在于，包括：模型箱、支撑框架系统、进水系统、排水系统和基底形态控制系统；所述模型箱由有机玻璃溶接制成；所述支撑框架系统包括框架、硬支撑和千斤顶，所述框架固定安装在所述模型箱的外表面，所述硬支撑为金属框架结构，覆盖安装在所述模型箱的外表面，所述千斤顶用于调节所述模型箱底的水平程度，所述千斤顶的底座安置在地面上，且所述千斤顶的举重杆接触所述金属框架结构的底盘；所述进水系统包括了设置在所述模型箱两端的进水口，其中，在每一端的至每个进水口上安装水量量测仪表和水阀；所述排水系统包括了设置在所述模型箱底部的排水口，并在每个排水口上安装水量量测仪表和水阀；所述基底形态控制系统包括：铺设在所述模型箱中的土层，和设置在所述土层中的监测仪器；其中，自所述模型箱底至上，所述土层包括：粘土层、砂层、粉土层和粘土薄层，且在所述土层之间设置用于标识的云母片；所述监测仪器由在各层中设置的分布式光纤、液位计、位移计、测压管和温度计组成。

【技术特征摘要】
1.一种大型地裂缝物理模型的实验系统，其特征在于，包括：模型箱、支撑框架系统、进水系统、排水系统和基底形态控制系统；所述模型箱由有机玻璃溶接制成；所述支撑框架系统包括框架、硬支撑和千斤顶，所述框架固定安装在所述模型箱的外表面，所述硬支撑为金属框架结构，覆盖安装在所述模型箱的外表面，所述千斤顶用于调节所述模型箱底的水平程度，所述千斤顶的底座安置在地面上，且所述千斤顶的举重杆接触所述金属框架结构的底盘；所述进水系统包括了设置在所述模型箱两端的进水口，其中，在每一端的至每个进水口上安装水量量测仪表和水阀；所述排水系统包括了设置在所述模型箱底部的排水口，并在每个排水口上安装水量量测仪表和水阀；所述基底形态控制系统包括：铺设在所述模型箱中的土层，和设置在所述土层中的监测仪器；其中，自所述模型箱底至上，所述土层包括：粘土层、砂层、粉土层和粘土薄层，且在所述土层之间设置用于标识的云母片；所述监测仪器由在各层中设置的分布式光纤、液位计、位移计、测压管和温度计组成。2.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，组成所述模型箱的有机玻璃的厚度为25mm；所述模型箱的长度4.8m，宽度为1.8m，高度为1.5m。3.根据权利要求1所述的实验系统，其特征在于，在所述进水系统中的每个进水口上都安装有水量量测仪表和水阀；或者，各端的进水口分别连接各自的进水总管，并在所述进水总管上安装有水量量测仪表和水阀。4.根据权利要求1至3中任意一项所述的实验系统，其特征在于，在所述模型箱的一端：包括12个呈均匀分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光亚，朱锦旗，于军，龚绪龙，卢毅，吕菲菲，陈明珠，
申请(专利权)人：江苏省地质调查研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32