岩溶塌陷多参数监测预警试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，包括岩溶塌陷模拟系统、地下水参数监测系统和土体变形监测系统，其中岩溶塌陷模拟系统包括箱体和岩溶管道模拟系统，箱体分成进水箱、土箱和排水箱三个部分，在土箱的底端面上开设有一通孔；所述岩溶管道模拟系统根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，包括模拟溶洞及与其连通的各模拟岩溶管道，进、排水管，模拟溶洞经模拟岩溶管道与土箱上的通孔连通；地下水参数监测系统包括监测地下水指标参数的各种监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟系统中预先设定的测定位置；土体变形监测系统包括设于原状土样中的光纤以及光纤应变监测装置。本发明专利技术所述系统对岩溶塌陷具有较高预警精度。

Multi parameter monitoring and early warning test system of karst collapse

【技术实现步骤摘要】
岩溶塌陷多参数监测预警试验系统
本专利技术涉及一种岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，属于岩溶塌陷地质灾害预防和治理

技术介绍
岩溶塌陷是岩溶区的主要地质灾害之一，具有隐蔽性、突发性、反复性等特点，对其监测预警是岩溶塌陷防治过程中的重要环节，也是当前地球科学领域尚未攻克的世界级技术难题之一。岩溶塌陷的形成是岩、土、水和人类活动综合叠加作用的结果，影响因素众多，演化过程非常复杂，包括地下水潜蚀、化学溶蚀、真空吸蚀、机械振动等多种效应，每一种作用都会对岩土体产生变形破坏影响，并伴随着地质现象发生。在地下水潜蚀作用过程中，地下水波动幅度、频率、水流速度和浑浊度等参数均会反映岩土体变形破坏情况；在化学溶蚀作用过程中，土壤和地下水的阴、阳离子和总溶解固体(TDS)等参数均发生较大改变；在机械振动作用过程中，振动幅度、频率和振动方式等参数也与岩土体变形具有很好的对应关系。因此，要提高岩溶塌陷监测预警的精度和水平，需要开展多参数监测预警工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具有较高预警精度的岩溶塌陷多参数监测预警试验系统。本专利技术所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，包括岩溶塌陷模拟系统、地下水参数监测系统和土体变形监测系统，其特征在于：所述的岩溶塌陷模拟系统包括一箱体和岩溶管道模拟系统，其中：所述箱体内设置两块透水隔板，将箱体分隔成进水箱、土箱和排水箱三个部分，其中土箱位于进水箱和排水箱之间，所述进水箱、土箱和排水箱通过透水隔板上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱用于填装原状土样，在土箱的底端面上开设有一通孔；所述岩溶管道模拟系统根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，其主要包括模拟溶洞、与模拟溶洞连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管和排水管，在进水管和排水管上均设置有阀门和压力表，在各模拟岩溶管道上根据需要设置阀门以控制水流的通断；所述模拟溶洞通过模拟岩溶管道与土箱底端面上的通孔连通；所述的地下水参数监测系统包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟系统中预先设定的测定位置；所述的土体变形监测系统包括设置于土箱中原状土样中的光纤以及对所述光纤的应变进行监测的光纤应变监测装置。上述技术方案中，所述地下水参数监测系统优选包括两套地下水水位监测装置、两套地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置各一套，其中一套地下水水位监测装置的探头和地下水流速监测装置的探头设置于与模拟溶洞在同一水平位置上的模拟岩溶管道中，而地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头则均设置于上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头下方的模拟岩溶管道中；另一套地下水水位监测装置的探头和地下水流速监测装置的探头则设置于排水管出水端之前。通过在模拟溶洞在同一水平位置上的模拟岩溶管道中设置地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头，有效监测与模拟溶洞同一径流上的水压、水流速等多种监测数据；而将地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头则均设置于上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头下方的模拟岩溶管道中(即设置于较放置上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头距离地表更深的模拟岩溶管道中)以测定水体在受岩石溶蚀和土体变形破坏影响后的浑浊度、TDS、电导率、各种离子浓度等相关指标，用于后续对比分析。上述技术方案中，所述地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置为现有技术中的常规选择，具体的，地下水水位监测装置可以是加拿大Solinst公司的3001型Edge水位记录仪，地下水流速监测装置可以是美国Flowstar公司的600型声学多普勒流速测量仪，地下水浑浊度监测装置可以是德国WTW公司的Turb2000型在线浊度分析仪，地下水化学监测装置可以是美国HACH公司的MS6100型多参数水质在线分析仪。上述技术方案中，所述光纤的数量根据需要设置，分别埋设于土箱中不同深度的原状土样中以获得不同位置原状土样的变形数据；所述的光纤应变监测装置具体可以是日本安藤公司的BOTDR光纤应变测试仪。上述技术方案中，为了调节进出岩溶管道模拟系统的压力差，优选排水管呈纵向设置，在其上分别设置有多个分排水管，并在各分排水管上均设置阀门和压力表，通过控制不同分排水管进行排水以实现进出岩溶管道模拟系统压力差的调节。由于本专利技术所述岩溶塌陷多参数监测预警试验系统用于实际监测，因此其中的岩溶管道模拟系统根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，在一个具体的实施例子中，所述的岩溶管道模拟系统包括模拟溶洞，与模拟溶洞连通的第一模拟岩溶管道、第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道和第四模拟岩溶管道，以及与第二模拟岩溶管道连通的第六模拟岩溶管道，和与第二模拟岩溶管道连通的第七模拟岩溶管道；其中，第一模拟岩溶管道与土箱底端面上的通孔连通，第二模拟岩溶管道和第三模拟岩溶管道与模拟溶洞处于同一水平位置上；所述第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道以及第四模拟岩溶管道通过第五模拟岩溶管道形成回路，该第五模拟岩溶管道位于所述第二模拟岩溶管道和第三模拟岩溶管道的下方；第六模拟岩溶管道与第一模拟岩溶管道平行，第七模拟岩溶管道与第二模拟岩溶管道及第三模拟岩溶管道平行；所述第三模拟岩溶管道与进水管连接，第七模拟岩溶管道与排水管连接；所述第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道和第四模拟岩溶管道各设置有一个阀门；第五模拟岩溶管道上设置有二个阀门，二个阀门的设置位置分别为靠近与第二模拟岩溶管道的连接处以及靠近与第三模拟岩溶管道的连接处。在上述具体的实施例子中，所述地下水参数监测系统中的一套地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头设置于第三模拟岩溶管道中，另一套地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头设置于第七模拟岩溶管道中，所述地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头设置于第五模拟岩溶管道中。与现有技术相比，本专利技术所述系统通过对土体变形破坏以及土体变形破坏对地下溶洞、岩溶管道和地下水的影响进行多方位监测从而获得多种指标参数，经进一步分析可获得综合预警阈值，实现对岩溶塌陷预警预报。而且本专利技术所述系统结构简化，能够获得更多的指标参数因而大幅度提高了岩溶塌陷监测预警工作的预警精度，这对提高岩溶塌陷防治水平、丰富完善岩溶塌陷研究和应用体系具有重要意义。附图说明图1为本专利技术所述岩溶塌陷多参数监测预警试验系统一种实施方式的结构示意图。图中标号为：1排水箱，2透水隔板，3土箱，4进水箱，5地下水参数监测系统，6光纤应变监测装置，7阀门，8压力表，9进水管，10地下水水位监测装置的探头，11地下水流速监测装置的探头，12第三模拟岩溶管道，13地下水化学监测装置的探头，14模拟溶洞，15第四模拟岩溶管道，16第五模拟岩溶管道，17地下水浑浊度监测装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，包括岩溶塌陷模拟系统、地下水参数监测系统(5)和土体变形监测系统，其特征在于：/n所述的岩溶塌陷模拟系统包括一箱体和岩溶管道模拟系统，其中：/n所述箱体内设置两块透水隔板(2)，将箱体分隔成进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)三个部分，其中土箱(3)位于进水箱(4)和排水箱(1)之间，所述进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)通过透水隔板(2)上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱(3)用于填装原状土样(23)，在土箱(3)的底端面上开设有一通孔(21)；/n所述岩溶管道模拟系统根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，其主要包括模拟溶洞(14)、与模拟溶洞(14)连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管(9)和排水管(26)，在进水管(9)和排水管(26)上均设置有阀门(7)和压力表(8)，在各模拟岩溶管道上根据需要设置阀门(7)以控制水流的通断；所述模拟溶洞(14)通过模拟岩溶管道与土箱(3)底端面上的通孔(21)连通；/n所述的地下水参数监测系统(5)包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟系统中预先设定的测定位置；/n所述的土体变形监测系统包括设置于土箱(3)中原状土样(23)中的光纤(22)以及对所述光纤(22)的应变进行监测的光纤应变监测装置(6)。/n...

【技术特征摘要】
1.岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，包括岩溶塌陷模拟系统、地下水参数监测系统(5)和土体变形监测系统，其特征在于：
所述的岩溶塌陷模拟系统包括一箱体和岩溶管道模拟系统，其中：
所述箱体内设置两块透水隔板(2)，将箱体分隔成进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)三个部分，其中土箱(3)位于进水箱(4)和排水箱(1)之间，所述进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)通过透水隔板(2)上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱(3)用于填装原状土样(23)，在土箱(3)的底端面上开设有一通孔(21)；
所述岩溶管道模拟系统根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，其主要包括模拟溶洞(14)、与模拟溶洞(14)连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管(9)和排水管(26)，在进水管(9)和排水管(26)上均设置有阀门(7)和压力表(8)，在各模拟岩溶管道上根据需要设置阀门(7)以控制水流的通断；所述模拟溶洞(14)通过模拟岩溶管道与土箱(3)底端面上的通孔(21)连通；
所述的地下水参数监测系统(5)包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟系统中预先设定的测定位置；
所述的土体变形监测系统包括设置于土箱(3)中原状土样(23)中的光纤(22)以及对所述光纤(22)的应变进行监测的光纤应变监测装置(6)。


2.根据权利要求1所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验系统，其特征在于：所述地下水参数监测系统(5)包括两套地下水水位监测装置、两套地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置各一套，其中一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)设置于与模拟溶洞(14)在同一水平位置上的模拟岩溶管道中，而地下水浑浊度监测装置的探头(17)和地下水化学监测装置的探头(13)则均设置于上述地下水水位监测装置探头(10)和地下水流速监测装置探头(11)下方的模拟岩溶管道中；另一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)则设置于排水管(26)...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙彦，郑小战，雷明堂，周心经，蒋小珍，戴建玲，管振德，贾龙，罗伟权，吴远斌，潘宗源，程小杰，周富彪，马骁，李卓骏，
申请(专利权)人：中国地质科学院岩溶地质研究所，
类型：发明
国别省市：广西;45