本发明专利技术涉及倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置及方法，模拟装置包括试验模块、振动模块和监测模块。试验模块包括试验箱及设于其内部的岩土体试样，岩土体试样内设置有待开挖区，放置有可溶于水的支撑材料和液态资源储区，液态资源储区用于存储液态溶液。试验箱设于振动模块上，振动模块适于带动试验箱、岩土体试样和液态资源储区水平和/或竖直方向振动。本发明专利技术通过在待开挖区填充支撑材料，支撑材料遇水溶解以模拟岩土体的开挖过程，通过向液态资源储区注水模拟液体资源注入过程，然后控制振动模块启动，通过监测模块实时获取岩土体试样及液态资源储区的动态响应信息，并根据动态响应信息对倾斜地层地下储库进行水力
【技术实现步骤摘要】
一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置及方法
[0001]本专利技术涉及试验室模拟试验
，尤其涉及一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置及方法。
技术介绍
[0002]岩土体地下储库，整体而言可分为地下能源物资储库与地下有害废料安置库两大类，是未来地下岩土工程发展与物料安全高效存储的重要实现途径之一。对于当前规划建设较多的岩土体地下液态资源储库工程，赋水岩土体力学响应问题的研究尤为关键，岩土体塌方失稳、突水突泥、岩爆、瓦斯突出等地下工程典型地质灾害同样较为常见，对岩土体地下储库工程全生命周期安全性受到影响，给人民生命安全与国家发展带来严重威胁。多元灾害链中，水力
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动力耦合致灾因素颇为关键，具体而言，赋水岩土体与动态荷载将对地下储库工程的建设运营养护造成影响，成为当前岩土体地下储库工程领域亟需解决的问题之一。
[0003]在地质条件较为复杂的岩土体地下储库工程中，赋水岩土体与动态荷载两者有时会共同出现。动态荷载作为岩土体地下储库工程体系的灾害影响因素，当以应力波传播的方式穿越赋水地层时，应力波与赋水岩土体结构发生复杂相互作用。由于水与岩土体对于应力波的响应不一致性，致使原有水力平衡体系被打破，使得岩土体地下储库工程空间临近区域应力场与渗流场发生急剧变化，引发岩土体地下储库工程体系较大的动态响应，构成岩土体地下储库工程的水力
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动力耦合灾害。
[0004]开展室内试验尺度科学研究，可进一步加深岩土体地下储库工程灾变机理的认识，对丰富岩土体地下储库工程水力
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动力联合致灾条件的理解，优化岩土体地下储库工程防灾减灾体系，保障国家战略中岩土体地下储库工程安全高效建设与运维等方面具有重要意义。
[0005]当前岩土体地下储库工程研究中，室内试验是当前重要的分析手段之一。但由于岩土体的开挖模拟、液态资源储存区域的模拟等难点，使得相关研究较为不足，对水力
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动力耦合灾害的室内试验尺度研究更为欠缺，制约了目前岩土体地下储库工程的认识与发展。此外，常规岩土体地下工程试验模拟研究中，较多地布设为水平地层，对更具普遍意义的倾斜地层情况研究较少，亟需提升试验测试装备水平，完善丰富倾斜地层系列研究。
技术实现思路
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置及方法，模拟地下岩土体空间开挖及水力
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动力耦合灾害对液态资源储区的影响，通过振动模块对岩土体试样及液体资源储区施加动力载荷，实现了试验室尺度对地下储库岩土体区域的水力
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动力耦合灾害分析。
[0008](二)技术方案
[0009]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置及方法，具体技术方案如下：
[0010]一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，包括：
[0011]试验模块，试验模块包括试验箱，及设于试验箱内的岩土体试样，岩土体试样内设置有多个待开挖区，多个待开挖区内分别设置有可溶于水的支撑材料和液态资源储区，液态资源储区用于存储液体溶液；
[0012]振动模块，试验箱设于振动模块上，振动模块适于带动试验模块、岩土体试样和液态资源储区水平和/或竖直方向同步振动；
[0013]监测模块，用于实时监测岩土体试样及液态资源储区的动态响应信息。
[0014]进一步，振动模块包括动力单元、平行设置的底座和试验平台；
[0015]试验箱设于试验平台上，试验平台通过过扰动组件与底座相连；
[0016]扰动组件与动力单元连接，动力单元工作能够带动与扰动组件连接的试验平台竖直和/或水平方向振动。
[0017]进一步，扰动组件包括6根液压伸缩杆；
[0018]6根液压伸缩杆成“W”状设置，两端分别通过万向节与试验平台和底座连接；
[0019]6根液压伸缩杆分别与动力单元连接，动力单元工作能够带动液压伸缩杆进行伸缩以带动试验平台水平和/或竖直方向振动。
[0020]优选地，还包括外置水源；
[0021]外置水源通过第一管道与待开挖区相连，用于向待开挖区注水。
[0022]进一步，还包括供液装置；
[0023]液态资源储区为柔性薄膜袋，供液装置通过第二管路与柔性薄膜袋相连，用于向柔性薄膜袋内注入液体溶液。
[0024]进一步，岩土体试样为倾斜设置的层状结构，多个待开挖区均布于岩土体试样的内部。
[0025]进一步，监测模块包括多个岩土体应变传感器、液体压力传感器和多个红外摄像头；
[0026]多个岩土体应变传感器均布于岩土体试样内，用于检测岩土体试样的岩土体应变信息；
[0027]液体压力传感器设于液态资源储区内，用于检测液态资源储区内的液体压力信息；
[0028]多个红外摄像头均布于试验箱的四周，用于采集岩土体试样和液态资源储区的红外图像信息。
[0029]进一步，还包括控制器：
[0030]控制器上设置有多个启停按钮，多个启停按钮分别与动力单元、外置水源和供液装置电性连接，用于控制动力单元、外置水源和供液装置的开启和/或关闭；
[0031]控制器还与监测模块通讯连接，用于接收监测模块检测到的岩土体试样和液态资源储区的动态响应信息，并根据动态响应信息进行仿真分析。
[0032]一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟试验方法，采用上述倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，包括如下步骤：
[0033]响应于岩土体试样开挖指令，模拟地下岩土体开挖，向待挖区注水；
[0034]响应于液态资源储区注水指令，模拟地下储库的注液过程，向液态资源储区注入液体溶液；
[0035]响应于动力载荷输入指令，模拟地下储库水力
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动力耦合灾害，控制振动模块启动，带动试验箱、岩土体试样和液态资源储区同步振动；
[0036]接收监测模块检测到的岩土体试样和液态资源储区的动态响应信息，并根据接收到的岩土体试样和液态资源储区的动态响应信息进行水力
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动力耦合灾害分析。
[0037]进一步，接收监测模块检测到的岩土体试样和液态资源储区的动态响应信息，并根据接收到的岩土体试样和液态资源储区的动态响应信息进行水力
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动力耦合灾害分析，具体包括：
[0038]接收岩土体试样的岩土体应变信息；
[0039]接收液态资源储区内的液体压力信息；
[0040]接收岩土体试样和液态资源储区的红外图像信息；
[0041]根据接收到的红外图像信息建立岩土体试样和液态资源储区的三维仿真模型；
[0042]基于三维仿真模型，并根据接收到的岩土体应变信息和液体压力信息进行仿真分析。
[0043](三)有益效果
[0044]本专利技术提供的倾斜地层地下储库水力动力本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，包括：试验模块，所述试验模块包括试验箱，及设于所述试验箱内的岩土体试样，所述岩土体试样内设置有多个待开挖区，多个所述待开挖区内分别设置有可溶于水的支撑材料和液态资源储区，所述液态资源储区用于存储液体溶液；振动模块，所述试验箱设于所述振动模块上，所述振动模块适于带动所述试验模块、所述岩土体试样和所述液态资源储区水平和/或竖直方向同步振动；监测模块，用于实时监测所述岩土体试样及所述液态资源储区的动态响应信息。2.根据权利要求1所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，所述振动模块包括动力单元、平行设置的底座和试验平台；所述试验箱设于所述试验平台上，所述试验平台通过过扰动组件与所述底座相连；所述扰动组件与所述动力单元连接，所述动力单元工作能够带动与所述扰动组件连接的所述试验平台竖直和/或水平方向振动。3.根据权利要求2所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，所述扰动组件包括6根液压伸缩杆；6根所述液压伸缩杆成“W”状设置，两端分别通过万向节与所述试验平台和所述底座连接；6根所述液压伸缩杆分别与所述动力单元连接，所述动力单元工作能够带动所述液压伸缩杆进行伸缩以带动所述试验平台水平和/或竖直方向振动。4.根据权利要求1所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，还包括外置水源；所述外置水源通过第一管道与所述待开挖区相连，用于向所述待开挖区注水。5.根据权利要求1所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，还包括供液装置；所述液态资源储区为柔性薄膜袋，所述供液装置通过第二管路与所述柔性薄膜袋相连，用于向所述柔性薄膜袋内注入液体溶液。6.根据权利要求1所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，所述岩土体试样为倾斜设置的层状结构，多个所述待开挖区均布于所述岩土体试样的内部。7.根据权利要求1所述的倾斜地层地下储库水力动力耦合灾害模拟装置，其特征在于，所述监测模块包括多个岩土体应变传感器、液体压力传感器和多个红外摄像头；多个所述岩土体应变传感器均布于所述岩土体试样内，用于检...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，刘晓丽，王恩志，张建民，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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