一种动态变形土体的渗流模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种动态变形土体的渗流模拟方法，属于渗流模拟技术领域，用以解决现有渗流模拟装置无法对实验土体进行动态变形分析的问题。本发明专利技术的渗流模拟方法包括以下步骤：步骤S1：对实验土体进行制样，并将实验土体装入渗流模拟装置的内壁中，且置于透水履带之上；步骤S2：将垫板和上盖安装在实验土体的上方，并与围压控制组件固定连接；步骤S3：通过外置围压生成装置对内壁和实验土体施加围压，外置渗流生成装置对实验土体进行渗流模拟；步骤S4：控制透水履带处于静止状态或动态变形状态，进行渗流实验。本发明专利技术通过透水履带的位移和变形实现土体动态变形，进而通过渗流模拟装置进行变形状态下的土体渗流模拟。置进行变形状态下的土体渗流模拟。置进行变形状态下的土体渗流模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种动态变形土体的渗流模拟方法


[0001]本专利技术涉及渗流模拟
，尤其涉及一种动态变形土体渗流模拟方法。

技术介绍

[0002]近年来，在松散含水层下采矿采煤及底下工程引发的突水灾害就高达数十起，造成了重大的经济损失和严重的社会影响。由此可见，提高资源采出率与水资源保护是实现水体下压煤开采的关键问题。
[0003]考虑隔水关键岩层的采动裂隙演化特征，在渗流场及应力场作用下，隔水关键层系统为时变的非线性渗流系统，压实稳定后是否发生渗流失稳需要进行深入的研究与验证，单一的导水裂隙带发育高度无法作为科学、准确的现场评价指标。
[0004]地下开采中，其模拟实验研究是目前最为常见的研究方法，但对于以隔水关键层为控制对象的开采演变相似材料模拟相关研究甚少，主要原因是模拟装置的不足。
[0005]现有技术的模拟模拟装置存在一个共同弱点，即，所采用的试件只能进行简单变化，在其实验过程中，开采扰动对试件所产生的作用存在较大程度的失真或失准，存在较大的使用局限性，无法对实验土体开采扰动的渗流情况进行动态、全面、系统的研究。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种动态变形土体渗流模拟方法，用以解决现有渗流模拟装置无法对实验土体进行动态变形分析的问题。
[0007]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种动态变形土体的渗流模拟方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1：对实验土体进行制样，装填；
[0010]步骤S2：将垫板和上盖安装在实验土体的上方，并与围压控制组件固定连接；
[0011]步骤S3：对实验土体施加围压和渗透压；
[0012]步骤S4：控制透水履带处于静止状态或动态变形状态，进行渗流实验。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，制样完成后，将实验土体装入围压控制组件的内壁的内部。
[0014]进一步地，所述实验土体置于动态变形控制组件的透水履带的上方。
[0015]进一步地，步骤S2中，先将垫板与上盖之间通过第二螺栓固定连接；在将上盖和垫板整体安装到外框的上方，并通过第一螺栓固定连接。
[0016]进一步地，所述步骤S3中，将渗流入水孔与外置渗流生成装置连通。
[0017]进一步地，所述步骤S3中，渗透压生成过程为：
[0018]步骤S311：启动外置渗流生成装置对实验土体进行渗流模拟；
[0019]步骤S312：外置渗流生成装置提供的渗流水通过渗流入水孔进入垫板的均压开槽中进行均压分流；
[0020]步骤S313：均压开槽的下方设有多个渗流孔，渗流水通过渗流孔渗入实验土体，对
实验土体施加渗透压。
[0021]进一步地，所述步骤S3中，将第一围压入水孔与外置围压生成装置连通。
[0022]进一步地，所述步骤S3中，围压生成过程为：
[0023]步骤S321：启动外置围压生成装置对内壁和实验土体施加围压；
[0024]步骤S322：围压水通过第一围压入水孔和第二围压入水孔进入内壁和外框之间的围压空腔，进而对内壁和实验土体施加围压压力。
[0025]进一步地，步骤S322中，第一围压入水孔和第二围压入水孔对称设置四组，围压空腔通过四块挡板分隔为四个侧腔；四组围压入水孔分别向四个侧腔内注水，对四个侧腔的压力独立控制，进而对实验土体四个方向的围压独立控制。
[0026]进一步地，外置渗流生成装置和外置围压生成装置为水泵或液压泵。
[0027]进一步地，所述步骤S4中，实验土体的动态变形过程为：
[0028]步骤S41：外置电机控制系统控制多组伸缩杆组件的导轨线性滑台独立运动；
[0029]步骤S42：多组导轨线性滑台带动多组控制连杆独立位移；第一伸缩杆组件的控制连杆用于带动履带轮位移；第二伸缩杆组件的控制连杆带动控制轮位移；第三伸缩杆组件的控制连杆带动透水履带变形；
[0030]步骤S43：透水履带发生位置和形状变化时，能够带动上方的实验土体变形，进而实现变形土体的渗流模拟。
[0031]进一步地，步骤S42中，履带轮能够相对于控制连杆和透水履带转动，通过确定两个履带轮的位置确定透水履带两端的高度；通过调节第三伸缩杆组件的位移量确定透水履带的形状；通过调节控制轮的位置实现对透水履带的张紧。
[0032]进一步地，所述渗流模拟装置，包括：实验土体、围压控制组件、渗流控制组件以及土体动态形变控制机构；其中，所述围压控制组件为筒形结构，实验土体设置在围压控制组件的内部；土体动态形变控制机构设置在实验土体的下方，用于控制实验土体变形；渗流控制组件设置在实验土体的上方，且与围压控制组件固定连接；所述渗流控制组件能够允许液态水渗入实验土体；所述渗流控制组件包括：上盖和垫板；所述垫板设置在所述上盖和所述实验土体之间；所述围压控制组件包括：外框和内壁；所述内壁设置在所述外框内部，且与所述外框形成围压空腔；所述土体动态形变机构包括：履带轮、控制轮和透水履带。
[0033]具体地，履带轮设有两个，两个履带轮的高度通过两组伸缩杆组件独立控制；透水履带套设在两个履带轮的外部，且透水履带用于承托实验土体。
[0034]进一步地，控制轮设置在两个履带轮之间，且控制轮通过伸缩杆组件带动位移。
[0035]具体地，伸缩杆组件包括：第一伸缩杆组件、第二伸缩杆组件和第三伸缩杆组件；履带轮通过第一伸缩杆组件带动位移；控制轮通过第二伸缩杆组件带动位移；第三伸缩杆组件连接透水履带，用于带动透水履带变形。
[0036]进一步地，伸缩杆组件设置在下盖上；外框的底部与下盖固定连接；内壁的内侧还设有支撑结构钢。
[0037]进一步地，外框和内壁均为矩形筒状结构；外框和内壁之间均匀设置四块挡板，四块挡板将围压空腔分隔为四个侧腔。
[0038]具体地，上盖上设置第一围压入水孔，垫板上设置第二围压入水孔；第一围压入水孔能够连通外置围压生成装置；第一围压入水孔与第二围压入水孔连通，且第一围压入水
孔和第二围压入水孔均设有四个；四个第二围压入水孔分别连通四个侧腔。
[0039]本专利技术技术方案至少能够实现以下效果之一：
[0040]1.本专利技术的动态变形土体渗流模拟方法，由实验土体部分、围压控制部分、渗流控制部分、土体动态形变控制部分组成，围压控制部分起到对实验土体进行围压控制作用并可以根据需求分别控制四周围压；渗流控制部分作用是控制对土体的渗流；土体动态变形控制部分通过对土体底部的隔水板履带支撑进行分点控制来起到控制土体动态变形的作用；在土体动态变形状态下进行土体动态变化的渗流模拟实验，收集渗流水并进行实时分析，实现了对动态变形状态土体的渗流模拟。
[0041]2.本专利技术的动态变形土体渗流模拟方法，通过渗流与围压控制对实验土体进行动态变化土体渗流实验，并可以控制实验土体进行动态变化以模拟采动影响下的土体渗流情况，并且可以对渗流出水进行实时记录分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：对实验土体进行制样，装填；步骤S2：将垫板(03)和上盖(01)安装在实验土体的上方，并与围压控制组件固定连接；步骤S3：对实验土体施加围压和渗透压；步骤S4：控制透水履带(07)处于静止状态或动态变形状态，进行渗流实验。2.根据权利要求1所述的动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，制样完成后，将实验土体装入围压控制组件的内壁(04)的内部。3.根据权利要求2所述的动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，所述实验土体置于动态变形控制组件的透水履带(07)的上方。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，步骤S2中，先将垫板(03)与上盖(01)之间通过第二螺栓固定连接；再将上盖(01)和垫板(03)整体安装到外框(02)的上方，并通过第一螺栓固定连接。5.根据权利要求4所述的动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中，将渗流入水孔(0103)与外置渗流生成装置连通。6.根据权利要求5所述的动态变形土体的渗流模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中，渗透压生成过程为：步骤S311：启动外置渗流生成装置对实验土体进行渗流模拟；步骤S312：外置渗流生成装置提供的渗流水通过渗流入水孔(0103)进入垫板(03)的均压开槽(0303)中进行均压分流；步骤S313：均压开槽(0303)的下方设有多个渗流孔(0304)，渗流水通过渗流孔(0304)渗入实...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾伟，张慧友，宋刚，黎勇，冯鑫，张国韬，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：