本发明专利技术公开了模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，包括模型箱，模型箱内设置有渗流水控制模块，且模型箱通过渗流水控制模块分隔成位于中间的塌陷模拟腔和位于塌陷模拟腔外侧的渗流腔，渗流腔中的水溶液通过渗流水控制模块向塌陷模拟腔内渗水；岩溶模拟模块设置在模型箱的底部下方，塌陷模拟腔的底部开设有溶腔开口，塌陷模拟腔内位于溶腔开口的外侧布设有若干应力传感器和位移计，复杂岩溶模拟模块包括对应于模型箱底部设置的岩溶箱和设置在岩溶箱内的岩溶模拟体，岩溶模拟体与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同。通过构造与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同的岩溶模拟体，模拟在渗流作用下的岩溶塌陷情况。模拟在渗流作用下的岩溶塌陷情况。模拟在渗流作用下的岩溶塌陷情况。
【技术实现步骤摘要】
模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置及试验方法
[0001]本专利技术属于岩溶塌陷试验领域，特别涉及一种模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置及试验方法。
技术介绍
[0002]我国是世界上碳酸盐岩分布最为广泛的国家，与此同时也包含了最多的岩溶类型。大量城市位于岩溶高发区域，在进行城市建设以及重大工程时受到许多干扰，给施工进度和人民财产安全带来了极大影响。特别是在如今各个城市大力推进轨道交通建设的过程中，岩溶塌陷灾害受工程扰动的影响，不论是发生频率还是灾害规模都较往年增长。
[0003]岩溶塌陷的模型试验在过往已有很多研究，常规的模型试验总将相似的重点放在材料的相似上，进行相似材料的配置，忽略存在的尺寸效应和边界效应，对各结构的模拟也过于简化。在进行定性的研究中，上述因素影响可以忽略，但是对于复杂工况下的复杂岩溶塌陷，在进行定量研究时，对岩溶结构上的过度简化，无法真实模拟岩溶系统中的各项影响因素。
技术实现思路
[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置及试验方法，通过构造与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同的岩溶模拟体，模拟在渗流作用下的岩溶塌陷情况。
[0005]技术方案：为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，包括模型箱、复杂岩溶模拟模块、渗流水控制模块、应力传感器和位移计，所述模型箱内设置有渗流水控制模块，且所述模型箱通过渗流水控制模块分隔成位于中间的塌陷模拟腔和位于塌陷模拟腔外侧的渗流腔，所述渗流腔中的水溶液通过渗流水控制模块向塌陷模拟腔内渗水；
[0007]所述岩溶模拟模块设置在模型箱的底部下方，所述塌陷模拟腔的底部开设有连通于复杂岩溶模拟模块的溶腔开口，所述塌陷模拟腔内位于溶腔开口的外侧布设有若干应力传感器和位移计，所述复杂岩溶模拟模块包括对应于模型箱底部设置的岩溶箱和设置在所述岩溶箱内的岩溶模拟体，所述岩溶模拟体与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同。
[0008]进一步的，所述岩溶模拟体间距于岩溶箱底壁设置，且所述岩溶模拟体与岩溶箱底壁之间构成水动力腔，所述水动力腔连接于水动力控制设备，所述水动力腔内的水溶液通过水动力控制设备形成动力水流。
[0009]进一步的，所述水动力控制设备包含供水箱、进水管和水泵，所述进水管的一端连通于供水箱且另一端连通于水动力腔，所述进水管的管路上设置有水泵，所述岩溶箱的壁体上开设有对应于进水管大的进水口，所述水动力腔的腔壁上位于水流方向上且远离于进水口的一侧开设有排水口；所述进水管出水端与排水口之间形成动力水流。
[0010]进一步的，所述岩溶箱位于水动力腔的上方沿横向可抽拉的设置有模拟体容置
框，通过模拟体容置框替换不同类型的岩溶模拟体。
[0011]进一步的，还包括真空度控制系统，所述真空度控制系统连通于岩溶箱的内腔中且对岩溶箱进行真空度调节。
[0012]进一步的，包含两组间距设置在模型箱中的渗流水控制模块，所述模型箱的内腔通过两组渗流水控制模块分隔成位于中间的塌陷模拟腔和位于塌陷模拟腔两侧的渗流腔。
[0013]进一步的，所述渗流腔中的水溶液通过渗流水控制模块调节向塌陷模拟腔的渗水方向和渗水高度。
[0014]进一步的，所述渗流水控制模块包括支撑框架和若干沿竖向分布设置在所述支撑框架上的挡板，所述挡板的两端转动设置在支撑框架上，所述挡板相对于竖向面呈角度调节设置；所述挡板相对于竖向面的角度调节用来调节渗流通道的大小、渗流角度和渗流高度。
[0015]模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0016]a.根据探测仪器以及分析软件得出地下岩溶系统空间结构图，基于相似理论，计算相似比，确定复杂岩溶模拟系统的几何相似比；
[0017]b.基于计算出的复杂岩溶模拟系统的几何相似比，使用工业级3D打印机打印各个溶腔的腔体；
[0018]c.调制硅胶材料，在准备好的矩形容器中摆放好各腔体位置并固定，浇灌调配好的硅胶材料至容器一半高度，待半份硅胶凝固后涂上界面分离剂并设置分离标识牌，继续浇灌剩余一半硅胶；
[0019]d.待硅胶全部凝固后，从分离标识处分离硅胶并取出3D打印的腔体，再去除腔体模型后的两份硅胶分离面上涂上粘结剂并对两份硅胶体进行粘连，得到岩溶模拟体；
[0020]e.将岩溶模拟体放入复杂岩溶模拟系统所在的岩溶箱中；
[0021]f.在模型箱的模拟腔中充填按相似理论设计好的土体材料；
[0022]g.调节渗流水控制模块模拟不同地下水渗流路径；
[0023]或通过水动力控制系统模拟地下水位波动；
[0024]或通过真空度控制系统模拟岩溶系统内真空度变化对岩溶的影响；
[0025]h.通过预埋的应力传感器与位移计，全方位全时段的记录岩溶系统上覆土体的应力场与位移场。
[0026]有益效果：本专利技术通过构造与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同的岩溶模拟体，模拟在渗流作用下的岩溶塌陷情况，构件的岩溶模拟体与实际岩溶层相似，能够模拟复杂的岩溶层结构，模型中对岩溶系统采用高相似性模拟，通过对真实岩溶系统的等比例倒模，实现结构上的高相似性，相对于传统采用简化的方式，能够使得模拟结构更加准确，避免过度简化岩溶系统而导致的影响因素丢失。
附图说明
[0027]附图1为本专利技术的试验装置的整体结构示意图；
[0028]附图2为本专利技术的试验装置的剖面示意图；
[0029]附图3为本专利技术的岩溶箱内部结构立体示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。
[0031]如附图1和附图2所示，模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，包括模型箱1、复杂岩溶模拟模块、渗流水控制模块3、应力传感器5和位移计6，所述模型箱1内设置有渗流水控制模块3，且所述模型箱通过渗流水控制模块3分隔成位于中间的塌陷模拟腔1a和位于塌陷模拟腔1a外侧的渗流腔1b，渗流腔1b中用于充入水溶液模拟渗水作用，塌陷模拟腔1a中用于填装与待测土壤层相近的土体材料100模拟底面塌陷情况，所述渗流腔中的水溶液通过渗流水控制模块向塌陷模拟腔1a内渗水，形成渗水模型；
[0032]所述岩溶模拟模块设置在模型箱1的底部下方，所述塌陷模拟腔1a的底部开设有连通于复杂岩溶模拟模块的溶腔开口4，渗水溶液通过溶腔开口进入到岩溶模拟模块内，所述塌陷模拟腔1a内位于溶腔开口4的外侧布设有若干应力传感器5和位移计6，通过预埋的应力传感器5与位移计6，全方位全时段的记录岩溶系统上覆土体的应力场与位移场。所述复杂岩溶模拟模块包括对应于模型箱底部设置的岩溶箱20和设置在所述岩溶箱内的岩溶模拟体2，岩溶箱20为顶部开口的箱体结构，且岩溶箱20的顶端开口与模型箱1的底部密封连接，所述岩溶模拟体与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同。
[0033]通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、复杂岩溶模拟模块、渗流水控制模块(3)、应力传感器(5)和位移计(6)，所述模型箱(1)内设置有渗流水控制模块(3)，且所述模型箱通过渗流水控制模块(3)分隔成位于中间的塌陷模拟腔(1a)和位于塌陷模拟腔(1a)外侧的渗流腔(1b)，所述渗流腔中的水溶液通过渗流水控制模块向塌陷模拟腔(1a)内渗水；所述岩溶模拟模块设置在模型箱(1)的底部下方，所述塌陷模拟腔(1a)的底部开设有连通于复杂岩溶模拟模块的溶腔开口(4)，所述塌陷模拟腔(1a)内位于溶腔开口(4)的外侧布设有若干应力传感器(5)和位移计(6)，所述复杂岩溶模拟模块包括对应于模型箱底部设置的岩溶箱(20)和设置在所述岩溶箱内的岩溶模拟体(2)，所述岩溶模拟体与实际待测岩溶状况的溶腔分布状态相同。2.根据权利要求1所述的模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述岩溶模拟体间距于岩溶箱(20)底壁设置，且所述岩溶模拟体(2)与岩溶箱(20)底壁之间构成水动力腔(22)，所述水动力腔(22)连接于水动力控制设备，所述水动力腔(22)内的水溶液通过水动力控制设备形成动力水流。3.根据权利要求2所述的模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述水动力控制设备包含供水箱(7)、进水管(8)和水泵(9)，所述进水管(8)的一端连通于供水箱且另一端连通于水动力腔(22)，所述进水管的管路上设置有水泵，所述岩溶箱(20)的壁体上开设有对应于进水管大的进水口(10)，所述水动力腔(22)的腔壁上位于水流方向上且远离于进水口(10)的一侧开设有排水口(11)；所述进水管出水端与排水口之间形成动力水流。4.根据权利要求2所述的模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述岩溶箱(1)位于水动力腔的上方沿横向可抽拉的设置有模拟体容置框(21)，通过模拟体容置框替换不同类型的岩溶模拟体(2)。5.根据权利要求1所述的模拟水渗流复杂岩溶诱发地面塌陷的试验装置，其特征在于：还包括真空度控制系统，所述真空度控制系统连通于岩溶箱(20)的内腔中且...
【专利技术属性】
技术研发人员：王迎超，陈建儒，李晓昭，郑顺华，耿凡，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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