【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及城市岩溶塌陷，具体提供一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统。
技术介绍
1、岩溶塌陷是指在岩溶发育地区，岩溶洞隙上方的岩土体在自然或人为因素作用下发生变形破坏，并在地面形成塌陷坑洞的一种岩溶动力地质作用与现象，具有空间上的隐蔽性和时间上的突发性特点。我国多个城市受岩溶塌陷影响很大。因此，岩溶塌陷已成为我国城镇化建设中亟需关注的重大地质灾害问题。
2、目前国外岩溶塌陷模型试验系统功能和监测手段有限，发展也较为缓慢；我国岩溶塌陷相似模型试验系统研制一直在探索中发展，但普遍比尺较小、功能单一、监测手段有限，且尚未考虑城市活动胁迫的影响。城市深部岩溶塌陷易受到诸多因素的影响，如自然地质条件(断层、褶皱、极端降雨等)、人为胁迫(地下工程开挖、列车震动或施工带来的静动载、地下水的不合理抽采等)。因此，研制一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统是十分有必要的。
技术实现思路
1、为了克服上述缺陷，提出了本专利技术，以提供解决或至少部分地解决岩溶塌陷模型试验系统功能和监测手段有限的问题。
2、本专利技术提供了一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统，包括：
3、城市活动胁迫模拟加载系统，用于模拟不同城市活动胁迫对深部岩溶塌陷的影响，所述城市活动包括地下水位变化和/或降雨情况和/或静动载荷和/或开挖扰动；
4、测控系统，用于监测和控制所述试验系统的各种参数，以测量和控制模型试验过程中的参数的变化情况；其中，所述参数至少包括压力、水位、变形。p>
5、优选的，所述城市活动胁迫模拟加载系统包括：
6、地下水模拟系统，所述地下水模拟系统位于整个试验系统的底部；
7、真空负压系统用于通过对所述地下水模拟系统抽排水来模拟城市地下水位的变化；
8、降雨系统，所述降雨系统位于整个试验系统的顶部，用于模拟不同降雨程度对城市深部岩溶塌陷的影响；
9、静动载加载系统，所述静动载加载系统位于所述降雨系统下部，与液压动力系统配合，为试验系统提供城市建设及运行过程中产生的各种荷载作用；
10、开挖系统，所述开挖系统位于所述试验系统的侧部，用于模拟人类活动带来的各类工程扰动。
11、进一步的，城市活动胁迫模拟加载系统还包括廊道，用于人员行走及设备安装、维护时的通道；
12、优选的，所述测控系统包括：
13、监测系统，用于在抽排水过程中监测试验系统的真空负压情况和/或内部水位的变化和/或变形情况；
14、液压动力系统，为静动载加载系统提供动力源，同时，在监测塌陷过程中模型试验系统内部的压力反馈情况；
15、监测控制平台，用于根据实际需要控制监测系统和/或液压动力系统。
16、优选的，所述地下水模拟系统包括：压力储水塔、进水口、出水口、输水管路、控制阀、第二水泵，所述压力储水塔的底部分别与所述地下水模拟系统、所述进水口相连，通过所述进水口将压力储水塔中的水注入所述地下水模拟系统中；所述出水口与所述地下水模拟系统连接，用于排出所述地下水模拟系统中多余的水；所述输水管路用于连接所述压力储水塔、所述进水口、所述出水口和所述地下水模拟系统，将水的流动进行连通；所述第二水泵通过输水管路与进水口连接；所述控制阀用于控制水的流动，根据需要打开或关闭进水口、出水口，以控制地下水模拟系统中的水位。
17、优选的，所述监测系统包括：
18、水位获取模块，用于设置在所述模拟实验系统的进口和出口，用于监测相似模型试验系统内部水位的变化；
19、负压监测模块，与所述真空负压系统连接，用于在抽排水过程中监测试验系统的真空负压情况；
20、变形监测模块，用于监测内地层的变形情况和/或应力变形情况。
21、优选的，所述变形监测模块包括：
22、内地层变形模块，用于监测所述模拟实验系统的内地层的变形情况；
23、水-土-气压力模块，用于实现岩溶塌陷过程中土洞及溶洞内部水-气压力以及应力变形的实时采集与分析。
24、优选的，所述内地层变形模块包括：
25、图像采集模块，用于采集地层相关参数，所述参数至少包括地表层降值、岩土层位移值、岩土层应变值、孔壁裂隙参数、裂隙空间分布、岩土变形模式、岩土开裂模式、地表空间形态；
26、存储模块，用于存储采集的地层相关参数；
27、分析模块，基于所述地层相关参数对地层模型的变形过程进行分析和记录，建立可视化的模型试验系统。
28、优选的，所述水-土-气压力模块包括：
29、低频微震传感器，用于监测微弱的地震信号；
30、磁敏传感器，用于检测岩溶体的变形和松散程度；
31、分布式柔性应变传感器，用于监测岩溶体的应变变化；
32、压力传感器，用于测量洞穴内的孔隙水压力变化；
33、土压力盒，用于测量洞穴内土体的应力变化；
34、土中气压测试装置，用于测量洞穴内的气压变化。
35、优选的，所述静动载加载系统包括：
36、静载加载模块，用于产生静态荷载；
37、动载加载模块，用于产生振动荷载；
38、第一加载控制模块，用于控制所述静动载加载系统，至少包括静载和动载的施加，荷载的大小和频率的调节，以及采集和记录荷载施加过程中的相关数据。
39、优选的，所述开挖系统包括：
40、挖掘模块，用于模拟人类进行地下工程开挖活动；
41、动力模块，用于驱动挖掘模块的工作；
42、第二加载控制装置模块，用于控制所述开挖系统的操作和参数，所述参数至少包括控制挖掘模块的运动、速度。
43、本专利技术提供了一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统，包括：城市活动胁迫模拟加载系统，用于模拟不同城市活动胁迫对深部岩溶塌陷的影响，所述城市活动包括地下水位变化和/或降雨情况和/或静动载荷和/或开挖扰动；测控系统，用于监测和控制所述试验系统的各种参数，以测量和控制模型试验过程中的参数的变化情况；其中，所述参数至少包括压力、水位、变形。与现有技术相比，本专利技术所提供的大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统的有益效果为：城市活动胁迫模拟加载系统可以模拟城市活动胁迫对深部岩溶塌陷的影响。与传统的试验系统相比，该系统可以模拟地下水位变化、降雨情况、静动载荷和/或开挖扰动等城市活动，更为真实地模拟了实际情况，有助于更准确地评估深部岩溶塌陷的风险。还采用了测控系统，可以实时监测和控制试验系统中的各种参数的变化情况，包括压力、水位、变形等参数。这些监测数据可以帮助研究人员更好地理解深部岩溶塌陷过程，并提供可靠的数据支持实验结果和结论。
44、进一步的，各种城市活动胁迫模拟加载系统均独立布置于试验系统中，即可单独工作考虑单一因素对岩溶塌陷的影响，又可多系统共同工作，探究多因素耦合作用下的深部岩溶塌陷机理。
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1.一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述城市活动胁迫模拟加载系统包括：
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测控系统包括：
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地下水模拟系统包括：压力储水塔、进水口、出水口、输水管路、控制阀、第二水泵，所述压力储水塔的底部分别与所述地下水模拟系统、所述进水口相连，通过所述进水口将压力储水塔中的水注入所述地下水模拟系统中；所述出水口与所述地下水模拟系统连接，用于排出所述地下水模拟系统中多余的水；所述输水管路用于连接所述压力储水塔、所述进水口、所述出水口和所述地下水模拟系统，将水的流动进行连通；所述第二水泵通过输水管路与进水口连接；所述控制阀用于控制水的流动，根据需要打开或关闭进水口、出水口，以控制地下水模拟系统中的水位。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述监测系统包括：
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述变形监测模块包括：
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述水-土-气压力模块包括：
9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述静动载加载系统包括：
10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述开挖系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种大型城市深部岩溶塌陷模型试验系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述城市活动胁迫模拟加载系统包括：
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测控系统包括：
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述地下水模拟系统包括：压力储水塔、进水口、出水口、输水管路、控制阀、第二水泵，所述压力储水塔的底部分别与所述地下水模拟系统、所述进水口相连，通过所述进水口将压力储水塔中的水注入所述地下水模拟系统中；所述出水口与所述地下水模拟系统连接，用于排出所述地下水模拟系统中多余的水；所述输水管路用于连接所述压力储水塔、所述进水口、所述出水口和所述地下水模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓昭，胡李华，曾伟，岳群超，王迎超，李元海，赵鹏，周启明，郭广泉，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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