一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置

1.本实用新型属于城市地质灾害模拟技术领域，尤其涉及一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置。


背景技术：

2.岩溶地面塌陷是普遍分布的灾害类型。国外的阿尔卑斯山脉、死海周边及至欧亚、北美大陆等诸多区域均有分布。我国是世界上碳酸盐岩分布最为广泛的国家，岩溶区的城市和大型工程建设受到了岩溶地面塌陷的严重影响。人类工程活动、自然环境变化和岩溶地质作用共同影响着岩溶地面塌陷的形成。
3.目前岩溶地面塌陷的研究方面，国内外学者围绕岩溶地面塌陷的影响因素和形成机理等方面开展，取得了许多有价值的研究成果，提出了岩溶地面塌陷形成的多种理论和模型。但是由于岩溶地面塌陷受到自然和人类活动等多因素的影响，不同因素之间互相耦合、共同作用，使岩溶地面塌陷形成机理复杂。目前少有对典型诱因进行耦合后，系统性地对岩溶地面塌陷的全过程进行较为全面的研究。因此，亟需一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，用于探究岩溶地面塌陷的演化过程及其致灾因素。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
6.一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，包括：地质体模型箱，所述地质体模型箱相对的两侧分别连通有第一供水机构以及第二供水机构，所述地质体模型箱内设置有计量组件，所述地质体模型箱的底面中心处固接且连通有岩溶通道，所述岩溶通道竖直设置，所述岩溶通道上安装有第三阀门和第四阀门，所述第四阀门位于所述岩溶通道的底端，所述第三阀门位于所述岩溶通道的顶端，所述岩溶通道的下方设置有泥砂收集装置，所述岩溶通道连通有岩溶水系统。
7.优选的，所述第一供水机构包括第一水箱，所述第一水箱固接在所述地质体模型箱的一侧，所述第一水箱与所述地质体模型箱连通，所述第一水箱连通有供水系统，所述第一水箱与所述供水系统之间设置有第六阀门，所述第六阀门位于所述第一水箱的底端。
8.优选的，所述第二供水机构包括第二水箱，所述第二水箱固接在所述地质体模型箱远离所述第一水箱的一侧，所述第二水箱与所述地质体模型箱连通，所述第二水箱连通有另一所述供水系统，所述第二水箱与所述供水系统之间设置有第一阀门，所述第一阀门位于所述第二水箱的底端。
9.优选的，所述地质体模型箱的一侧壁设置为第一带孔渗透板，所述第一带孔渗透板与所述第一水箱固接且连通；
10.所述地质体模型箱远离所述第一带孔渗透板的一侧壁设置为第二带孔渗透板，所述第二带孔渗透板与所述第二水箱固接且连通。
11.优选的，所述计量组件包括若干竖直设置的刻度尺，若干所述刻度尺均固接在所述地质体模型箱的一侧壁上，若干所述刻度尺等间隔设置。
12.优选的，所述地质体模型箱的底面中心处开设有岩溶开口，所述岩溶开口与所述岩溶通道的顶端固接。
13.优选的，所述岩溶通道的侧壁上连通有岩溶水系统，所述岩溶水系统与所述岩溶通道之间设置有第二阀门，所述岩溶通道的外侧壁上固接有短管，所述短管位于所述岩溶通道远离所述第二阀门的一侧，所述短管上安装有第五阀门。
14.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和技术效果：
15.本实用新型提供的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，在地质体模型箱两侧设置第一供水机构以及第二供水机构，控制地质体两侧的水位并能调节水位差，达到模拟地质体地下水位条件的目的，岩溶通道的十字管道构造简单并且能同时实现多种功能，下侧排泥砂、上侧连通岩溶开口，同时与岩溶水系统相连，达到模拟岩溶通道水位的目的，具有能模拟多因素耦合的复杂工况，且符合实际情况的优点。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
17.图1为本实用新型的主视图；
18.图2为本实用新型的俯视图；
19.图3为本实用新型的左视图；
20.其中，1、第一水箱；2、第一带孔渗透板；3、刻度尺；4、地质体模型箱；5、第二带孔渗透板；6、第二水箱；7、第一阀门；8、第二阀门；9、第三阀门；10、第四阀门；11、岩溶通道；12、第五阀门；13、岩溶水系统；14、泥砂收集装置；15、第六阀门；16、供水系统；17、岩溶开口。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
23.参照图1至图3，本实用新型提供一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，包括：地质体模型箱4，地质体模型箱4相对的两侧分别连通有第一供水机构以及第二供水机构，地质体模型箱4内设置有计量组件，地质体模型箱4的底面中心处固接且连通有岩溶通道11，岩溶通道11竖直设置，岩溶通道11上安装有第三阀门9和第四阀门10，第四阀门10位于岩溶通道11的底端，第三阀门9位于岩溶通道11的顶端，岩溶通道11的下方设置有泥砂收集装置14，岩溶通道11连通有岩溶水系统13。
24.本实用新型提供的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，在地质体模型箱4两侧设置第一供水机构以及第二供水机构，控制地质体模型箱4两侧的水位并能调节水位差，达到模拟地质体地下水位条件的目的，岩溶通道11的十字管道构造简单并且能同时实现多种功能，下侧排泥砂、上侧连通岩溶开口，同时与岩溶水系统13相连，达到模拟岩溶通道水位的目的，具有能模拟多因素耦合的复杂工况，且符合实际情况的优点。
25.进一步优化方案，第一供水机构包括第一水箱1，第一水箱1固接在地质体模型箱4的一侧，第一水箱1与地质体模型箱4连通，第一水箱1连通有供水系统16，第一水箱1与供水系统16之间设置有第六阀门15，第六阀门15位于第一水箱1的底端。
26.通过供水系统16向第一水箱1内供水，第一水箱1内水位达到设定值时，关闭第六阀门15，使第一水箱1内的水量保持在设定值。
27.进一步优化方案，第二供水机构包括第二水箱6，第二水箱6固接在地质体模型箱4远离第一水箱1的一侧，第二水箱6与地质体模型箱4连通，第二水箱6连通有另一供水系统16，第二水箱6与供水系统16之间设置有第一阀门7，第一阀门7位于第二水箱6的底端。
28.通过供水系统16向第二水箱6内供水，第二水箱6内水位达到设定值时，关闭第一阀门7，使第二水箱6内的水量保持在设定值。
29.进一步优化方案，地质体模型箱4的一侧壁设置为第一带孔渗透板2，第一带孔渗透板2与第一水箱1固接且连通；
30.地质体模型箱4远离第一带孔渗透板2的一侧壁设置为第二带孔渗透板5，第二带孔渗透板5与第二水箱6固接且连通。
31.第一水箱1内的水通过第一带孔渗透板2渗透进入地质体模型箱4内，第二水箱6内的水通过第二带孔渗透板5渗透进入地质体模型箱4内，从而对地质体模型箱4内的土壤进行渗透。
32.第一带孔渗透板2包括两平行设置的亚克力板，两亚克力板上均阵列开设有若干小孔，两亚克力板上的小孔一一对应设置，两亚克力板之间通过铁丝网固接。
33.进一步优化方案，计量组件包括若干竖直设置的刻度尺3，若干刻度尺3均固接在地质体模型箱4的一侧壁上，若干刻度尺3等间隔设置。地质体模型箱4的材质为透明材质，通过刻度尺3观测地质体模型箱4内土层的厚度，确保土层厚度达到试验设计的工况要求。
34.进一步优化方案，地质体模型箱4的底面中心处开设有岩溶开口17，岩溶开口17与岩溶通道11的顶端固接。岩溶通道11固接在岩溶开口17处。
35.进一步优化方案，岩溶通道11的侧壁上连通有岩溶水系统13，岩溶水系统13与岩溶通道11之间设置有第二阀门8，岩溶通道11的外侧壁上固接有短管，短管位于岩溶通道11远离第二阀门8的一侧，短管上安装有第五阀门12。
36.通过岩溶水系统13通过第二阀门8向岩溶通道11内注入岩溶水，通过第五阀门12将岩溶水放出，从而达到模拟岩溶水水位的目的。
37.工作方法：首先使所有阀门处于关闭状态，在地质体模型箱4中填充砂土及粘土，通过模型箱正面外侧的刻度尺3确保土层厚度达到试验设计的工况要求，并在填充过程中不断进行夯实，同时在覆盖层中的监测点位布设传感器，并连接好数据采集仪，埋设好振动马达，随后需要将土层表面抚平，以便于后续地表沉降的测量以及岩溶地面塌陷现象的观测。
38.打开第一阀门7及第六阀门15，通过供水系统16向第一水箱1和第二水箱6中注水，达到工况设计的水位线后，关闭第一阀门7及第六阀门15，然后需要等待一段时间，以保证第一水箱1和第二水箱6中的水能对中间地质体模型箱4中的覆盖层进行充分的渗透。
39.试验开始前，先开启数据采集仪，随后同时开启第三阀门9以及第四阀门10，若试验工况设有施工振动条件，则启动振动马达，试验开始。
40.试验过程中，注意观察地质体模型箱4中土层表面的凹陷情况，并及时用摄像设备进行实时记录，同时观察第四阀门10的排出泥砂情况并进行记录。
41.一段时间后，第四阀门10不再排出泥砂，地质体模型箱4中的土层表面形成稳定的塌陷坑，塌陷停止，关闭第三阀门9及第四阀门10，同时关闭振动马达，试验结束。
42.试验结束后，关闭数据采集仪并保存土压力数据，对地质体模型箱4内部的地质体进行塌陷坑大小尺寸及地表沉降的测量并拍照记录塌陷坑形状，同时将泥砂收集装置14中收集到的泥砂称重，便于后续计算试验的砂土漏失率。
43.收集保存好数据后，打开第六阀门15以及第一阀门7，放出第一水箱1和第二水箱6中的水，同时打开第三阀门9和第四阀门10，将地质体模型箱4中的剩余土体从排泥口中排出。完成后清洗地质体模型箱4，即可直接进行下一组工况的试验。
44.本实用新型提供的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，在地质体模型箱4两侧设置第一水箱1和第二水箱6，并用第一带孔渗透板2将地质体模型箱4与第一水箱1隔开，用第二带孔渗透板5将地质体模型箱4与第二水箱6隔开，从而能控制地质体两侧的水位并能调节水位差，达到模拟地质体地下水位条件的目的，岩溶通道11的十字管道构造简单并且能同时实现多种功能，包括左侧排水、下侧排泥砂、上侧连通岩溶开口17，同时右侧与岩溶水系统13相连，达到模拟岩溶通道水位的目的，并且地质体模型箱4尺寸大，可保证地质体模型箱4内的地质体足够大，以排除边界效应对实验模拟真实情况的影响，同时大尺寸的地质体模型箱4还能在箱中加入振动马达从而在实验过程中模拟实际情况下的施工振动，具有能模拟多因素耦合的复杂工况，且符合实际情况的优点。
45.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
46.以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于，包括：地质体模型箱(4)，所述地质体模型箱(4)相对的两侧分别连通有第一供水机构以及第二供水机构，所述地质体模型箱(4)内设置有计量组件，所述地质体模型箱(4)的底面中心处固接且连通有岩溶通道(11)，所述岩溶通道(11)竖直设置，所述岩溶通道(11)上安装有第三阀门(9)和第四阀门(10)，所述第四阀门(10)位于所述岩溶通道(11)的底端，所述第三阀门(9)位于所述岩溶通道(11)的顶端，所述岩溶通道(11)的下方设置有泥砂收集装置(14)，所述岩溶通道(11)连通有岩溶水系统(13)。2.根据权利要求1所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述第一供水机构包括第一水箱(1)，所述第一水箱(1)固接在所述地质体模型箱(4)的一侧，所述第一水箱(1)与所述地质体模型箱(4)连通，所述第一水箱(1)连通有供水系统(16)，所述第一水箱(1)与所述供水系统(16)之间设置有第六阀门(15)，所述第六阀门(15)位于所述第一水箱(1)的底端。3.根据权利要求2所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述第二供水机构包括第二水箱(6)，所述第二水箱(6)固接在所述地质体模型箱(4)远离所述第一水箱(1)的一侧，所述第二水箱(6)与所述地质体模型箱(4)连通，所述第二水箱(6)连通有另一所述供水系统(16)，所述第二水箱(6)与所述供水系统(16)之间设置有第一阀门(7)，所述第一阀门(7)位于所述第二水箱(6)的底端。4.根据权利要求3所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述地质体模型箱(4)的一侧壁设置为第一带孔渗透板(2)，所述第一带孔渗透板(2)与所述第一水箱(1)固接且连通；所述地质体模型箱(4)远离所述第一带孔渗透板(2)的一侧壁设置为第二带孔渗透板(5)，所述第二带孔渗透板(5)与所述第二水箱(6)固接且连通。5.根据权利要求1所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述计量组件包括若干竖直设置的刻度尺(3)，若干所述刻度尺(3)均固接在所述地质体模型箱(4)的一侧壁上，若干所述刻度尺(3)等间隔设置。6.根据权利要求1所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述地质体模型箱(4)的底面中心处开设有岩溶开口(17)，所述岩溶开口(17)与所述岩溶通道(11)的顶端固接。7.根据权利要求1所述的一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，其特征在于：所述岩溶通道(11)的侧壁上连通有岩溶水系统(13)，所述岩溶水系统(13)与所述岩溶通道(11)之间设置有第二阀门(8)，所述岩溶通道(11)的外侧壁上固接有短管，所述短管位于所述岩溶通道(11)远离所述第二阀门(8)的一侧，所述短管上安装有第五阀门(12)。

技术总结
本实用新型属于城市地质灾害模拟技术领域，尤其涉及一种模拟岩溶地面塌陷的试验装置，包括：地质体模型箱，地质体模型箱相对的两侧分别连通有第一供水机构以及第二供水机构，地质体模型箱内设置有计量组件，地质体模型箱的底面中心处固接且连通有岩溶通道，岩溶通道竖直设置，岩溶通道上安装有第三阀门和第四阀门，第四阀门位于岩溶通道的底端，第三阀门位于岩溶通道的顶端，岩溶通道的下方设置有泥砂收集装置，岩溶通道连通有岩溶水系统。本实用新型具有能模拟多因素耦合的复杂工况，且符合实际情况的优点。实际情况的优点。实际情况的优点。


技术研发人员：齐信 谭飞 王晓晗 田述高 温浩
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/9/26