CN104897878A - 一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置及岩溶塌陷试验装置 - Google Patents
一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置及岩溶塌陷试验装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置。该装置包括向岩溶塌陷环境模拟装置供水的供水管和将岩溶塌陷环境模拟装置内的水排出的排水管，在供水管上设有变频水泵、流量控制阀和压力表；排水管包括一排水主管和与该排水主管连通的两根排水支管，在排水管上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器、电磁换向阀和两个溢流阀，两个溢流阀分别设置于两根排水支管上，电磁换向阀设置于排水主管和两根排水支管的连接处，定时程序控制器与电磁换向阀连接。本发明所述水位波动控制装置可以实现岩溶塌陷环境模拟装置内不同频率及不同波幅的水位波动控制，满足不同频率及波动幅度的岩溶塌陷物理模型试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置及岩溶塌陷试验装置，岩溶塌陷试验技术领域。
背景技术
岩溶塌陷试验是一种通过反演岩溶塌陷形成过程开展岩溶塌陷相关研究的有效方法。已有的研究表明，水对岩溶塌陷形成具有重要影响，因此将试验中影响岩溶塌陷的地下水波动作为重要控制因素。传统的岩溶塌陷物理模型试验采用水箱供水模拟地下水的流动，需要不断对水箱进行注水，通过开启与关闭进、出水口模拟地下水的波动情况，其不足之处在于：其一，通过进、出口的压力表进行人工控制，难以实现高频可变波幅的模拟效果；其二，水箱体积庞大，多为固定结构，难以升降水箱，可调节范围小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置，以及采用这种水位波动控制装置的岩溶塌陷试验装置。采用本发明所述水位波动控制装置可以实现岩溶塌陷环境模拟装置内不同频率及不同波幅的水位波动控制，满足不同频率及波动幅度的岩溶塌陷物理模型试验。
本发明所述的用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置，包括向岩溶塌陷环境模拟装置供水的供水管，以及将岩溶塌陷环境模拟装置内的水排出的排水管，其中：
所述的供水管上设置有变频水泵、流量控制阀和压力表；
所述排水管包括一排水主管和与该排水主管连通的两根排水支管，在所述的排水管上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器、电磁换向阀和两个溢流阀，所述两个溢流阀分别设置于两根排水支管上，所述的电磁换向阀设置于排水主管和两根排水支管的连接处，所述的定时程序控制器与电磁换向阀连接。
上述水位波动控制装置通过在供水管中设置变频水泵和流量控制阀，对岩溶塌陷环境模拟装置内进行稳流供水，并在流量控制阀与岩溶塌陷环境模拟装置之间设置压力表进行压力波动监测；在出水管上设置由定时程序控制器、电磁换向阀和两个溢流阀组成的调节机构，通过定时程序控制器控制电磁换向阀实现连通不同排水支管的换向，再采用不同压力临界值的溢流阀组合，形成不同压力差组合，模拟地下水不同波动幅度，以实现不同频率和波幅的调节。
上述技术方案中，所述的压力表优选为数显压力表，供水管上变频水泵、流量控制阀和压力表的设置顺序从供水管的入口端至出口端依次为变频水泵、流量控制阀和压力表。所述的电磁换向阀优选为二位三通电磁换向阀；所述的两个溢流阀为两个具有不同溢流压力的溢流阀，以实现两根排水支管在不同的压力临界时溢流。选用的变频水泵提供的最大流量最好是大于试验设计的最大流量，选用的流量控制阀能提供的最大流量最好是大于试验设计的最大流量。
上述技术方案中，也可以考虑将两根排水支管的出口处再汇集成一条管道，将出水由该管道流出。
本发明还包括采用上述水位波动控制装置的岩溶塌陷试验装置，该岩溶塌陷试验装置包括用于提供水源的水槽、岩溶塌陷环境模拟装置和水位波动控制装置，所述的水位波动控制装置包括向岩溶塌陷环境模拟装置供水的供水管、以及将岩溶塌陷环境模拟装置内的水排出的排水管，其中：
所述的供水管上设置有变频水泵、流量控制阀和压力表；
所述排水管包括一排水主管和与该排水主管连通的两根排水支管，在所述的排水管上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器、电磁换向阀和两个溢流阀，所述两个溢流阀分别设置于两根排水支管上，所述的电磁换向阀设置于排水主管和两根排水支管的连接处，所述的定时程序控制器与电磁换向阀连接。
上述岩溶塌陷试验装置的水位波动控制装置中，所述的压力表优选为数显压力表，供水管上变频水泵、流量控制阀和压力表的设置顺序从供水管的入口端至出口端依次为变频水泵、流量控制阀和压力表。所述的电磁换向优选阀为二位三通电磁换向阀，所述的两个溢流阀为两个具有不同溢流压力的溢流阀，以实现两根排水支管在不同的压力临界时溢流。选用的变频水泵提供的最大流量最好是大于试验设计的最大流量，选用的流量控制阀能提供的最大流量最好是大于试验设计的最大流量。
上述岩溶塌陷试验装置中，水槽的设置可以与现有技术相同。为了实现水的循环利用，优选是将水槽设置于所述岩溶塌陷环境模拟装置的下方，并将水位波动控制装置中的供水管的入口伸入水槽(最好是位于水槽的底部)，将水位波动控制装置中的排水管的出口设置于水槽能够承接其出水的范围内；这样，排水管的出水直接送入水槽，实现水的循环利用。
上述岩溶塌陷试验装置中，所述的岩溶塌陷环境模拟装置可以与现有技术相同，优选的结构如下：岩溶塌陷环境模拟装置包括下层箱体和置于其上的上层箱体，所述下层箱体和上层箱体之间通过至少一个岩溶开口实现两者的连通；所述水位波动控制装置中的供水管的出口与下层箱体连通，所述水位波动控制装置中的排水管的入口与下层箱体连通。所述的下层箱体主要是用于盛装由供水管中的来水，而上层箱体则是根据现实际岩土的结构用于岩土的模拟填装及传感器的布设。其中，所述下层箱体和上层箱体之间的岩溶开口就是可以实现下层箱体和上层箱体连通的开口，以一个岩溶开口为例，当下层箱体和上层箱体均为封闭式箱体结构时，可以在下层箱体的上表面上开设一个下开口，同时在上层箱体的底面上与下层箱体上的下开口位置对应处再开设一上开口，优选上开口与下开口的形状和大小相同；所述上开口与下开口共同组成所述的岩溶开口。当下层箱体和上层箱体均为其中一个面为敞口的敞口式箱体结构时，可以在当下层箱体和上层箱体之间放置一个开设有开口的隔板，该隔板上的开口即为所述的岩溶开口。当下层箱体和上层箱体中的一个是其中一个面为敞口的敞口式箱体结构，另一个为封闭式箱体结构时，可以在与下层箱体(也可能是上层箱体)敞口相接的上层箱体(或下层箱体)的面上开设一个开口，该开口即为所述的岩溶开口。所述岩溶开口的数量及大小根据模拟场景进行变换。
上述岩溶塌陷试验装置中，当岩溶塌陷后，为了将岩溶塌陷环境模拟装置的水及岩土排出，需要在下层箱体上还设置排泥管，还可以该排泥管上设置控制阀以控制排泥管的开、关状态。
与现有技术相比，本发明所述的水位波动控制装置设计合理，结构简单，通过变频水泵和流量控制阀形成稳定流量的输入，通过定时程序控制器与电磁换向阀、两个溢流阀按照一定频率调节溶塌陷环境模拟装置两端的压力差，进而实现岩溶塌陷环境模拟装置内不同频率及不同波幅的水位波动控制，满足不同频率及波动幅度的岩溶塌陷物理模型试验。所述的岩溶塌陷试验装置，由于采用上述水位波动控制装置，因而可以实现岩溶塌陷环境模拟装置内不同频率及不同波幅的水位波动控制；进一步地，特殊的水槽设计方案，排水管的出水直接送入水槽，实现水的循环利用。
附图说明
图1为本发明所述用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明所述的岩溶塌陷试验装置的结构示意图。
图中标号为：
1岩溶塌陷环境模拟装置；1-1上层箱体；1-2下层箱体；1-3岩溶开口；1-4排泥管；1-5控制阀；2供水管；3变频水泵；4流量控制阀；5压力表；6排水管；6-1排水主管；6-2排水支管；7定时程序控制器；8溢流阀；9电磁换向阀；10水槽。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容。
图1为本发明所述用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置一种实施方式的结构示意图。如图1所示，本发明所述的用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置，包括向岩溶塌陷环境模拟装置1供水的供水管2，以及将岩溶塌陷环境模拟装置1内的水排出的排水管6，其中：
所述的供水管2上由入口端至出口管依次设置有变频水泵3、流量控制阀4和压力表5；
所述排水管6包括一排水主管6-1和与该排水主管6-1连通的两根排水支管6-2，在所述的排水管6上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置1内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器7、电磁换向阀9和两个溢流阀8，所述两个溢流阀8分别设置于两根排水支管6-2上，所述的电磁换向阀9设置于排水主管6-1和两根排水支管6-2的连接处，所述的定时程序控制器7与电磁换向阀9连接，通过定时程序控制器7控制电磁换向阀9进而实现连通不同的排水支管6-2。
上述实施方式中，所述压力表5优选采用数显压力表5，所述的电磁换向优选阀为二位三通电磁换向阀9，所述的两个溢流阀8为两个具有不同溢流压力的溢流阀8，以实现两根排水支管6-2在不同的压力临界时溢流。
图2为本发明所述的岩溶塌陷试验装置的结构示意图。如图2所示，本发明所述岩溶塌陷试验装置包括用于提供水源的水槽10、岩溶塌陷环境模拟装置1和水位波动控制装置，其中：
所述的水位波动控制装置如图1所示，具体包括向岩溶塌陷环境模拟装置1供水的供水管2，以及将岩溶塌陷环境模拟装置1内的水排出的排水管6，其中：所述的供水管2上由入口端至出口管依次设置有变频水泵3、流量控制阀4和压力表5；所述排水管6包括一排水主管6-1和与该排水主管6-1连通的两根排水支管6-2，在所述的排水管6上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置1内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器7、电磁换向阀9和两个溢流阀8，所述两个溢流阀8分别设置于两根排水支管6-2上，所述的电磁换向阀9设置于排水主管6-1和两根排水支管6-2的连接处，所述的定时程序控制器7与电磁换向阀9连接，通过定时程序控制器7控制电磁换向阀9进而实现连通不同的排水支管6-2；
所述用于提供水源的水槽10设置于所述岩溶塌陷环境模拟装置1的下方，并且所述水位波动控制装置中的供水管2的入口伸入水槽10(最好是使入口接近水槽10的底部)，所述水位波动控制装置中的排水管6的出口设置于水槽10能够承接其出水的范围内；
所述的岩溶塌陷环境模拟装置1包括一下层箱体1-2和置于其上的上层箱体1-1，所述的下层箱体1-2为其中一个面为敞口的敞口式箱体结构，而上层箱体1-1为具有6个面的封闭式箱体结构，在所述上层箱体1-1的底面上开设有一个岩溶开口1-3，该岩溶开口1-3实现下层箱体1-2和上层箱体1-1之间的连通；所述水位波动控制装置中的供水管2的出口与下层箱体1-2连通，所述水位波动控制装置中的排水管6的入口与下层箱体1-2连通，在下层箱体1-2的底部还设连接有一排泥管1-4，该排泥管1-4上设置控制阀1-5以控制排泥管1-4的开、关状态。在该溶塌陷环境模拟装置中，所述的下层箱体1-2主要是用于盛装由供水管2中的来水，而上层箱体1-1则是根据现实际岩土的结构用于岩土的模拟填装及传感器布设。
上述图2所述的实施方式中，所述水位波动控制装置中，所述的压力表5优选采用数显压力表5，所述的电磁换向优选阀为二位三通电磁换向阀9，所述的两个溢流阀8为两个具有不同溢流压力的溢流阀8，以实现两根排水支管6-2在不同的压力临界时溢流。所述的岩溶塌陷环境模拟装置1中，所述岩溶开口1-3的数量及大小根据模拟场景进行变换；在保证上层箱体1-1和下层箱体1-2连通、能够进行岩溶塌陷试验的前提条件下，所述上层箱体1-1和下层箱体1-2的结构也可根据需要进行设计。
本发明所述岩溶塌陷试验装置具体操作：在试验开始时，首先关闭供水管2上的流量控制阀4及下层箱体1-2上的控制阀1-5，根据试验设计的波动频率与幅度，设置定时程序控制器7的通断电间隔时间从而实现波动频率控制，设置排水管6上两个溢流阀8的压力值，实现不同压力条件下的溢流进而形成岩溶塌陷环境模拟装置1内的压力波动；然后根据试验需要设定流量控制阀4与变频水泵3，开启供水管2上的流量控制阀4，将水注入岩溶塌陷环境模拟装置1中的下层箱体1-2中，开启压力表5和定时程序控制器7。当电磁换向阀9将管路连接到设置有压力较高的溢流阀8的排水支管6-2时，岩溶塌陷环境模拟装置1中的水位逐步升至设计最高值，当水位高于试验设计值时，该溢流阀8打开排泄，岩溶塌陷环境模拟装置1水位降至设定水位高度；当电磁换向阀9换向连接到设置有压力较低的溢流阀8的排水支管6-2时，由于岩溶塌陷环境模拟装置1中的水压力高于新的系统压力(即压力较低的溢流阀8的临界压力)，则溢流阀8开启溢流排泄，岩溶塌陷环境模拟装置1中水位下降，直至岩溶塌陷环境模拟装置1内的压力不低于最低设计值。由此，可实现岩岩溶塌陷环境模拟装置1中水位按照一定频率和振幅进行波动，溢流出的水则通过排水管6进入水槽10，进行二次利用(二次利用前最好经过沉淀)。
Claims (5)
1.一种用于岩溶塌陷试验的水位波动控制装置，包括向岩溶塌陷环境模拟装置(1)供水的供水管(2)，以及将岩溶塌陷环境模拟装置(1)内的水排出的排水管(6)，其特征在于：
所述的供水管(2)上设置有变频水泵(3)、流量控制阀(4)和压力表(5)；
所述排水管(6)包括一排水主管(6-1)和与该排水主管(6-1)连通的两根排水支管(6-2)，在所述的排水管(6)上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置(1)内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器(7)、电磁换向阀(9)和两个溢流阀(8)，所述两个溢流阀(8)分别设置于两根排水支管(6-2)上，所述的电磁换向阀(9)设置于排水主管(6-1)和两根排水支管(6-2)的连接处，所述的定时程序控制器(7)与电磁换向阀(9)连接。
2.采用权利要求1所述水位波动控制装置的岩溶塌陷试验装置，其特征在于：包括用于提供水源的水槽(10)、岩溶塌陷环境模拟装置(1)和水位波动控制装置，所述的水位波动控制装置包括向岩溶塌陷环境模拟装置(1)供水的供水管(2)、以及将岩溶塌陷环境模拟装置(1)内的水排出的排水管(6)，其中：
所述的供水管(2)上设置有变频水泵(3)、流量控制阀(4)和压力表(5)；
所述排水管(6)包括一排水主管(6-1)和与该排水主管(6-1)连通的两根排水支管(6-2)，在所述的排水管(6)上设有调节岩溶塌陷环境模拟装置(1)内压力的调节机构，该调节机构包括定时程序控制器(7)、电磁换向阀(9)和两个溢流阀(8)，所述两个溢流阀(8)分别设置于两根排水支管(6-2)上，所述的电磁换向阀(9)设置于排水主管(6-1)和两根排水支管(6-2)的连接处，所述的定时程序控制器(7)与电磁换向阀(9)连接。
3.根据权利要求2所述的岩溶塌陷试验装置，其特征在于：所述的水槽(10)置于所述岩溶塌陷环境模拟装置(1)的下方，所述水位波动控制装置中的供水管(2)的入口伸入水槽(10)，所述水位波动控制装置中排水管(6)的出口位于水槽(10)能够承接其出水的范围内。
4.根据权利要求2或3所述的岩溶塌陷试验装置，其特征在于：所述的岩溶塌陷环境模拟装置(1)包括下层箱体(1-2)和置于其上的上层箱体(1-1)，所述下层箱体(1-2)和上层箱体(1-1)之间通过至少一个岩溶开口(1-3)实现两者连通；所述水位波动控制装置中的供水管(2)的出口与下层箱体(1-2)连通，所述水位波动控制装置中的排水管(6)的入口与下层箱体(1-2)连通。
5.根据权利要求4所述的岩溶塌陷试验装置，其特征在于：所述下层箱体(1-2)上还设有排泥管(1-4)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |