CN110161213A - 一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置 - Google Patents

一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置 Download PDF

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孙乾征
杨义
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    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials

Abstract

本发明公开了一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置。包括模型箱，模型箱的箱底为模拟溶洞，模拟溶洞上方设有底板，底板中活动设有薄板，薄板上设有薄板孔，底板上设有模拟岩层，模拟岩层中设有岩溶洞隙，模拟岩层上部和岩溶洞隙中设有覆层；所述模型箱的顶部设有地表水通道，地表水通道中设有孔洞；所述地表水通道和模拟溶洞连接进水装置。本发明能模拟地表水、地下水单独作用及其联合作用下岩溶塌陷的发育过程，便于观察，适用于地质灾害的研究。

Description

一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置
技术领域
本发明涉及岩溶塌陷实验装置，特别是一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置。
背景技术
岩溶塌陷是岩溶地区特殊的地质灾害类型,它是指隐伏在覆盖层下的可溶岩中存在岩溶空洞,在自然或人为因素作用下,覆盖层物质沿岩溶通道进入岩溶空洞,引起覆盖土体发生漏失,导致地面出现塌陷的自然现象。随着经济的增长,人类活动对覆层岩溶区的影响不断增强,尤其是西南地区，地表与地下河流发育，在地表水流的渗透、地下水位的剧烈变动和冲涮下容易产生覆层岩溶塌陷问题。由于这种塌陷发生的比较突然且快速,尤其会对道路、水库及岩土工程产生巨大破坏，很容易造成人员伤亡与财产损失。
因此，就需要一种能够模拟地表水与地下水作用而引起覆层岩溶塌陷的实验装置，来开展覆层岩溶塌陷的形成机理试验，对研究覆层岩溶塌陷具有一定的科学意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置。本发明能模拟地表水、地下水单独作用及其联合作用下岩溶塌陷的发育过程，便于观察，适用于地质灾害的研究。
本发明的技术方案：一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，包括模型箱，模型箱的箱底为模拟溶洞，模拟溶洞上方设有底板，底板中活动设有薄板，薄板上设有薄板孔，底板上设有模拟岩层，模拟岩层中设有岩溶洞隙，模拟岩层上部和岩溶洞隙中设有覆层；所述模型箱的顶部设有地表水通道，地表水通道中设有孔洞；所述地表水通道和模拟溶洞连接进水装置。
前述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置中，所述进水装置包括水箱，水箱连接地表水进水管，地表水进水管连接地表水通道；所述水箱连接地下水进水管，地下水进水管连接模拟溶洞。
前述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置中，所述地表水进水管上设有地表水进水开关；所述地下水进水管上设有地下水进水开关。
前述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置中，所述地表水通道连接地表水排水管；所述模拟溶洞连接地下水排水管，地下水排水管上设有地下水排水开关。
前述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置中，所述地表水排水管和地下水排水管的出水口均设于收集箱中。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过供水箱给地表水通道进行供水后，地表水通过通道底部大小不均的孔洞进行渗透，可模拟地表水的渗透引起覆层岩溶塌陷过程，地表水的流速还能够通过进水开关进行控制。
2、本发明通过供水箱给地下水通道进行供水后，溶洞中的地下水水位进行抬升，可模拟地下水水位上升引起覆层岩溶塌陷过程。
3、本发明通过排水开关进行放水后，溶洞中地下水水位下降，可模拟地下水水位下降引起覆层岩溶塌陷过程。
4、本发明可通过改变地表水通道底部孔洞大小与排列方式，可模拟不同地表水环境下的渗透引起覆层岩溶塌陷过程。
5、本发明通过底板内部带孔的薄板来改变岩溶裂隙口径的大小，可模拟不同岩溶环境下的地下水升降引起覆层岩溶塌陷过程。
6、本发明能够模拟岩溶塌陷在地下水位下降、地下水位上升、地表水渗透分别作用下或者多种条件组合作用下引起覆层岩溶塌陷过程。
7、本发明的模型箱采用透明材质，使用者可随时观察模型箱内的模拟情况，便于观察。
综上所述：本发明装置能模拟地表水、地下水单独作用及其联合作用下岩溶塌陷的发育过程，便于观察，适用于地质灾害的研究。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是地表水通道的连接结构示意图；
图3是本发明的模型箱底板顶部连接结构示意图；
图4是薄板的结构示意图。
附图中的标记为：1-模型箱，2-岩溶洞隙，3-模拟岩层，4-覆层，5-地表水通道，6-孔洞，7-地表水进水管，8-供水箱，9-地表水进水开关，10-地表水排水管，11-收集箱，12-底板，13-模拟溶洞，14-薄板孔，15-薄板，16-地下水进水管，17-地下水进水开关，18-地下水排水管，19-地下水排水开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，构成如图1-4所示，包括模型箱1，模型箱1的箱底为模拟溶洞13，模拟溶洞13上方设有底板12，底板12中活动设有薄板15，薄板15上设有一组薄板孔14，底板12上设有模拟岩层3，模拟岩层3中设有上下贯穿模拟岩层3的岩溶洞隙2，模拟岩层3上部和岩溶洞隙2中设有覆层4；所述模型箱1的顶部设有一组地表水通道5，地表水通道5中设有一组孔洞6；所述地表水通道5和模拟溶洞13连接进水装置。其中模拟箱1优选为透明材质，便于观察；模拟岩层3可选用细沙、碳酸钙、石膏等，或相似材料，模拟覆层4可选用砂土、粉砂、黏土等或相似材料，以满足岩层力学性质与结构相似；模拟岩层3和底板12固定连接于模型箱1内壁；孔洞6设置为多个，且大小不均，如此可模拟不同地表水环境下的渗透引起覆层4岩溶塌陷过程；模型箱1为顶部开口的方形箱体；岩溶洞隙2的口径分布在底板12内，即底板12上开设有与岩溶洞隙2底端空隙相同的底板口；薄板15活动设置在底板12中，即底板12中部设有一通道，可供薄板15来回抽动，如此在移动薄板15时，其上的薄板孔14会与底板12上的底板口交叉，可实现岩溶洞隙2与模拟溶洞13之间相通口面积的控制，从而可模拟不同岩溶环境下的地下水升降引起覆层4岩溶塌陷过程。
本发明使用时，能够模拟地表水、地下水单独作用及其联合作用下岩溶塌陷的发育过程。通过进水装置给地表水通道5供水后，水通过地表水通道5底部大小不均的孔洞6进行渗透，即可模拟地表水的渗透引起覆层4岩溶塌陷过程。通过进水装置给模拟溶洞13供水后模拟溶洞13中的地下水水位进行抬升，即可模拟地下水水位上升引起覆层4岩溶塌陷过程。
所述进水装置包括水箱8，水箱8连接地表水进水管7，地表水进水管7连接地表水通道5；所述水箱8连接地下水进水管16，地下水进水管16连接模拟溶洞13。水箱8作为水源，通过地表水进水管7和地下水进水管16可分别向地表水通道5和模拟溶洞13通水。
所述地表水进水管7上设有地表水进水开关9；所述地下水进水管16上设有地下水进水开关17。地表水进水开关9和地下水进水开关17可控制模拟的地表水和地下水的流速。
所述地表水通道5连接地表水排水管10；所述模拟溶洞13连接地下水排水管18，地下水排水管18上设有地下水排水开关19。通过地下水排水管18、排水开关19进行放水后，可控制模拟溶洞13中的地下水水位，放水地下水水位下降，就可模拟地下水水位下降引起覆层4岩溶塌陷过程。
所述地表水排水管10和地下水排水管18的出水口均设于收集箱11中。收集箱11可收集排出水。

Claims (5)

1.一种模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，其特征在于：包括模型箱（1），模型箱（1）的箱底为模拟溶洞（13），模拟溶洞（13）上方设有底板（12），底板（12）中活动设有薄板（15），薄板（15）上设有薄板孔（14），底板（12）上设有模拟岩层（3），模拟岩层（3）中设有岩溶洞隙（2），模拟岩层（3）上部和岩溶洞隙（2）中设有覆层（4）；所述模型箱（1）的顶部设有地表水通道（5），地表水通道（5）中设有孔洞（6）；所述地表水通道（5）和模拟溶洞（13）连接进水装置。
2.根据权利要求1所述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，其特征在于：所述进水装置包括水箱（8），水箱（8）连接地表水进水管（7），地表水进水管（7）连接地表水通道（5）；所述水箱（8）连接地下水进水管（16），地下水进水管（16）连接模拟溶洞（13）。
3.根据权利要求2所述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，其特征在于：所述地表水进水管（7）上设有地表水进水开关（9）；所述地下水进水管（16）上设有地下水进水开关（17）。
4.根据权利要求1所述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，其特征在于：所述地表水通道（5）连接地表水排水管（10）；所述模拟溶洞（13）连接地下水排水管（18），地下水排水管（18）上设有地下水排水开关（19）。
5.根据权利要求4所述的模拟喀斯特地区岩溶塌陷的实验装置，其特征在于：所述地表水排水管（10）和地下水排水管（18）的出水口均设于收集箱（11）中。
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