CN114636581A - 一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法，属于喀斯特岩溶地质处理技术领域。一种喀斯特地区建筑模拟装置，包括：水箱，水箱内设置有水泵，水泵的输出端设置有供水管；固定设置在水箱顶部的基座，其中，基座的顶部设置有定位柱，定位柱上滑动设置有调节架，调节架上可拆卸设置有隔离件；中空的工作台，设置在定位柱的顶部，工作台上设置有铰链机，铰链机的输出端通过绳索连接有压力板，压力板上设置有振动器；固定设置在水箱上的检测板，检测板上滑动设置有传感器；本发明有效的实现了较为逼真的模拟以及数据采集，为后续施工进度、施工方式和完工使用安全性提供了大量的精确的数据参考，大大降低了施工风险和工作量。

Description

一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法

技术领域

本发明涉及喀斯特岩溶地质处理技术领域，尤其涉及一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法。

背景技术

今年来，随着国家基建工程的蓬勃发展，在桥梁或建筑地基施工中，遇到溶洞的情况并不少见，作为地下隐蔽工程，溶洞给施工带来很大困难，特别是在溶洞发育地区，由于地下水和地表水的活动，对这些溶洞周围岩石形成长期的溶蚀作用，而这些岩层的结构面或软弱面往往是地下水活动的最好通道，结果沿着结构面形成溶槽、岩溶水、塌陷、漏斗、地下暗河、溶洞等各种形式的岩溶形态。

施工中，如果在溶洞区遭遇地下暗河，更使得建筑基础出现难以预估的风险，一般情况，遇到溶洞地下暗河的处治，多为人工挖孔用浆砌片石或混凝土护壁进行封堵、钻孔机冲孔过程可用抛添片石黏土进行挤封亦或是充填混凝土封堵凝固后继续冲孔穿越，但如果溶洞内有地下暗河则以上措施无法成功封堵，需下钢护筒穿越并运用挖孔与钻孔相结合的施工方法，并且在其施工前需对溶洞内情况进行初步的判断分析。

现有技术中，在溶洞上做建筑工程，多是由打孔设备采样后，由人工凭经验对进行溶洞及内部暗河进行分析，并相应的做出适应性方案，此方式存在较大的施工风险，且无法准确的模拟出溶洞的受力变形情况以及出现地下暗河时对填充支撑柱的影响，并且现有的技术并没有可以有效根据自然情况模拟溶洞的设备，这对建筑施工的进度和安全性造成了更大的限缩。为此，我们提出一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中在复杂地形上的建筑工程，对地形数据判断准确性低且安全性差的缺陷，而提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法，包括：水箱，所述水箱内设置有水泵，所述水泵的输出端设置有供水管；固定设置在水箱顶部的基座，其中，所述基座的顶部设置有定位柱，所述定位柱上滑动设置有调节架，所述调节架上可拆卸设置有隔离件；中空的工作台，设置在所述定位柱的顶部，所述工作台上设置有铰链机，所述铰链机的输出端通过绳索连接有压力板，所述压力板上设置有振动器；固定设置在水箱上的检测板，所述检测板上滑动设置有传感器。

为了便于控制调节架的高度以及进行定位，优选地，还包括：蜗轮条，固定设置在所述基座上；固定设置在所述调节架上的盒体，其中，所述盒体内转动设置有蜗杆，所述蜗杆与蜗轮条相啮合。

为了便于精确控制调节架的位置，进一步地，所述盒体内转动设置有转轴，所述蜗杆设置在转轴上，所述转轴的一端贯穿盒体延伸至顶部，所述转轴的一端设置有驱动盘。

为了防止各土层之间混合，保证检测数据的准确性，优选地，所述隔离件包括两组支撑板，所述支撑板上固定设置有多组支撑条和卡块，所述调节架上开设有通槽，所述支撑板滑动设置在通槽内。

为了便于控制水流的出水方向，优选地，所述供水管具体为波纹管，所述水箱上设置有操作平台，多组所述供水管均布在所述操作平台上，所述供水管远离水泵的一端设置有喷头。

为了便于多点精确采集数据，优选地，所述检测板上开设有滑槽，所述传感器上设置有导向套，所述导向套滑动设置在滑槽内，且所述导向套上螺纹连接有锁紧螺栓。

为了保证压力板的工作稳定性，优选地，所述工作台的底部设置有定位套，所述定位套上转动设置有锁紧条，所述定位柱上开设有与锁紧条相对应的卡槽。

为了防止土层崩溃，保证溶洞的完整性，进一步地，所述定位柱上开设有限位槽，所述限位槽内滑动设置有弹性卡板。

为了提供多种采样数据参照，优选地，所述压力板上开设有容置槽。

一种喀斯特地区建筑模拟装置的检测方法，还包括如下步骤：

步骤一：在基建现场打孔采样，获取穿透溶洞E的土层类型及厚度数据，如自然土层A、土层B、土层C和土层D；

步骤二：在溶洞E上方多点采样或进入溶洞现场拍照测量判断自然溶洞横截面尺寸及形状；

步骤三：测量溶洞E内地下暗河流量及流速；

步骤四：采用填补法，即把不规则图形填补成一个规则的图形再以总面积减去填补上去图形的面积，得到溶洞横截面面积，并使其成为规则的矩形或梯形溶洞；

步骤五：在基座上采用同类型土壤进行同比例缩小，制作土层，包括模拟土层W、土层X、土层Y和土层Z；

步骤六：将溶洞的面积与模拟土层同比例缩小，并制作规则的矩形或梯形溶洞V；

步骤七：通过压力板与振动器模拟溶洞V受压和震动情况，并由传感器记录溶洞V及各土层变形数据；

步骤八：启动水泵向溶洞V内注入流动水，并保持其同比例缩小的流速和流量，重复步骤七；

步骤九：在溶洞V内增设回填柱U，重复步骤七，同时记录回填柱U的变形数据；

步骤十：在溶洞V内具有回填柱U的情况下，增加地下暗河，并重复步骤九；

步骤十一：根据模拟实验测得的数据，同比例放大，得到近似现场施工参数。

与现有技术相比，本发明提供了一种喀斯特地区建筑模拟装置及检测方法，具备以下有益效果：

1、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过内置筋条的波纹管，可以在扭曲变形后实现定型，确保水流出水方向可控，并且利用三组供水管可以更好的模拟自然溶洞中地下暗河的流向和流量等等，从而使模拟实验的数据更接近自然环境的水流冲击力，使模拟数据更具参考价值；

2、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过控制调节架在定位柱上的滑动距离，实现不同厚度和不同类型的土层之间的制作，并且由于可以插拔拆卸的隔离件的设置，可以为各土层在压实过程中，提供支撑的同时，防止各土层之间不必要的混合，从而更为精确的模拟自然环境中土层的分布情况；

3、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过在铰链机的内部设有拉力计可以用来记录铰链机在使用时对外部物体提供的拉力，铰链机的输出端通过绳索连接有压力板，并且压力板上开设有容置槽，在容置槽内可以放置不同的配重砝码，而压力板可以通过垫块或柱体对制作的土层试压，从而模拟出自然条件下，土壤上建筑物对地面的压力以及建筑物上有重物增加或减少时，对地面压力的变化，压力板上还设置有振动器，用来模拟当建筑地面或桥梁上有车辆行驶时，对地面产生的震动，从而使对溶洞上方的土层模拟效果达到最为真实的状态，确保为后期施工提供更多且更为真实的数据参照；

4、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过在基座上按比例模拟制作出溶洞周围的土层以及溶洞内的地下暗河，然后对溶洞上方的土层进行一系列的模拟施工进行中以及施工完成后可能出现的情况进行模拟实验，解决了传统的人工凭经验分析，难以实现模拟制作的缺陷；

5、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过多组弹性卡板可以采用堆叠的方式使定位柱之间实现封闭，一方面防止土壤洒落，另一方面可以保证模拟溶洞的土层完整性，确保后续检测的稳定进行；

6、该喀斯特地区建筑模拟装置，通过旋松锁紧螺栓可以释放传感器，从而控制传感器的高度，通过旋紧锁紧螺栓可以对传感器的位置进行固定，方便传感器对土层或者回填柱进行变形检测采样。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明有效的实现了较为逼真的模拟以及数据采集，为后续施工进度、施工方式和完工使用安全性提供了大量的精确的数据参考，大大降低了施工风险和工作量。

附图说明

图1为本发明提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置的结构示意图一；

图2为本发明提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置图1中A部分的结构示意图；

图3为本发明提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置的结构示意图二；

图4为本发明提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置的结构示意图三；

图5为本发明提出的一种喀斯特地区建筑模拟装置支撑板的结构示意图；

图6为本发明的结构示意图一；

图7为本发明的结构示意图二；

图8为本发明的结构示意图三。

图中：1、水箱；101、操作平台；102、导流板；103、排水槽；2、检测板；201、滑槽；3、基座；301、弹性卡板；4、定位柱；401、限位槽；402、卡槽；5、蜗轮条；6、蜗杆；601、盒体；602、转轴；603、驱动盘；7、调节架；701、通槽；8、工作台；801、定位套；802、锁紧条；9、压力板；901、容置槽；10、振动器；11、铰链机；12、绳索；13、支撑板；1301、支撑条；1302、卡块；14、水泵；15、供水管；16、喷头；17、传感器；18、锁紧螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

参照图1、图3、图4、图5和图7，一种喀斯特地区建筑模拟装置，包括带有排水槽103的水箱1，在排水槽103处可拆卸有橡胶塞，用来方便控制水箱1内水的排放，水箱1的一侧设有向水箱1内倾斜的导流板102，用来回收水流防止溅出，水箱1内设置有多组水泵14，水泵14为潜水泵，其输入端没于水面之下，其输出端设置有可以自由变形弯曲的供水管15，供水管15具体为内置筋条的波纹管，可以在扭曲变形后实现定型，确保水流出水方向可控，水箱1上设置有操作平台101，多组供水管15均布在操作平台101上，供水管15远离水泵14的一端设置有喷头16，利用三组供水管15可以更好的模拟自然溶洞中地下暗河的流向和流量等等，从而使模拟实验的数据更接近自然环境的水流冲击力，使模拟数据更具参考价值；固定设置在水箱1顶部的基座3，其中，基座3的顶部设置有带有刻度尺的定位柱4，定位柱4上滑动设置有调节架7，调节架7上可拆卸设置有隔离件，通过控制调节架7在定位柱4上的滑动距离，实现不同厚度和不同类型的土层之间的制作，并且由于可以插拔拆卸的隔离件的设置，可以为各土层在压实过程中，提供支撑的同时，防止各土层之间不必要的混合，从而更为精确的模拟自然环境中土层的分布情况；中间设有孔洞的工作台8，其设置在定位柱4的顶部，工作台8上设置有铰链机11，在铰链机11的内部设有拉力计可以用来记录铰链机11在使用时对外部物体提供的拉力，铰链机11的输出端通过绳索12连接有压力板9，并且压力板9上开设有容置槽901，在容置槽901内可以放置不同的配重砝码，而压力板9可以通过垫块或柱体对制作的土层试压，从而模拟出自然条件下，土壤上建筑物对地面的压力以及建筑物上有重物增加或减少时，对地面压力的变化，压力板9上还设置有振动器10，用来模拟当建筑地面或桥梁上有车辆行驶时，对地面产生的震动，从而使对溶洞上方的土层模拟效果达到最为真实的状态，确保为后期施工提供更多且更为真实的数据参照；另外，在水箱1上固定设置了检测板2，检测板2上滑动设置有传感器17，传感器17主要用来检测土层以及回填柱在实验过程中的变形，传感器17的类型可以选择ZLDS100激光型，其检测精度可以得到有效的保证，该方案主要通过在基座3上按比例模拟制作出溶洞周围的土层以及溶洞内的地下暗河，然后对溶洞上方的土层进行一系列的模拟施工进行中以及施工完成后可能出现的情况进行模拟实验，解决了传统的人工凭经验分析，难以实现模拟制作的缺陷，本方案有效的实现了较为逼真的模拟以及数据采集，为后续施工进度、施工方式和完工使用安全性提供了大量的精确的数据参考，大大降低了施工风险和工作量。

参照图1、图2和图3，还包括：固定设置在基座3上的蜗轮条5；固定设置在调节架7上的盒体601，其中，盒体601内转动设置有蜗杆6，蜗杆6与蜗轮条5相啮合，蜗杆6的驱动方式可以是电机输出端直接驱动，也可以采用手动驱动，如在盒体601内转动设置有转轴602，蜗杆6设置在转轴602上，转轴602的一端贯穿盒体601延伸至顶部，转轴602的一端设置有驱动盘603，通过手动旋转驱动盘603上的偏心轴，从而带动蜗杆6与蜗轮条5啮合，进而实现对调节架7高度的控制，并且配合定位柱4上的刻度，可以很方便的制作需要的土层厚度，为后续的模拟和检测数据的采集提供稳定的基础，确保模拟采集数据的准确性。

参照图1和图3，隔离件包括两组钢制材料的支撑板13，支撑板13的厚度在1-2毫米之间，该厚度可以在防止板体过厚在抽出时造成土层松动的同时，保证一定的刚性支撑效果，防止土层在压实时，导致下方的土层塌陷，为模拟溶洞的制作提供了便捷的支撑方式，另外，每组支撑板13上都固定设置有多组支撑条1301和卡块1302，当两组支撑板13从调节架7插入时，交叉布置的支撑条1301可以很好的组成一个整体，并且其端部可以插入卡块1302内，增强连接的整体性和紧密性，在调节架7上开设有通槽701，两组支撑板13滑动设置在通槽701内实现合体以及分离，确保含溶洞的土层制作。

参照图1、图3和图4，在检测板2上开设有滑槽201，传感器17上设置有导向套，导向套滑动设置在滑槽201内，且导向套上螺纹连接有锁紧螺栓18，通过旋松锁紧螺栓18可以释放传感器17，从而控制传感器17的高度，通过旋紧锁紧螺栓18可以对传感器17的位置进行固定，方便传感器17对土层或者回填柱进行变形检测采样。

参照图1、图3和图4，工作台8的底部设置有定位套801，定位套801上转动设置有锁紧条802，定位柱4上开设有与锁紧条802相对应的卡槽402，从而将工作台8固定在定位柱4上，保证铰链机11在收紧绳索12的过程中，工作台8不会乱动偏移，进一步提升检测数据的精度。

参照图1、图3和图4，在定位柱4的相邻两侧上均开设有限位槽401，限位槽401内滑动设置有弹性卡板301，多组弹性卡板301可以采用堆叠的方式使定位柱4之间实现封闭，一方面防止土壤洒落，另一方面可以保证模拟溶洞的土层完整性，确保后续检测的稳定进行。

参照图1、图6、图7和图8，在上述提到的一种喀斯特地区建筑模拟装置中，我们在此基础上提出了基于该装置的溶洞受力等的检测方法，包括了如下步骤：

步骤一：使用打孔机在基建现场打孔采样，获取穿透溶洞E的土层类型如沙土层、黏土层、砂石层等等及各土层的厚度数据，并将该土层命名为土层A、土层B、土层C和土层D等等依次做记录，为后续制作模型提供参照；

步骤二：在溶洞E上方多点采样或进入溶洞现场拍照测量判断自然溶洞横截面尺寸及形状，并做记录；

步骤三：使用流速仪即转子流量器，测得流速后，其流速乘以水流截面积就是水的流量，记录出溶洞E内地下暗河的流量及流速；

步骤四：采用填补法，即把不规则图形填补成一个规则的图形再以总面积减去填补上去图形的面积，得到溶洞横截面面积，参照图8，如每方格为一立方米，通过填补不规则周围的方格，使其成为规则的形状，方便计算出总的体积，然后再利用填砂或填水的方式，使用量筒等计算出填充进阴影处的物体体积，用总的体积减去阴影处的体积，再除以高度即得出不规则溶洞的面积，随后将其制作为规则的矩形或梯形溶洞，方便后续模拟时缩放比例；

步骤五：在基座3上采用同类型土壤进行同比例缩小，制作土层，包括模拟土层W、土层X、土层Y和土层Z；

步骤六：将溶洞的面积与模拟土层同比例缩小，并制作规则的矩形或梯形溶洞V；

步骤七：通过压力板9与振动器10模拟溶洞V受压和震动情况，并由传感器17记录溶洞V及各土层变形数据；

步骤八：启动水泵14向溶洞V内注入流动水，并保持其同比例缩小的流速和流量，重复步骤七；

步骤九：在溶洞V内增设回填柱U，重复步骤七，同时记录回填柱U的变形数据；

步骤十：在溶洞V内具有回填柱U的情况下，增加地下暗河，并重复步骤九；

步骤十一：根据模拟实验测得的数据，同比例放大，得到近似现场施工参数。

本发明中，通过模拟测得的数据可以很好的作为实际施工的参照，为后续施工进度、施工方式和完工使用安全性提供了大量的精确的数据参考，大大降低了施工风险和工作量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，包括：

水箱(1)，所述水箱(1)内设置有水泵(14)，所述水泵(14)的输出端设置有供水管(15)；

固定设置在水箱(1)顶部的基座(3)，

其中，所述基座(3)的顶部设置有定位柱(4)，所述定位柱(4)上滑动设置有调节架(7)，所述调节架(7)上可拆卸设置有隔离件；

中空的工作台(8)，设置在所述定位柱(4)的顶部，所述工作台(8)上设置有铰链机(11)，所述铰链机(11)的输出端通过绳索(12)连接有压力板(9)，所述压力板(9)上设置有振动器(10)；

固定设置在水箱(1)上的检测板(2)，所述检测板(2)上滑动设置有传感器(17)。

2.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，还包括：

蜗轮条(5)，固定设置在所述基座(3)上；

固定设置在所述调节架(7)上的盒体(601)，

其中，所述盒体(601)内转动设置有蜗杆(6)，所述蜗杆(6)与蜗轮条(5)相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述盒体(601)内转动设置有转轴(602)，所述蜗杆(6)设置在转轴(602)上，所述转轴(602)的一端贯穿盒体(601)延伸至顶部，所述转轴(602)的一端设置有驱动盘(603)。

4.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述隔离件包括两组支撑板(13)，所述支撑板(13)上固定设置有多组支撑条(1301)和卡块(1302)，所述调节架(7)上开设有通槽(701)，所述支撑板(13)滑动设置在通槽(701)内。

5.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述供水管(15)具体为波纹管，所述水箱(1)上设置有操作平台(101)，多组所述供水管(15)均布在所述操作平台(101)上，所述供水管(15)远离水泵(14)的一端设置有喷头(16)。

6.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述检测板(2)上开设有滑槽(201)，所述传感器(17)上设置有导向套，所述导向套滑动设置在滑槽(201)内，且所述导向套上螺纹连接有锁紧螺栓(18)。

7.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述工作台(8)的底部设置有定位套(801)，所述定位套(801)上转动设置有锁紧条(802)，所述定位柱(4)上开设有与锁紧条(802)相对应的卡槽(402)。

8.根据权利要求1或7所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述定位柱(4)上开设有限位槽(401)，所述限位槽(401)内滑动设置有弹性卡板(301)。

9.根据权利要求1所述的一种喀斯特地区建筑模拟装置，其特征在于，所述压力板(9)上开设有容置槽(901)。

10.一种包含权利要求1所述的喀斯特地区建筑模拟装置的检测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

步骤一：在基建现场打孔采样，获取穿透溶洞E的土层类型及厚度数据，如自然土层A、土层B、土层C和土层D；

步骤二：在溶洞E上方多点采样或进入溶洞现场拍照测量判断自然溶洞横截面尺寸及形状；

步骤三：测量溶洞E内地下暗河流量及流速；

步骤四：采用填补法，即把不规则图形填补成一个规则的图形再以总面积减去填补上去图形的面积，得到溶洞横截面面积，并使其成为规则的矩形或梯形溶洞；

步骤五：在基座(3)上采用同类型土壤进行同比例缩小，制作土层，包括模拟土层W、土层X、土层Y和土层Z；

步骤六：将溶洞的面积与模拟土层同比例缩小，并制作规则的矩形或梯形溶洞V；

步骤七：通过压力板(9)与振动器(10)模拟溶洞V受压和震动情况，并由传感器(17)记录溶洞V及各土层变形数据；

步骤八：启动水泵(14)向溶洞V内注入流动水，并保持其同比例缩小的流速和流量，重复步骤七；

步骤九：在溶洞V内增设回填柱U，重复步骤七，同时记录回填柱U的变形数据；

步骤十：在溶洞V内具有回填柱U的情况下，增加地下暗河，并重复步骤九；

步骤十一：根据模拟实验测得的数据，同比例放大，得到近似现场施工参数。

Images