CN115184579B - 一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法，属于道路塌陷隐患模拟试验技术领域，能够准确定位空洞空间坐标且模拟材料不影响空洞致灾演变规律，利于客观揭示空洞致塌机理；该装置包括：模型箱体单元，作为模具用于试验模型的制备；位置控制单元，用于从X轴、Y轴和Z轴三个方向实现模型中空洞的位置坐标的精准调节；形态控制单元，用于实现空洞制备件的膨胀和消除；使用时，S1、确定物理相似试验模型参数；S2、根据确定的参数从X轴、Y轴和Z轴三个方向对模型中空洞的位置坐标进行调节；S3、向空洞制备件中注入第一气体，使其膨胀；S4、填铺模型材料制备试验模型；S5、向空洞制备件中注入第二气体，使其溶破。

Description

一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法

技术领域

本发明涉及道路塌陷隐患模拟试验技术领域，尤其涉及一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法。

背景技术

近年来，我国城市建设发展进程逐步加快，道路塌陷隐患已成为威胁人民群众生命和财产安全的重大灾害，大量案例表明，空洞塌陷隐患是诱发道路塌陷的主要因素。目前，空洞致塌全过程演变的位移、应力等参数较难在实际工况中获取，物理相似试验是解决该问题的重要技术手段。物理相似试验是根据合理相似比尺对实际工况条件下位移、应力、空间形态等参数进行监测分析的方法，由于物理相似试验与实际工况吻合度高，可为分析空洞致灾演变规律和揭示空洞致灾机理提供数据支撑。

当前所采用的物理模拟试验装置存在以下问题：(1)空洞在物理模型中的空间相似坐标依靠人为主观设置实现。现有技术方案无法直接固定空洞的空间相似坐标，在物理相似模型填装过程中，人为设置将导致空洞的空间相似坐标存在较大的误差；(2)现有研究主要采用冰块或气囊模拟地下空洞，试验材料不符合实际工况条件。一方面，土体中的冰块融化后会改变空洞周边土体的含水率，已有研究表明，含水率是影响土体强度的重要因素，因此，采用冰块模拟地下空洞不符合实际工况，并将严重影响试验准确性；另一方面，由于气囊不具备自主收缩的功能，气囊在放气后会继续设置于空洞内部，并占用一定的空洞容积，在这种情况下，气囊的存在将会影响空洞致灾演变形态，影响应力、位移等监测数据的准确性。

因此，有必要研究一种新的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置及方法，能够准确定位空洞空间坐标且空洞模拟材料不影响空洞致灾演变规律，利于客观揭示空洞致塌机理。

一方面，本发明提供一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述装置包括：

模型箱体单元，作为模具用于试验模型的制备；

位置控制单元，用于从X轴、Y轴和Z轴三个方向实现模型中空洞的位置坐标的精准调节；

形态控制单元，用于实现空洞制备件的膨胀和消除；

所述空洞制备件为在模型制备过程中用于形成空洞的部件。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述模型箱体单元包括槽钢框架、设置在所述槽钢框架四周的挡板、底板和支撑架；

所述槽钢框架设置在所述支撑架上方，所述底板设置在所述槽钢框架内底部；

所述挡板上设有注气管穿孔。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述槽钢框架的外表面设有X方向、Y方向和Z方向的刻度尺。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述位置控制单元包括：

两组Y轴轨道，分设在所述模型箱体单元内部两侧；

Y轴控制器，其两端分别与对应侧的Y轴轨道滑动连接，能够在控制力所用下沿Y轴轨道移动，实现Y轴方向位置的调节；

X轴控制器，可滑动地设置在Y轴控制器上，能够在控制力所用下沿沿Y轴控制器移动，实现X轴方向位置的调节；

Z轴控制器，固定设置在X轴控制器上，能够在控制力作用下上升或下降。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述形态控制单元包括：

用作空洞制备件的水溶聚氨酯小球，设置在Z轴控制器上，能够在输入干燥气体时膨胀，并在输入水汽时溶破；

电动气泵，通过超弹性注气管与水溶聚氨酯小球连接，用于将气体注入所述水溶聚氨酯小球内；

水蒸气发生器，通过湿气输气管与电动气泵连接，用于产生溶破水溶聚氨酯小球的水汽。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述湿气输气管上设有管路开关部件。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述水溶聚氨酯小球的材料为聚丙烯酰胺和聚氨基甲酸酯的聚合材料。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述Z轴控制器由依次套设的若干套筒螺栓构成；

最外层套筒螺栓设有内螺纹，最内层套筒螺栓设有外螺纹；

最外和最内层之间的套筒螺栓均设有内螺纹和外螺纹；

相邻套筒螺栓之间螺纹连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述Y轴控制器包括H形轨道本体和滑轮，所述H形轨道本体通过所述滑轮与所述Y轴轨道滑动连接；所述Y轴轨道的滑轨内设有Y向限位器，用于在所述Y轴控制器到达合适位置后对其进行限位固定；

所述X轴控制器包括刚性平台和行走滑轮，所述刚性平台通过所述行走滑轮与所述H形轨道本体滑动连接；所述H形轨道本体的凹槽内设有X向限位器，用于在所述X轴控制器到达合适位置后对其进行限位固定。

另一方面，本发明提供一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验方法，所述方法采用如上任一所述的实验试验装置来实现；所述方法的步骤包括：

S1、确定物理相似试验模型参数；

S2、根据S1中确定的参数从X轴、Y轴和Z轴三个方向对模型中空洞的位置坐标进行调节；

S3、向空洞制备件中注入第一气体，使其膨胀；

S4、填铺模型材料制备试验模型；

S5、向空洞制备件中注入第二气体，使其溶破，形成试验模型中的空洞。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，通过控制注气时间达到调节空洞半径的目的。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第二气体为带有水汽的空气；所述空洞制备件的材质为水溶性且具有膨胀能力的材质。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置和方法，实现在物理相似模型中空洞空间位置坐标的准确定位，同时利用聚丙烯酰胺(PAM)在常温下呈坚硬玻璃态固体、遇水溶解的性质和聚氨酯(PU)的良好弹性变形性能，建立了不影响空洞塌陷演变形态的空洞相似模拟试验方法，实现物理试验尺度下空洞致塌演变规律的精确分析，该物理试验装置可为揭示城市道路地下空洞致塌机理提供理论依据。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置结构示意图；

图2是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅰ-Ⅰ剖面图；

图3是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅱ-Ⅱ剖面图(Z轴控制器最小高度)；

图4是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅱ-Ⅱ剖面图(Z轴控制器最大高度)；

图5是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅲ-Ⅲ剖面图；

图6是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅳ-Ⅳ剖面图(Z轴控制器最小高度)；

图7是本发明一个实施例提供的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置Ⅳ-Ⅳ剖面图(Z轴控制器最大高度)。

其中，图中：

1、C形槽钢框架，2、第一亚克力挡板，3、第二亚克力挡板，4、第三亚克力挡板，5、第四亚克力挡板，6、注气管穿孔，7、钢板，8、工字钢支撑架，9、第一Y轴轨道，10、第二Y轴轨道，11、Y轴控制器，12、X轴控制器，13、Z轴控制器，14、水溶聚氨酯小球，15、超弹性注气管，16、湿空气输气管，17、小型电动气泵，18、水蒸气发生器；

9-1、凹槽轨道本体，9-2、第一前限位器，9-3、第一后限位器；

11-1、H形轨道本体，11-2、第一滑轮连接器，11-3、第二滑轮连接器，11-4、第一行走滑轮，11-5、第二行走滑轮，11-6、第一轨道凹槽，11-7、第二轨道凹槽，11-8、第二前限位器，11-9、第二后限位器；

12-1、刚性平台，12-2、第三滑轮连接器，12-3、第四滑轮连接器，12-4、第三行走滑轮，12-5、第四行走滑轮，12-6、注气管通道；

13-1、第一套筒螺栓，13-2、第二套筒螺栓，13-3、第三套筒螺栓，13-4、第四套筒螺栓，13-5、第五套筒螺栓，13-6、第六套筒螺栓，13-7、第七套筒螺栓。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术的不足，本发明提供一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，如图1所示，包括模型箱体单元、位置控制单元和形态控制单元。

所述的模型箱体单元包括C形槽钢框架1、第一亚克力挡板2、第二亚克力挡板3、第三亚克力挡板4、第四亚克力挡板5、注气管穿孔6、钢板7和工字钢支撑架8；C形槽钢框架1的外表面设置有X方向、Y方向和Z方向的刻度尺；第一亚克力挡板2、第二亚克力挡板3、第三亚克力挡板4、第四亚克力挡板5设置在C形槽钢框架1的四个侧面，且均通过高强防水胶粘剂与C形槽钢框架1连接。第四亚克力挡板5有一注气管穿孔6；钢板7位于C形槽钢框架1的底部，并与C形槽钢框架1通过焊接连接；工字钢支撑架8与C形槽钢框架1通过焊接连接。

所述的位置控制单元包括第一Y轴轨道9、第二Y轴轨道10、Y轴控制器11、X轴控制器12、Z轴控制器13和水溶聚氨酯小球14。第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10沿Y方向分别固定于钢板7上表面的两端；两Y轴轨道均沿Y轴方向设置，两者相互平行且处于同一水平面。

如图2所示，第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10沿轴线方向分别设有一矩形凹槽；第一Y轴轨道9包括凹槽轨道本体9-1、第一前限位器9-2和第一后限位器9-3；第一前限位器9-2和第一后限位器9-3分别设置于凹槽轨道本体9-1的两端。

如图3、图4所示，Y轴控制器11包括H形轨道本体11-1、第一滑轮连接器11-2、第二滑轮连接器11-3、第一行走滑轮11-4、第二行走滑轮11-5、第一轨道凹槽11-6、第二轨道凹槽11-7、第二前限位器11-8和第二后限位器11-9；H形轨道本体11-1整体呈长条形，横截面为平躺的H形，平躺H形的两个槽口均沿Y轴方向。H形轨道本体11-1的两端分别与第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10可滑动连接，具体地：H形轨道本体11-1两端的底部分别通过第一滑轮连接器11-2、第二滑轮连接器11-3与第一行走滑轮11-4、第二行走滑轮11-5固定连接；第一行走滑轮11-4和第二行走滑轮11-5分别设置于第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10的矩形凹槽内。H形轨道本体11-1的Y方向两侧边分别设置有第一轨道凹槽11-6和第二轨道凹槽11-7，也就是横躺H形的两个槽口，第二前限位器11-8和第二后限位器11-9分别设置于第一轨道凹槽11-6的两端，如图5所示。

注气管穿孔6距所述钢板7的垂直距离为C形槽钢框架1高度的1/8，距所述第一亚克力挡板2的水平距离为C形槽钢框架1高度的1/2；所述第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10的高度为C形槽钢框架1高度的1/16；所述Y轴控制器11和X轴控制器12的高度为C形槽钢框架1高度的1/32。

如图6所示，X轴控制器12包括刚性平台12-1、第三滑轮连接器12-2、第四滑轮连接器12-3、第三行走滑轮12-4、第四行走滑轮12-5、注气管通道12-6；刚性平台12-1的Y方向底面两端分别通过第三滑轮连接器12-2、第四滑轮连接器12-3与第三行走滑轮12-4、第四行走滑轮12-5固定连接；第三行走滑轮12-4、第四行走滑轮12-5分别设置于第一轨道凹槽11-6、第二轨道凹槽11-7内；刚性平台12-1内布设有注气管通道12-6，注气管通道12-6的一端位于刚性平台12-1顶面中部，另一端位于刚性平台12-1右侧面中部直至延伸到第四亚克力挡板5上的注气管穿孔6，并与之连通。

如图7所示。Z轴控制器13包括第一套筒螺栓13-1、第二套筒螺栓13-2、第三套筒螺栓13-3、第四套筒螺栓13-4、第五套筒螺栓13-5、第六套筒螺栓13-6、第七套筒螺栓13-7，第七套筒螺栓13-7顶部设有水溶聚氨酯小球14。第一套筒螺栓13-1的底面位于刚性平台12-1顶面中部，并通过焊接连接；第一套筒螺栓13-1、第二套筒螺栓13-2、第三套筒螺栓13-3、第四套筒螺栓13-4、第五套筒螺栓13-5、第六套筒螺栓13-6、第七套筒螺栓13-7均为薄壁中空圆柱结构，且依次套设，第一套筒螺栓13-1位于最外面。第一套筒螺栓13-1内表面有螺纹，第二套筒螺栓13-2、第三套筒螺栓13-3、第四套筒螺栓13-4、第五套筒螺栓13-5、第六套筒螺栓13-6、第七套筒螺栓13-7内表面和外表面均有螺纹，彼此之间通过螺纹连接。

所述的形态控制单元包括水溶聚氨酯小球14、超弹性注气管15、湿空气输气管16、小型电动气泵17和水蒸气发生器18。水溶聚氨酯小球14采用闭气胶固定于第七套筒螺栓13-7的顶部。小型电动气泵17和水蒸气发生器18设置在模型箱体单元外部，小型电动气泵17和水蒸气发生器18通过湿空气输气管16连接，由水蒸气发生器18产生的水蒸气进入小型电动气泵17后和空气混合并由小型电动气泵17的出气口输出。小型电动气泵17的出气口和超弹性注气管15的一端连接，超弹性注气管15的另一端经过注气管穿孔6、H形轨道本体11-1、套筒螺栓组合件，最后与水溶聚氨酯小球14连通。由小型电动气泵17出气口输出的空气或湿空气经过超弹性注气管15进入水溶聚氨酯小球14内，干空气输入时实现对水溶聚氨酯小球14的扩充膨胀，湿空气输入是溶解水溶聚氨酯小球14，从而使其不至于存在于模型中干扰试验结果。湿空气输气管16上设有开关，可以是绑扎用铁丝、阀门或其他，从而在输入干空气时水蒸气发生器18中的水蒸气不至于误入，需要输入湿空气时再打开。

本发明上述空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置的工作方法，包括如下步骤：

步骤1、确定物理相似试验模型参数，配制物理试验相似材料；

步骤2、调节空洞Y轴坐标：

步骤2.1、根据空洞在模型箱中的Y轴坐标，移动Y轴控制器11，此时，第一行走滑轮11-4和第二行走滑轮11-5分别将在第一Y轴轨道9和第二Y轴轨道10中沿Y方向运动，通过观察C形槽钢框架1外表面的Y轴刻度尺确定Y轴控制器11在Y方向上的位置；

步骤2.2、到达合适位置后，移动第一前限位器9-2和第一后限位器9-3，用于卡住第一行走滑轮11-4，达到固定空洞Y轴坐标的目的；

步骤3、调节空洞X轴坐标：

步骤3.1、根据空洞在模型箱中的X轴坐标，移动X轴控制器12，这时，所述第三行走滑轮12-4、第四行走滑轮12-5将分别在第一轨道凹槽11-6、第二轨道凹槽11-7内沿X方向运动，通过观察C形槽钢框架1外表面的X轴刻度尺确定X轴控制器12在X方向上的位置；

步骤3.2、到达合适的位置后，移动第二前限位器11-8和第二后限位器11-9，用于卡住第三行走滑轮12-4和第四行走滑轮12-5，达到固定空洞X轴坐标的目的；

步骤4、根据空洞在模型箱中的Z轴坐标，依次旋转第七套筒螺栓13-7、第六套筒螺栓13-6、第五套筒螺栓13-5、第四套筒螺栓13-4、第三套筒螺栓13-3、第二套筒螺栓13-2、第一套筒螺栓13-1，同时注意观察C形槽钢框架1外表面的Z轴刻度尺，待Z轴控制器13的旋转高度等于空洞Z坐标值时停止旋转，从而完成空洞Z轴坐标的调节；

步骤5、首先保持小型电动气泵17进气口与湿空气输气管16呈断开连接，使小型电动气泵17进气口能自由吸入空气，然后开启小型电动气泵17，并固定气体流速，这时空气通过超弹性注气管15进入水溶聚氨酯小球14，由于聚氨酯具有一定的弹性，将导致水溶聚氨酯小球14产生弹性变形，并不断膨胀，最后通过控制注气时间达到调节空洞相似半径的目的，注气时间t₁与空洞相似半径R的关系如下：

上述公式中，t₁为注气时间，R为空洞相似半径，λ为压强修正系数，一般取1.1，v为气体流速，r为超弹性注气管15的半径，R、λ、v和r为已知值。

步骤6、填铺材料制备道路空洞物理试验模型；水溶聚氨酯小球的材料可以采用1:1的聚丙烯酰胺(PAM)和聚氨基甲酸酯(PU)聚合形成；由于聚丙烯酰胺(PAM)在常温下呈固态，膨胀后的水溶聚氨酯小球14具有一定的地层承载力，待模型凝固后，解开超弹性注气管15与小型电动气泵16的出气口的绑扎铁丝，释放水溶聚氨酯小球14内的压力，泄压时间为t₂，t₂的具体计算公式如下：

上述公式中，t₂为泄压时间，L为超弹性注气管15的长度，L、R、r和t₁为已知值。

步骤7、通过铁丝对小型电动气泵17进气口与湿空气输气管16进行绑扎连接，开启水蒸气发生器18，并保持水蒸气发生器18出气口的水蒸气流速与小型电动气泵17进气口的水蒸气流速一致，待二次注气时间为t₃时，停止注入水蒸气，t₃的具体计算公式如下：

t₃＝t₁-t₂ (3)

上述公式中，t₂为泄压时间，L为超弹性注气管15的长度，L、R、r和t₁为已知值。

步骤8、开始进行空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)空洞坐标试验参数更准确

现有固定空洞空间位置的技术手段主要依靠人为设定，在模型填铺过程中具有一定误差，本发明采用自主设计的Y轴控制器11、X轴控制器12和Z轴控制器13调节空洞在物理试验模型中的空间坐标，并根据C形槽钢框架1外表面的刻度尺精准定位空洞空间坐标。因此相较于人为设定，采用本发明提供的技术方案设定空洞空间坐标参数将更加准确。

(2)试验环境更贴合实际工况

现有技术方案采用铺设冰块或气囊的方式形成空洞，前者改变了空洞周边土体的含水率，后者在空洞中形成了新的结构体，均与实际工况存在一定偏差，本发明提供的技术方案采用1:1的聚丙烯酰胺(PAM)和聚氨基甲酸酯(PU)聚合形成模拟空洞的材料，并通过注入水蒸气的方法水解前述聚合材料，注入的水蒸气密度仅为相同条件下水密度的0.0006倍，对空洞周边土体含水率的影响可忽略不计，同时本发明形成空洞的Y轴控制器11、X轴控制器12和Z轴控制器13均位于空洞下方的土体中，不会对上方空洞塌陷全过程演变产生影响。综上所述，本发明提供的技术方案更贴合实际工况。

以上对本申请实施例所提供的一种可推演道路地下病害体孕灾致灾方法及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

Claims (8)

1.一种空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述装置包括：

模型箱体单元，作为模具用于试验模型的制备；

位置控制单元，用于从X轴、Y轴和Z轴三个方向实现模型中空洞的位置坐标的精准调节；

形态控制单元，用于实现空洞制备件的膨胀和消除；

所述空洞制备件为在模型制备过程中用于形成空洞的部件；

所述位置控制单元包括：

两组Y轴轨道，分设在所述模型箱体单元内部两侧；

Y轴控制器，其两端分别与对应侧的Y轴轨道滑动连接，能够在控制力所用下沿Y轴轨道移动，实现Y轴方向位置的调节；

X轴控制器，可滑动地设置在Y轴控制器上，能够在控制力所用下沿沿Y轴控制器移动，实现X轴方向位置的调节；

Z轴控制器，固定设置在X轴控制器上，能够在控制力作用下上升或下降；

所述形态控制单元包括：

用作空洞制备件的水溶聚氨酯小球，设置在Z轴控制器上，能够在输入干燥气体时膨胀，并在输入水汽时溶破；

电动气泵，通过超弹性注气管与水溶聚氨酯小球连接，用于将气体注入所述水溶聚氨酯小球内；

水蒸气发生器，通过湿气输气管与电动气泵连接，用于产生溶破水溶聚氨酯小球的水汽 。

2.根据权利要求1所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述模型箱体单元包括槽钢框架、设置在所述槽钢框架四周的挡板、底板和支撑架；

所述槽钢框架设置在所述支撑架上方，所述底板设置在所述槽钢框架内底部；

所述挡板上设有注气管穿孔。

3.根据权利要求2所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述槽钢框架的外表面设有X方向、Y方向和Z方向的刻度尺。

4.根据权利要求1所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述湿气输气管上设有管路开关部件。

5.根据权利要求1所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述水溶聚氨酯小球的材料为聚丙烯酰胺和聚氨基甲酸酯的聚合材料。

6.根据权利要求1所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述Z轴控制器由依次套设的若干套筒螺栓构成；

最外层套筒螺栓设有内螺纹，最内层套筒螺栓设有外螺纹；

最外和最内层之间的套筒螺栓均设有内螺纹和外螺纹；

相邻套筒螺栓之间螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置，其特征在于，所述Y轴控制器包括H形轨道本体和滑轮，所述H形轨道本体通过所述滑轮与所述Y轴轨道滑动连接；所述Y轴轨道的滑轨内设有Y向限位器，用于在所述Y轴控制器到达合适位置后对其进行限位固定；

所述X轴控制器包括刚性平台和行走滑轮，所述刚性平台通过所述行走滑轮与所述H形轨道本体滑动连接；所述H形轨道本体的凹槽内设有X向限位器，用于在所述X轴控制器到达合适位置后对其进行限位固定。

8.一种权利要求1-7任一所述空洞塌陷隐患全过程致灾演变试验装置的使用方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、确定物理相似试验模型参数；

S2、根据S1中确定的参数从X轴、Y轴和Z轴三个方向对模型中空洞的位置坐标进行调节；

S3、向空洞制备件中注入第一气体，使其膨胀；

S4、填铺模型材料制备试验模型；

S5、向空洞制备件中注入第二气体，使其溶破。

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