CN116481994A - 一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及试验装置技术领域，具体涉及一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及方法，模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置包括潜蚀组件、水土分离组件、抽水组件、水位控制组件和升降组件；潜蚀组件用于放置土样并形成变水头及波动水头不同水头条件形式测试环境；水土分离组件将泥浆与水分离；抽水组件用于抽取大部分的试验用水提供给水位控制组件；升降组件用于调节水头高度；水位控制组件为潜蚀组件提供试验用水；实现在室内模拟地下水动作用下岩溶区土体潜蚀颗粒从岩溶洞口流失机理及土洞形状的观测，便于系统研究土体在不同水力大小作用下潜蚀作用机理及形成的土洞形状。

Description

一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及 方法

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，尤其涉及一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及方法。

背景技术

岩溶广泛分布于我国西南地区。由于地下水的长期侵蚀，岩溶区常形成一定大小的溶洞，而溶洞上方常覆各种类型的土体，在雨水和地下水作用潜蚀作用下，土颗粒沿着岩溶洞口流失，对于具有一定黏聚力的土体而言，常形成不同形状、大小的土洞，使得上覆土体的强度降低，进而引发地面塌陷。

现有技术无法模拟地下水对土体机械潜蚀影响作用及在机械潜蚀作用下土体形成土洞形状的观测，因此需要一种试验模拟装置，实现在室内模拟地下水动作用下岩溶区土体潜蚀颗粒从岩溶洞口流失机理及土洞形状的观测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及方法，实现在室内模拟地下水动作用下岩溶区土体潜蚀颗粒从岩溶洞口流失机理及土洞形状的观测，便于系统研究土体在不同水力大小作用下潜蚀作用机理及形成的土洞形状。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，包括潜蚀组件、水土分离组件、抽水组件、水位控制组件和升降组件；所述水土分离组件和所述水位控制组件均设置在所述升降组件上，所述水土分离组件与所述潜蚀组件连通，并位于所述潜蚀组件一侧，所述抽水组件与所述水土分离组件连通，并位于所述水土分离组件一侧，所述水位控制组件与所述抽水组件连通，并与所述潜蚀组件连通，且位于所述抽水组件一侧。

其中，所述潜蚀组件包括水位升降箱、多个伸缩支架、多个水平围杆、土样箱、水位预警装置、第一水管、第二水管、第一水阀、第二水阀、第一流量计和第二流量计，多个所述伸缩支架分别设置在所述水位升降箱内部，每相邻两个所述伸缩支架之间设置一个所述水平围杆，所述土样箱设置在多个所述伸缩支架顶部，所述土样箱具有潜蚀洞口和多个透水孔，所述潜蚀洞口位于所述土样箱底部，多个所述透水孔分别位于所述土样箱侧边，所述水位预警装置设置在所述水位升降箱内部，所述第一水管与所述水位升降箱连通，并位于所述水位升降箱一侧，所述第二水管与所述水位升降箱连通，并位于所述水位升降箱远离所述第一水管一侧，所述第一水阀设置在所述第一水管上，所述第二水阀设置在所述第二水管上，所述第一流量计设置在所述第一水管上，所述第二流量计设置在所述第二水管上。

其中，所述水土分离组件包括泥浆收集器底座、泥浆收集器穹顶、反滤网、高温加热板、第三水阀、第三水管和冷凝器，所述泥浆收集器穹顶设置在所述泥浆收集器底座顶部，并与所述第二水管连通，所述反滤网设置在所述泥浆收集器底座内部的居中位置，所述高温加热板设置在所述泥浆收集器底座内部的底部位置，所述第三水阀设置在所述第二水管上，所述第三水管与所述泥浆收集器穹顶连通，并位于所述泥浆收集器穹顶一侧，所述冷凝器套设于所述第三水管上。

其中，所述抽水组件包括抽水箱、第四水管和抽水泵，所述抽水箱与所述第三水管连通，并位于所述第三水管一侧，所述第四水管与所述抽水箱连通，并位于所述抽水箱远离所述第三水管一侧，所述抽水泵与所述第四水管连通，并位于所述第四水管一侧。

其中，所述水位控制组件包括水位控制箱、第五水管和第四水阀，所述水位控制箱与所述第一水管连通，并位于所述第一水管一侧，所述第五水管与所述抽水泵连通，并与所述水位控制箱连通，且位于所述抽水泵一侧，所述第四水阀设置在所述第五水管上。

其中，所述升降组件包括反力台、升降杆、固定夹片和承重升降台，所述反力台支撑住所述泥浆收集器底座，所述升降杆与所述反力台固定连接，并位于所述反力台顶部，所述升降杆具有多个螺丝孔和多个刻度线，所述固定夹片设置在所述升降杆上，所述承重升降台设置在所述固定夹片一侧，所述水位控制箱设置在所述承重升降台上。

其中，所述固定夹片包括钢板和加固柱，所述钢板套设于所述升降杆上，所述钢板具有小孔，所述加固柱与所述钢板螺纹连接，并穿过所述钢板。

第二方面，本发明还提供了一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的方法，包括：

S1关闭第一水阀、第二水阀、第三水阀和第四水阀，并给高温加热板通电预热；

S2在土样箱侧壁铺设无纺布，并根据试验所需高度调节伸缩支架，使得土样箱高度达到试验预设值；

S3将水位控制箱注满水，静置一段时间，等待水位稳定；

S4根据试验初始所需水头，调节固定夹片的位置，从而调节承重升降台到指定刻度线位置，打开第一水阀，使得水位控制箱的水流入到水位升降箱；

S5观察第一流量计的读数，启动水位预警装置，将水位升降箱中的水蓄至设计水位线，关闭第一水阀，打开第二水阀和第三水阀，同时观察第二流量计的读数，调节第二水阀，使得第二流量计的读数与第一流量计一致；

S6当水位升降箱水位降低至底板时，打开第一水阀，使得滞留在水位升降箱中的土颗粒进入到水土分离组件，关闭第二水阀和第三水阀，使其稳定一段时间，蒸馏得到纯净水，纯净水经过第三水管进入到抽水箱，将水土分离组件内的土颗粒倒出称重；

S7打开第四水阀，通过抽水泵将抽水箱内的水抽到水位控制箱内，静置一段时间，在此过程中需要适度调节第四水阀控制流速，避免水从水位控制箱溢出，若水位控制箱无法进行补给，需重新向水位控制箱加水；

S8拧紧加固柱，并用螺钉穿过小孔和螺丝孔，将所述固定夹片固定住，使得水位控制箱下方的承重升降台固定在设计刻度线位置，手动打开水位预警装置，调节第一水阀，使得第一流量计与第二流量计的读数一致，向水位升降箱内补水，使得水位升降箱水位在设计水位稳定，使得土样箱中的水达到试验设计水位，关闭第一水阀；

S9重复S4-S8，直至观察到某次循环过程中潜蚀土洞的形成或者连续几次潜蚀土颗粒质量无变化或土体塌陷时，结束试验；如果需要观察某次循环后的潜蚀土洞形状，可以拉动伸缩支架抬升土样箱，将发泡胶从潜蚀洞口注入，待发泡胶凝固，将发泡胶取出观察形状即可。

本发明的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置及方法，所述升降组件可以带动所述水位控制组件升降，所述潜蚀组件用于放置土样并形成变水头及波动水头不同水头条件形式测试环境，在变水头及波动水头条件下模拟岩溶区覆盖层受地下水作用的土体潜蚀特性的影响；所述水土分离组件用于将水土流失物中的泥浆与水分离；所述抽水组件用于抽取大部分的试验用水，达到节约水资源的目的；所述升降组件用于调节水头高度；所述水位控制组件用于承接所述抽水组件的水源并为所述潜蚀组件提供试验用水；通过对试验装置的灵活运用模拟岩溶区覆盖层土体在地下水作用下的潜蚀特性的研究，实现在室内模拟地下水动作用下岩溶区土体潜蚀颗粒从岩溶洞口流失机理及土洞形状的观测，便于系统研究土体在不同水力大小作用下潜蚀作用机理及形成的土洞形状。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置的整体的结构示意图。

图2是本发明的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置的泥浆收集器底座、泥浆收集器穹顶、反滤板和高温加热板的结构示意图。

图3是本发明的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置的固定夹片的结构示意图。

图4是本发明的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的方法的流程图。

101-潜蚀组件、102-水土分离组件、103-抽水组件、104-水位控制组件、105-升降组件、106-水位升降箱、107-伸缩支架、108-水平围杆、109-土样箱、110-水位预警装置、111-第一水管、112-第二水管、113-第一水阀、114-第二水阀、115-第一流量计、116-第二流量计、117-潜蚀洞口、118-透水孔、119-泥浆收集器底座、120-泥浆收集器穹顶、121-反滤网、122-高温加热板、123-第三水阀、124-第三水管、125-冷凝器、126-抽水箱、127-第四水管、128-抽水泵、129-水位控制箱、130-第五水管、131-第四水阀、132-反力台、133-升降杆、134-固定夹片、135-承重升降台、136-螺丝孔、137-刻度线、138-钢板、139-加固柱、140-小孔。

具体实施方式

请参阅图1-图3，第一方面，本发明提供了一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置：

包括潜蚀组件101、水土分离组件102、抽水组件103、水位控制组件104和升降组件105；

所述水土分离组件102和所述水位控制组件104均设置在所述升降组件105上，所述水土分离组件102与所述潜蚀组件101连通，并位于所述潜蚀组件101一侧，所述抽水组件103与所述水土分离组件102连通，并位于所述水土分离组件102一侧，所述水位控制组件104与所述抽水组件103连通，并与所述潜蚀组件101连通，且位于所述抽水组件103一侧。

在本实施方式中，所述升降组件105可以带动所述水位控制组件104升降，所述潜蚀组件101用于放置土样并形成变水头及波动水头不同水头条件形式测试环境，在变水头及波动水头条件下模拟岩溶区覆盖层受地下水作用的土体潜蚀特性的影响；所述水土分离组件102用于将水土流失物中的泥浆与水分离；所述抽水组件103用于抽取大部分的试验用水，达到节约水资源的目的；所述升降组件105用于调节水头高度；所述水位控制组件104用于承接所述抽水组件103的水源并为所述潜蚀组件101提供试验用水；通过对试验装置的灵活运用模拟岩溶区覆盖层土体在地下水作用下的潜蚀特性的研究，实现在室内模拟地下水动作用下岩溶区土体潜蚀颗粒从岩溶洞口流失机理及土洞形状的观测，便于系统研究土体在不同水力大小作用下潜蚀作用机理及形成的土洞形状。

进一步的，所述潜蚀组件101包括水位升降箱106、多个伸缩支架107、多个水平围杆108、土样箱109、水位预警装置110、第一水管111、第二水管112、第一水阀113、第二水阀114、第一流量计115和第二流量计116，多个所述伸缩支架107分别设置在所述水位升降箱106内部，每相邻两个所述伸缩支架107之间设置一个所述水平围杆108，所述土样箱109设置在多个所述伸缩支架107顶部，所述土样箱109具有潜蚀洞口117和多个透水孔118，所述潜蚀洞口117位于所述土样箱109底部，多个所述透水孔118分别位于所述土样箱109侧边，所述水位预警装置110设置在所述水位升降箱106内部，所述第一水管111与所述水位升降箱106连通，并位于所述水位升降箱106一侧，所述第二水管112与所述水位升降箱106连通，并位于所述水位升降箱106远离所述第一水管111一侧，所述第一水阀113设置在所述第一水管111上，所述第二水阀114设置在所述第二水管112上，所述第一流量计115设置在所述第一水管111上，所述第二流量计116设置在所述第二水管112上。

在本实施方式中，所述水位升降箱106为亚克力板材质，且为顶板拆除的箱体结构，多个伸缩支架107可以带动所述土样箱109调节高度位置，所述土样箱109为亚克力板材质，且为顶板拆除的箱体结构，所述水平围杆108的材质为不锈钢，所述水位预警装置110设置在所述水位升降箱106的侧边上，土颗粒可以从所述潜蚀洞口117流失，所述透水孔118用于水的流动。

进一步的，所述水土分离组件102包括泥浆收集器底座119、泥浆收集器穹顶120、反滤网121、高温加热板122、第三水阀123、第三水管124和冷凝器125，所述泥浆收集器穹顶120设置在所述泥浆收集器底座119顶部，并与所述第二水管112连通，所述反滤网121设置在所述泥浆收集器底座119内部的居中位置，所述高温加热板122设置在所述泥浆收集器底座119内部的底部位置，所述第三水阀123设置在所述第二水管112上，所述第三水管124与所述泥浆收集器穹顶120连通，并位于所述泥浆收集器穹顶120一侧，所述冷凝器125套设于所述第三水管124上。

在本实施方式中，所述泥浆收集器底座119为顶板拆除的空心箱体结构，所述泥浆收集器底座119为耐高温且导热材料，所述高温加热板122外接电源，所述泥浆收集器穹顶120与所述第二水管112连通，可以由所述第三水阀123控制进水与否，流速由所述第二水阀114控制，流量由所述第二流量计116监测，水土流失物进入到所述泥浆收集器底座119之后，水和细颗粒穿过所述反滤网121，落到所述高温加热板122上，加热之后水蒸气从所述第三管排出，被所述冷凝器125液化形成纯净水。

进一步的，所述抽水组件103包括抽水箱126、第四水管127和抽水泵128，所述抽水箱126与所述第三水管124连通，并位于所述第三水管124一侧，所述第四水管127与所述抽水箱126连通，并位于所述抽水箱126远离所述第三水管124一侧，所述抽水泵128与所述第四水管127连通，并位于所述第四水管127一侧。

在本实施方式中，所述抽水箱126用于收集从所述第三水管124流过来的纯净水，所述抽水泵128可以通过所述第四水管127，将纯净水抽走。

进一步的，所述水位控制组件104包括水位控制箱129、第五水管130和第四水阀131，所述水位控制箱129与所述第一水管111连通，并位于所述第一水管111一侧，所述第五水管130与所述抽水泵128连通，并与所述水位控制箱129连通，且位于所述抽水泵128一侧，所述第四水阀131设置在所述第五水管130上。

在本实施方式中，所述水位控制箱129为顶板拆除的箱体结构，所述水位控制箱129为亚克力板材质，所述水位控制箱129通过所述第一水管111与所述水位升降箱106连接，水流流速由第一水阀113控制，水流流量由第一流量计115监测，所述抽水泵128可以将所述抽水箱126内的纯净水通过所述第五水管130抽入到所述水位控制箱129，由所述第四水阀131控制流速。

进一步的，所述升降组件105包括反力台132、升降杆133、固定夹片134和承重升降台135，所述反力台132支撑住所述泥浆收集器底座119，所述升降杆133与所述反力台132固定连接，并位于所述反力台132顶部，所述升降杆133具有多个螺丝孔136和多个刻度线137，所述固定夹片134设置在所述升降杆133上，所述承重升降台135设置在所述固定夹片134一侧，所述水位控制箱129设置在所述承重升降台135上。

在本实施方式中，所述反力台132上放置所述泥浆收集器底座119，所述刻度线137与所述螺丝孔136的数量相同且一一对应，所述承重升降台135支撑住所述水位控制箱129，所述水土分离组件102质量大于所述水位控制箱129质量，防止所述升降组件105整体倾倒，所述固定夹片134可以在所述升降杆133上调整位置，从而调整所述承重升降台135的位置。

进一步的，所述固定夹片134包括钢板138和加固柱139，所述钢板138套设于所述升降杆133上，所述钢板138具有小孔140，所述加固柱139与所述钢板138螺纹连接，并穿过所述钢板138。

在本实施方式中，所述钢板138为U形，套设在所述升降杆133上，可以用螺钉穿过所述小孔140和所述螺丝孔136，从而将所述固定夹片134固定在所述升降杆133上，可以拧动所述加固柱139，抵紧所述升降杆133，使得所述固定夹片134固定的更加稳定，使得所述承重升降台135更加稳定。

升降组件105操作原理：使用螺丝刀拧紧所述固定夹片134上的所述加固柱139，使得所述承重升降台135固定在所述升降杆133某一所述刻度线137上，通过改变所述固定夹片134在所述升降杆133上的位置，调节所述承重升降台135高度，使得所述水位控制箱129高度大于所述水位升降箱106高度。

模拟基岩界面地下水位快速波动操作原理：调节所述承重升降台135高度到适宜位置并打开所述第一水阀113，所述水位控制箱129开始向所述水位升降箱106注水，通过所述水位升降箱106中的所述水位预警装置110感应水位线，当水位升至设计水位线后，关闭所述第一水阀113，打开所述第二水阀114进行排水，当水位降至所述土样箱109底板以下时，通过再次调节所述承重升降台135高度，打开所述第一水阀113使得水位重新升至设计水位，如此不断地在所述水位升降箱106中注水、排水，使得潜蚀系统具备水位快速波动的条件。

装置内部水循环原理：当潜蚀发生时，从所述潜蚀组件101带出的水土流失物所述流入泥浆收集器底座119，通过所述反滤网121过滤大部分粗颗粒，细颗粒与水的混合物掉落至所述高温加热板122上，通过所述高温加热板122加热使得混合物的水蒸发，水蒸气进入所述第三水管124中，经过所述冷凝器125时液化形成纯净水进而流入所述抽水箱126，通过所述抽水泵128将所述抽水箱126的水泵送至所述水位控制箱129，达到装置内部水循环的目的。

水位剧烈波动对土体潜蚀影响的工作原理：针对同一土层埋深同一水位波动幅度下，改变水位波动剧烈程度对潜蚀的影响，本申请实现了一种基于改变流速流量控制水位波动剧烈程度的装置，当所述水位控制箱129向所述水位升降箱106补水时，进入通过调节所述伸缩支架107的高度，使得所述土样箱109高度提升，为了保持所述土样箱109中同一土层的浸水高度，进而移动所述水位控制箱129水头高度，改变所述水位升降箱106中的蓄水量，当所述水位升降箱106中水位下降时，蓄水量越多，流出所述水位升降箱106的流量和流速越大，进而实现所述土样箱109中水位的剧烈波动。

土洞形状观察原理：试验结束后，通过所述潜蚀洞口117向所述土样箱109充入发泡胶，待发泡胶凝固后，将发泡胶从所述土样箱109中取出观察其形态。

请参阅图4，第二方面，本发明还提供了一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的方法，包括：

S1关闭第一水阀113、第二水阀114、第三水阀123和第四水阀131，并给高温加热板122通电预热；

关闭所有的水阀，并给所述高温加热板122预热。

S2在土样箱109侧壁铺设无纺布，并根据试验所需高度调节伸缩支架107，使得土样箱109高度达到试验预设值；

铺设无纺布限定土颗粒只能从所述潜蚀洞口117流失，且防止土颗粒在水力作用下从侧壁的所述透水孔118流失。

S3将水位控制箱129注满水，静置一段时间，等待水位稳定；

将所述水位控制箱129注满水，静置一段时间，待所述水位控制箱129水位稳定后开始试验。

S4根据试验初始所需水头，调节固定夹片134的位置，从而调节承重升降台135到指定刻度线137位置，打开第一水阀113，使得水位控制箱129的水流入到水位升降箱106；

根据试验初始所需水头，通过调节所述固定夹片134控制所述承重升降台135到指定的所述刻度线137，打开第一水阀113，使得所述水位控制箱129中水流入所述水位升降箱106。

S5观察第一流量计115的读数，启动水位预警装置110，将水位升降箱106中的水蓄至设计水位线，关闭第一水阀113，打开第二水阀114和第三水阀123，同时观察第二流量计116的读数，调节第二水阀114，使得第二流量计116的读数与第一流量计115一致；

观察所述第一流量计115的读数，打开外界电源，启动所述水位预警装置110，将所述水位升降箱106中的水蓄至设计水位线，关闭所述第一水阀113，打开所述第二水阀114和所述第三水阀123，同时观察所述第二流量计116的读数，调节所述第二水阀114，使得所述第二流量计116的读数与所述第一流量计115一致

S6当水位升降箱106水位降低至底板时，打开第一水阀113，使得滞留在水位升降箱106中的土颗粒进入到水土分离组件102，关闭第二水阀114和第三水阀123，使其稳定一段时间，蒸馏得到纯净水，纯净水经过第三水管124进入到抽水箱126，将水土分离组件102内的土颗粒倒出称重；

当所述水位升降箱106水位降低至底板时，打开所述第一水阀113，使得滞留在所述水位升降箱106中的土颗粒进入到所述水土分离组件102，关闭所述第二水阀114和所述第三水阀123，使其稳定一段时间，蒸馏得到纯净水，纯净水经过所述第三水管124进入到所述抽水箱126，将所述水土分离组件102内的土颗粒倒出称重。

S7打开第四水阀131，通过抽水泵128将抽水箱126内的水抽到水位控制箱129内，静置一段时间，在此过程中需要适度调节第四水阀131控制流速，避免水从水位控制箱129溢出，若水位控制箱129无法进行补给，需重新向水位控制箱129加水；

打开所述第四水阀131，通过所述抽水泵128将所述抽水箱126内的水抽到所述水位控制箱129内，静置一段时间，在此过程中需要适度调节所述第四水阀131控制流速，避免水从所述水位控制箱129溢出，若所述水位控制箱129无法进行补给，需重新向所述水位控制箱129加水。

S8拧紧加固柱139，并用螺钉穿过小孔140和螺丝孔136，将所述固定夹片134固定住，使得水位控制箱129下方的承重升降台135固定在设计刻度线137位置，手动打开水位预警装置110，调节第一水阀113，使得第一流量计115与第二流量计116的读数一致，向水位升降箱106内补水，使得水位升降箱106水位在设计水位稳定，使得土样箱109中的水达到试验设计水位，关闭第一水阀113；

利用螺钉和所述加固柱139将所述固定夹片134固定住，使得所述承重升降台135固定在设计刻度线137位置，手动打开所述水位预警装置110，调节所述第一水阀113，使得所述第一流量计115与所述第二流量计116的读数一致，向所述水位升降箱106内补水，使得所述水位升降箱106水位在设计水位稳定，使得所述土样箱109中的水达到试验设计水位，关闭所述第一水阀113。

S9重复S4-S8，直至观察到某次循环过程中潜蚀土洞的形成或者连续几次潜蚀土颗粒质量无变化或土体塌陷时，结束试验；如果需要观察某次循环后的潜蚀土洞形状，可以拉动伸缩支架107抬升土样箱109，将发泡胶从潜蚀洞口117注入，待发泡胶凝固，将发泡胶取出观察形状即可。

重复步骤4到步骤8，直至观察到某次循环过程中潜蚀土洞的形成或者连续几次潜蚀土颗粒质量无变化或土体塌陷时，结束试验；如果需要观察某次循环后的潜蚀土洞形状，可以拉动所述伸缩支架107抬升所述土样箱109，将发泡胶从所述潜蚀洞口117注入，待发泡胶凝固，将发泡胶取出观察形状即可。

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

包括潜蚀组件、水土分离组件、抽水组件、水位控制组件和升降组件；

所述水土分离组件和所述水位控制组件均设置在所述升降组件上，所述水土分离组件与所述潜蚀组件连通，并位于所述潜蚀组件一侧，所述抽水组件与所述水土分离组件连通，并位于所述水土分离组件一侧，所述水位控制组件与所述抽水组件连通，并与所述潜蚀组件连通，且位于所述抽水组件一侧。

2.如权利要求1所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述潜蚀组件包括水位升降箱、多个伸缩支架、多个水平围杆、土样箱、水位预警装置、第一水管、第二水管、第一水阀、第二水阀、第一流量计和第二流量计，多个所述伸缩支架分别设置在所述水位升降箱内部，每相邻两个所述伸缩支架之间设置一个所述水平围杆，所述土样箱设置在多个所述伸缩支架顶部，所述土样箱具有潜蚀洞口和多个透水孔，所述潜蚀洞口位于所述土样箱底部，多个所述透水孔分别位于所述土样箱侧边，所述水位预警装置设置在所述水位升降箱内部，所述第一水管与所述水位升降箱连通，并位于所述水位升降箱一侧，所述第二水管与所述水位升降箱连通，并位于所述水位升降箱远离所述第一水管一侧，所述第一水阀设置在所述第一水管上，所述第二水阀设置在所述第二水管上，所述第一流量计设置在所述第一水管上，所述第二流量计设置在所述第二水管上。

3.如权利要求2所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述水土分离组件包括泥浆收集器底座、泥浆收集器穹顶、反滤网、高温加热板、第三水阀、第三水管和冷凝器，所述泥浆收集器穹顶设置在所述泥浆收集器底座顶部，并与所述第二水管连通，所述反滤网设置在所述泥浆收集器底座内部的居中位置，所述高温加热板设置在所述泥浆收集器底座内部的底部位置，所述第三水阀设置在所述第二水管上，所述第三水管与所述泥浆收集器穹顶连通，并位于所述泥浆收集器穹顶一侧，所述冷凝器套设于所述第三水管上。

4.如权利要求3所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述抽水组件包括抽水箱、第四水管和抽水泵，所述抽水箱与所述第三水管连通，并位于所述第三水管一侧，所述第四水管与所述抽水箱连通，并位于所述抽水箱远离所述第三水管一侧，所述抽水泵与所述第四水管连通，并位于所述第四水管一侧。

5.如权利要求4所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述水位控制组件包括水位控制箱、第五水管和第四水阀，所述水位控制箱与所述第一水管连通，并位于所述第一水管一侧，所述第五水管与所述抽水泵连通，并与所述水位控制箱连通，且位于所述抽水泵一侧，所述第四水阀设置在所述第五水管上。

6.如权利要求5所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述升降组件包括反力台、升降杆、固定夹片和承重升降台，所述反力台支撑住所述泥浆收集器底座，所述升降杆与所述反力台固定连接，并位于所述反力台顶部，所述升降杆具有多个螺丝孔和多个刻度线，所述固定夹片设置在所述升降杆上，所述承重升降台设置在所述固定夹片一侧，所述水位控制箱设置在所述承重升降台上。

7.如权利要求6所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，

所述固定夹片包括钢板和加固柱，所述钢板套设于所述升降杆上，所述钢板具有小孔，所述加固柱与所述钢板螺纹连接，并穿过所述钢板。

8.一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的方法，应用于如权利要求7所述的一种模拟和监测地下水机械潜蚀下土洞发育过程的装置，其特征在于，包括：

S1关闭第一水阀、第二水阀、第三水阀和第四水阀，并给高温加热板通电预热；

S2在土样箱侧壁铺设无纺布，并根据试验所需高度调节伸缩支架，使得土样箱高度达到试验预设值；

S3将水位控制箱注满水，静置一段时间，等待水位稳定；

S4根据试验初始所需水头，调节固定夹片的位置，从而调节承重升降台到指定刻度线位置，打开第一水阀，使得水位控制箱的水流入到水位升降箱；

S5观察第一流量计的读数，启动水位预警装置，将水位升降箱中的水蓄至设计水位线，关闭第一水阀，打开第二水阀和第三水阀，同时观察第二流量计的读数，调节第二水阀，使得第二流量计的读数与第一流量计一致；

S6当水位升降箱水位降低至底板时，打开第一水阀，使得滞留在水位升降箱中的土颗粒进入到水土分离组件，关闭第二水阀和第三水阀，使其稳定一段时间，蒸馏得到纯净水，纯净水经过第三水管进入到抽水箱，将水土分离组件内的土颗粒倒出称重；

S7打开第四水阀，通过抽水泵将抽水箱内的水抽到水位控制箱内，静置一段时间，在此过程中需要适度调节第四水阀控制流速，避免水从水位控制箱溢出，若水位控制箱无法进行补给，需重新向水位控制箱加水；

S8拧紧加固柱，并用螺钉穿过小孔和螺丝孔，将所述固定夹片固定住，使得水位控制箱下方的承重升降台固定在设计刻度线位置，手动打开水位预警装置，调节第一水阀，使得第一流量计与第二流量计的读数一致，向水位升降箱内补水，使得水位升降箱水位在设计水位稳定，使得土样箱中的水达到试验设计水位，关闭第一水阀；

S9重复S4-S8，直至观察到某次循环过程中潜蚀土洞的形成或者连续几次潜蚀土颗粒质量无变化或土体塌陷时，结束试验；如果需要观察某次循环后的潜蚀土洞形状，可以拉动伸缩支架抬升土样箱，将发泡胶从潜蚀洞口注入，待发泡胶凝固，将发泡胶取出观察形状即可。