CN207473928U - 模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，包括模拟箱、储水箱、U型测压管、水位调节器和定水头溢流箱，所述定水头溢流箱内被隔板分割为供水箱和排水箱，所述模拟箱内从上往下依次设置有监测覆盖层、覆盖层支撑板、挡板、岩溶空腔、含水层和模拟隧道；模拟箱的一侧通过水位调节器安装有定水头溢流箱，能模拟实际隧道建设过程中岩溶隧道涌突水造成的真空吸蚀的过程，并可定量分析其致塌机理，探讨塌陷发生的临界条件，对于进一步研究岩溶塌陷的过程和机理具有一定的指导意义和实用价值。

Description

模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置

技术领域

本实用新型属于岩溶塌陷领域，具体涉及一种模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置。

背景技术

岩溶塌陷的过程具有隐蔽性和突发性。岩溶洞隙被覆盖层所覆盖，在塌陷发生前，很难通过现有技术手段提前查明并进行预防，一般是在岩溶塌陷发生后通过对塌陷处的地质环境条件以及影响因数等进行调查和分析，并根据调查结果提出防治和避灾措施。

地下水是岩溶塌陷形成过程中最积极、最活跃的因素，地下水运动是岩溶塌陷产生中最主要的致塌力。地下水位于覆盖层下方且没有接触，一般不发生潜流，覆盖层的气密性较好，隧道建设造成地下水位下降，使岩溶空腔内压力改变，并作用于覆盖层，使覆盖层土体发生变形，进而造成岩溶塌陷，这种因空腔压力变化而造成的岩溶塌陷为真空吸蚀。在现有技术中还没有一种试验装置，专门针对这种真空吸蚀的过程分析其致塌机理。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，该装置能模拟实际隧道建设过程中岩溶隧道涌突水造成的真空吸蚀的过程，并可定量分析其致塌机理。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，包括模拟箱和储水箱，模拟箱外侧设有定水头溢流箱，定水头溢流箱内被隔板分隔为排水箱和供水箱，供水箱通过供水管与设置在储水箱内的水泵连接，排水箱通过排水管与储水箱连接，模拟箱内从上往下依次设置有监测覆盖层、覆盖层支撑板和岩溶空腔，覆盖层支撑板中间开有作为诱发变形区域的通孔，通孔处设有U型测压管，所述模拟箱内还设有挡板、含水层和模拟隧道，所述挡板的四周边缘开有数个通气孔且位于覆盖层支撑板和岩溶空腔之间，所述含水层和模拟隧道均位于岩溶空腔的下方，且含水层位于模拟隧道的上方，含水层通过溢流管与供水箱连接；模拟隧道为半圆柱形且外壁上均匀开有数个小孔，模拟隧道通过出水管连接有定量排水阀，定量排水阀上设有带有刻度值的水阀开关。

进一步地，所述定水头溢流箱通过水位调节器安装在模拟箱外侧，所述水位调节器包括调节螺杆、调节手柄、上支座、下支座和带有螺纹的支耳，上支座安装在模拟箱顶部一侧，下支座安装在模拟箱底部且位于上支座下方，调节螺杆依次穿过上支座和支耳与下支座转动连接，且调节螺杆的顶部安装有调节手柄，所述支耳与定水头溢流箱固定连接。

进一步地，所述模拟箱采用有机玻璃制成。

进一步地，所述U型测压管任意一个端口通过橡胶软皮管与覆盖层支撑板上的通孔连接。

本实用新型具有以下有益效果：

(1)通过在模拟箱内设置监测覆盖层、覆盖层支撑板、挡板、岩溶空腔、含水层和模拟隧道以及在模拟箱的一侧设置定水头溢流箱，能模拟实际隧道建设过程中岩溶隧道涌突水造成的真空吸蚀的过程，并可定量分析其致塌机理，探讨塌陷发生的临界条件，对于进一步研究岩溶塌陷的过程和机理具有一定的指导意义和实用价值；

(2)在模拟箱内设置挡板，可防止覆盖层的粘土落入含水层内，同时在边缘处开有通孔，有利于空气的流通；

(3)通过在模拟隧道上设置定量排水阀，并在排水阀设带有刻度的水阀开关，可精确控制排水量，从而实现模拟隧道涌水量大小；

(4)可多次重复使用、监测数据多和规律性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的左视图。

图中标记：1、模拟箱；11、监测覆盖层；12、覆盖层支撑板；13、挡板；14、岩溶空腔；15、含水层；16、模拟隧道；2、储水箱；21、水泵；3、定水头溢流箱；31、隔板；4、水位调节器；41、调节螺杆；42、调节手柄；43、上支座；44、支耳；45、下支座；5、U型测压管；6、溢流管；7、供水管；8、排水管；9、定量排水阀；91、水阀开关；10、出水管。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例提供的模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置包括模拟箱1、储水箱2、定水头溢流箱3、水位调节器4和U型测压管5，所述定水头溢流箱3内被隔板31分割为供水箱和排水箱，所述模拟箱1是采用壁厚2cm的有机玻璃制作的长宽高为1.0×1.0×0.9m的箱体；模拟箱1内从上往下依次设置有监测覆盖层11、覆盖层支撑板12、挡板13、岩溶空腔14、含水层15和模拟隧道16。

所述监测覆盖层11为粘土层，采用重庆中梁山地区岩溶覆盖层的粘土。

所述覆盖层支撑板12用于支撑监测覆盖层，在其中心位置开有一个10cm的通孔，该通孔用作诱发变形区域，该通孔通过橡胶皮管与U型测压管5任意一个端口连接，U型测压管5用于测量监测覆盖层11和岩溶空腔14的压力值。

所述挡板13的四周边缘处开有数个通气孔，具体是挡板13中心边长为50cm的范围不开孔，防止监测覆盖层11粘土落入含水层15中，剩余位置均开有通气孔，保证模拟箱1内的空气流通。

所述含水层15通过溢流管6与定水头溢流箱3的供水箱连接，定水头溢流箱3内的水通过溢流管6进入含水层15，通过控制定水头溢流箱3的位置可实现控制地表水位和地下水位，所述定水头溢流箱3通过水位调节器4安装在模拟箱1的一侧，所述水位调节器4包括调节螺杆41、调节手柄42、上支座43、下支座45和带有螺纹的支耳44，上支座43安装在模拟箱1顶部一侧，下支座45安装在模拟箱1底部且位于上支座43下方，调节螺杆41依次穿过上支座43和支耳44与下支座45转动连接，且调节螺杆41的顶部安装有调节手柄42，所述支耳44与定水头溢流箱3固定连接。

所述模拟隧道16为半圆柱形且外壁上均匀开有数个小孔，模拟隧道16通过出水管10连接有定量排水阀9，定量排水阀9上设有带有刻度值的水阀开关91，通过调节水阀开关91可精确控制排水量，从而实现模拟隧道16涌水量大小。

所述储水箱2位于模拟箱1的下方，且储水箱2内设有水泵21，水泵21通过供水管7与供水箱连接，用于将储水箱2内水抽进供水箱，所述排水箱通过排水管8与储水箱2连接，用于将定水头溢流箱3内多余的水排入储水箱2内，所述储水箱2内的水为自来水，所述供水管7、溢流管6和排水管8均设有水阀。

本实用新型的工作流程为：

首先根据试验要求，按照一定的厚度、容重等条件堆填监测覆盖层11，再关闭定量排水阀9，打开溢流管6、供水管7和排水管8，然后调整定水头溢流箱3的高度，使含水层15充水，再关闭溢流管6、供水管7和排水管8，打开定量排水阀9，通过调节定量排水阀9上的水阀开关91，调节模拟隧道16的涌水量大小，从而改变地下水水位，以及通过U型测压管5对监测覆盖层11和岩溶空腔14内压强进行连续实时监测，并读取压强数据。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，包括模拟箱和储水箱，模拟箱外侧设有定水头溢流箱，定水头溢流箱内被隔板分隔为排水箱和供水箱，供水箱通过供水管与设置在储水箱内的水泵连接，排水箱通过排水管与储水箱连接，模拟箱内从上往下依次设置有监测覆盖层、覆盖层支撑板和岩溶空腔，覆盖层支撑板中间开有作为诱发变形区域的通孔，通孔处设有U型测压管，其特征在于：所述模拟箱内还设有挡板、含水层和模拟隧道，所述挡板的四周边缘开有数个通气孔且位于覆盖层支撑板和岩溶空腔之间；所述含水层和模拟隧道均位于岩溶空腔的下方，且含水层位于模拟隧道的上方，含水层通过溢流管与供水箱连接，模拟隧道为半圆柱形且外壁上均匀开有数个小孔，模拟隧道通过出水管连接有定量排水阀，定量排水阀上设有带有刻度值的水阀开关。

2.根据权利要求1所述的模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，其特征在于：所述定水头溢流箱通过水位调节器安装在模拟箱外侧，所述水位调节器包括调节螺杆、调节手柄、上支座、下支座和带有螺纹的支耳，上支座安装在模拟箱顶部一侧，下支座安装在模拟箱底部且位于上支座下方，调节螺杆依次穿过上支座和支耳与下支座转动连接，且调节螺杆的顶部安装有调节手柄，所述支耳与定水头溢流箱固定连接。

3.根据权利要求1所述的模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，其特征在于：所述模拟箱采用有机玻璃制成。

4.根据权利要求1所述的模拟隧道建设诱发岩溶塌陷的物理模型实验装置，其特征在于：所述U型测压管的任意一个端口通过橡胶软皮管与覆盖层支撑板上的通孔连接。