裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置

摘要

裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置，可实现不同裂隙开度与水动力组合条件下的岩溶地面塌陷试验研究，并确定试验模型的塌陷临界条件，从而建立塌陷评价基准尺度。它包括：地下水潜蚀模拟系统，为具有回型槽和上端开口结构的箱体，其内槽与外槽由密集的小孔连通，在内槽底部设置裂隙开口；裂隙开度控制系统，设置于遮盖裂隙开口下端口，由可移动的盖板和调节机构构成；雨降模拟系统，固定设置于内槽端口上方；实时监测系统，由设置在模型关键部位的摄像头和与之相连的监测电脑构成。

说明书

技术领域

本发明涉及一种裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置，用 于岩溶区覆盖型岩溶区地基岩溶地面塌陷的防治处理，获取同等条件下岩 溶地面塌陷风险分析及处理效果检测参考基准。

背景技术

我国岩溶广布，以可溶岩差异溶蚀为基础的地质灾害频发，铁路、公 路、建筑等因地基塌陷造成的灾害损失每年居高不下。随着我国高速铁路 的快速发展，岩溶地面塌陷所造成的危害也急剧增加。因岩溶形态发育的 复杂性与隐伏性，加之影响岩溶地面塌陷的因素众多，较难以现场试验与 测试作为对岩溶地面塌陷开展系统研究的手段，因而无法对岩溶地面塌陷 的临界条件及耦合效应进行深入研究，对岩溶地面塌陷的防治处理，至今 仍没有一个系统的、成熟的应用技术基准，无论是设计分析应用技术还是 施工质量标准的研究，均难以获得突破性进展，岩溶整治技术的发展遭遇 严重瓶颈。

在现有的岩溶地面研究中，模型试验主要集中在降雨垂直入渗和固定 开度裂隙塌陷两个方面。为了缩短试验周期，试验模拟的裂隙开度通常都 较大，其研究结论主要集中在某一土类在水垂直入渗条件下塌陷与否及历 时长短方面，但不能回答最小的岩溶裂隙开度与水动力（及其它）组合条 件下塌陷与否的问题——塌陷临界条件。因而，实际应用中无法建立塌陷 评价基准尺度。

临界条件对岩溶地面塌陷的防治处理而言，既是整治与否的设计分析 评判的基准也是整治目的是否达到评价尺度，而基于覆盖型岩溶溶蚀裂隙 的复杂性和隐伏性，现场一般不具备理想的、大量的、往复试验研究条件， 因此，通过对大量塌陷实例的分析，构建理想的、参数可准确监测的、往 复性室内试验研究系统就成了开展岩溶地面塌陷系统研究的必由之路。综 合现有试验模型及研究目的，模型构建关键环节在于,具备单一条件连续 往复性试验测试的条件和多个塌陷影响因素耦合效应试验测试的条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种裂隙开度可变多效应耦合临 界塌陷试验研究装置，可实现不同裂隙开度与水动力组合条件下的岩溶地 面塌陷试验研究，并确定试验模型的塌陷临界条件，从而建立塌陷评价基 准尺度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置，其特征是它包括： 地下水潜蚀模拟系统，为具有回型槽和上端开口结构的箱体，其内槽与外 槽由密集的小孔连通，在内槽底部设置裂隙开口；裂隙开度控制系统，设 置于遮盖裂隙开口下端口，由可移动的盖板和调节机构构成；雨降模拟系 统，固定设置于内槽端口上方；实时监测系统，由设置在模型关键部位的 摄像头和与之相连的监测电脑构成。

本发明的有益效果是，可实现不同裂隙开度与水动力组合条件下的岩 溶地面塌陷试验研究，并确定试验模型的塌陷临界条件，从而建立塌陷评 价基准尺度，为岩溶地面塌陷的防治处理提供是整治与否的设计分析评判 基准和整治目的是否达到的评价尺度。与现有技术相比具有如下突出特 点：利用回型槽结构和裂隙开度控制系统有效的实现了渗流潜蚀过程的试 验模拟；提高了试验效率，降低了工作强度，便于试验信息的采集；试 验装置灵活性强，可以根据研究需要，拓展雨降、真空吸蚀、干湿循环等 多种环境条件下的潜蚀塌陷模拟；有效实现了不同裂隙开度条件下覆盖型 岩溶塌陷的试验模拟，验证并据此建立了覆盖型岩溶地面塌陷存在临界裂 隙限度的理论，试验装置可以推广应用于不同土与裂隙宽度组合条件的岩 溶地面塌陷研究与工程评价中；简便实用，坚固耐用，稳定性好。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是本发明裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置的结 构示意图；

图2是本发明裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置中回 型槽结构的示意图

图3是本发明裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装置中裂 隙开度调节机构的结构图。

图中示出零部件及所对应的标记：内槽10a、外槽10b、内板11、外 板12、底板13、裂隙开口14、渗流孔15、导轨16、盖板20、螺杆21、 螺母22、喷淋装置30、测压管40、摄像头41。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷试验研究装 置，主要包括如下几大部分：

一、地下水潜蚀模拟系统，为具有回型槽和上端开口结构的箱体，其 内槽10a与外槽10b由密集的小孔连通，在内槽10a底部设置裂隙开口 14。试验时内槽10a内填筑土样，向外槽10b内注水模拟地下水水位，外 槽10b内的水通过密集的小孔渗入填筑土样。在外槽10b边缘设置排水和 供水装置，控制内槽10a、外槽10b水位满足试验需要。

二、裂隙开度控制系统，设置于遮盖裂隙开口14下端口，由可移动 的盖板20和调节机构构成，通过移动盖板20与裂隙开口14下端口的相 对位置来改变裂隙开度，并保证试验精度。

三、雨降模拟系统，固定设置于内槽10a端口上方，通过空心钢管纵 横向间隔安装若干个洒水喷头，模拟降雨。在空心钢管入口处安装流量计， 控制降雨量和降雨强度，满足不同降雨条件的需要。

四、实时监测系统，由设置在模型关键部位的摄像头41和与之相连 的监测电脑构成，利用监测软件，实时观测模型关键部位的连续变化，提 高了工作效率，减轻了人工观测负担。

本发明与现有技术相比具有如下突出特点：

1、利用回型槽结构和裂隙开度控制系统有效的实现了渗流潜蚀过程 的试验模拟；提高了试验效率，降低了工作强度，便于试验信息的采集；

2、试验装置灵活性强，可以根据研究需要，拓展雨降、真空吸蚀、 干湿循环等多种环境条件下的潜蚀塌陷模拟；

3、利用裂隙开度控制系统有效实现了不同裂隙开度条件下覆盖型岩 溶塌陷的试验模拟，验证并据此建立了覆盖型岩溶地面塌陷存在临界裂隙 限度的理论，试验装置可以推广应用于不同土与裂隙宽度组合条件的岩溶 地面塌陷研究与工程评价中。

4、简便实用，坚固耐用，稳定性好。

图1和图2示出了所述箱体和调节机构的一种具体结构，即箱体由内 板11、外板12和底板13焊接而成，内板11采用筛孔板，裂隙开口14 设置在底板13中央部位。底板13上在裂隙开口14两侧固定设置有一对 导轨16，盖板20安装于其上。调节机构由相配合的螺杆21、螺母22构 成，其中螺母22与盖板20形成固定连接。底板13上沿内槽（10a）纵横 向、沿外槽10b环向间隔开设有渗流孔15，各渗流孔15分别通过软管与 固定设置于箱体一侧的测压管40相连接，通过测压管40实时监测土体内 部水位的变化。参照图1,摄像头41通常设置在内槽10a上端口之上和盖 板20以下外侧。

以上所述只是用图解说明本发明裂隙开度可变多效应耦合临界塌陷 试验研究装置的一些原理,并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结 构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于 本发明所申请的专利范围。