專利名稱：相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)及埋設方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)力學領(lǐng)域，尤其是一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系 統(tǒng)及埋設方法。
背景技術(shù)：
我國巖溶分布面積廣，在巖溶地區(qū)修建地下隧道工程或開挖巷道，施工中極易誘導大規(guī) 模、突發(fā)性的突水災害。我國學者開展了大量的突水研究工作,但也存在明顯的弱點，在做突 水試驗的基本模型時， 一般使用均一材料，簡化的鋪設巖土層。實際工程中，受地質(zhì)構(gòu)造和 溶蝕作用等因素影響，工程巖土體中往往存在著很多的不良地質(zhì)體，如隱伏水體或充水巖溶 管道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，模擬逼真，可用于模 擬開挖或其他因素影響下的隧(巷)施工過程，采集塌方前兆信息，研究施工過程力學、塌 方和圍巖變形規(guī)律，有利于實際工程的安全施工與災害預警的相似模型試驗中隱伏水體或充 水巖溶管道系統(tǒng)及埋設方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，試驗臺架內(nèi)鋪設有 若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設置有隱伏水體或充水巖溶管道，隱 伏水體或充水巖溶管道通過進出水管與試驗臺架外部的加壓泵連接，加壓泵與控制裝置連接。
所述試驗臺架為剛性透明臺架。
一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)的埋設方法，包括以下步驟-
A. 鋪設相似材料，將相似材料依據(jù)工程背景中巖土體強度在試驗臺架中分層鋪設，且可 按實際巖土層傾角鋪設；
B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料鋪設到隱伏水體或巖溶管道所在位置時，將由可溶鹽巖 預制而成預定形狀的隱伏水體或巖溶管道埋入相似材料中，然后繼續(xù)鋪設上覆巖土相似材料 層直至到達預定位置；
C. 隧道的開挖，隧道所在位置先按正常巖土相似材料層鋪設，在后期試驗過程中開挖；
D. 隱伏水體或巖溶管道的制備，后期通過加壓泵向可溶鹽巖預制體內(nèi)注水溶解可溶鹽巖 預制體，并抽出鹽巖溶液，然后用加壓泵注水加壓，從而成功構(gòu)造了模型試驗中隱伏水體或 充水巖溶管道，可保證在相似材料夯實過程中，不在隱伏水體或充水巖溶管道處產(chǎn)生塌方，并通過控制裝置和加壓泵控制相似材料內(nèi)隱伏水體或巖溶管道水力條件。 本發(fā)明中的相似材料和控制裝置均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
本發(fā)明按照實際工程中的隱伏水體或充水巖溶管道形狀，通過相似比換算后，用可溶性 好的鹽巖預制隱伏水體或充水巖溶管道；相似材料鋪設時，將鹽巖預制體埋入實際工程中的 隱伏水體或充水巖溶管道相應位置；材料鋪設完畢后，注水溶解鹽巖預制體，并抽出鹽巖溶 液，然后用加壓泵注水加壓，從而成功構(gòu)造了模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道；加壓泵 具有定流量、變流量和定壓力三個檔位選擇，與工程中實際水力邊界條件相吻合定流量控 制可保證加壓泵以恒定的流量向隱伏水體或充水巖溶管道內(nèi)部注水；變流量控制可保證按變 流量曲線(由實測變流量曲線經(jīng)相似比換算得到)向隱伏水體或充水巖溶管道內(nèi)部注水；定 壓力控制可保證加壓泵以恒定的壓力向隱伏水體或充水巖溶管道內(nèi)部注水，即隱伏水體或充 水巖溶管道內(nèi)部水壓不變；
本發(fā)明隱伏水體或巖溶管道形成前，進(出)水管和加壓泵可斷續(xù)向模型中注水和抽水， 從而溶解隱伏水體或巖溶管道預制體，形成模型中隱伏水體或巖溶管道；隱伏水體或巖溶管 道形成后，控制裝置與加壓泵可通過定流量、變流量或定壓力三個檔位控制隱伏水體或充水 巖溶管道水力條件，經(jīng)由進(出)水管向隱伏水體或巖溶管道內(nèi)注水。
本發(fā)明研究了模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道的埋設裝置和方法，解決了隱伏水體 或充水巖溶管道的埋設和模擬問題。將隱伏水體或充水巖溶管道埋入模型試驗相似材料中， 與前人研究相比，與工程實踐更接近，所得出的突水理論研究成果適用范圍更廣。
本發(fā)明解決了模型試驗中隱伏水體與充水巖溶管道構(gòu)造和埋設問題，具有以下優(yōu)點
1、 能成功的將隱伏水體或充水巖溶管道埋入相似模型；
2、 洞壁與實際工程中隱伏水體或充水巖溶管道吻合；
3、 能保證相似材料成功鋪設，材料鋪設過程中，不至于在隱伏水體或充水巖溶管道處產(chǎn) 生塌方，以致不能在相似模型中形成隱伏水體或充水巖溶管道；
4、 控制裝置可根據(jù)工程背景與模擬需要，通過加壓泵控制相似材料內(nèi)隱伏水體或巖溶管 道水力條件(定流量、變流量或定壓力)，其中，流量曲線或壓力條件可依據(jù)工程實測資料和 相似理論換算得到。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意其中l(wèi).相似材料頂面；2.進出水管；3.試驗臺架；4.隱伏水體或充水巖溶管道；5.隧(巷) 道；6.相似材料；7.加壓泵，8.控制裝置，
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1中， 一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架3，試驗臺架3內(nèi)鋪設有若干層相似材料6，相似材料6中開挖有隧(巷)道5,相似材料中6設置有隱伏水體或充水巖溶管道4，隱伏水體或充水巖溶管道4通過進出水管2與試驗臺架3外部的加壓泵7連接，加壓泵7與控制裝置8連接。所述試驗臺架3為剛性透明臺架。
一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)的埋設方法，包括以下步驟
A. 鋪設相似材料6，將相似材料6依據(jù)工程背景中巖土體強度在試驗臺架3中分層鋪設，且可按實際巖土層傾角鋪設；
B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料6鋪設到隱伏水體或巖溶管道4所在位置時，將由可溶鹽巖預制而成預定形狀的隱伏水體或巖溶管道埋4入相似材料中，然后繼續(xù)鋪設上覆巖土相似材料層直至到達預定相似材料頂面1位置；
C. 隧道5的開挖，隧道5所在位置先按正常巖土相似材料層鋪設，在后期試驗過程中開
挖；
D. 隱伏水體或巖溶管道4的制備，后期通過加壓泵7向可溶鹽巖預制體內(nèi)注水溶解可溶鹽巖預制體，并抽出鹽巖溶液，然后用加壓泵7注水加壓，從而成功構(gòu)造了模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道4，可保證在相似材料6夯實過程中，不在隱伏水體或充水巖溶管道6處產(chǎn)生塌方，并通過控制裝置8和加壓泵7控制相似材料6內(nèi)隱伏水體或巖溶管道4水力條件。
權(quán)利要求
1.一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，其特征在于試驗臺架內(nèi)鋪設有若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設置有隱伏水體或充水巖溶管道，隱伏水體或充水巖溶管道通過進出水管與試驗臺架外部的加壓泵連接，加壓泵與控制裝置連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)，其特征在于 所述試驗臺架為剛性透明臺架。
3. —種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)的埋設方法，其特征在于，包括以 下步驟A. 鋪設相似材料，將相似材料依據(jù)工程背景中巖土體強度在試驗臺架中分層鋪設，且可 按實際巖土層傾角鋪設；B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料鋪設到隱伏水體或巖溶管道所在位置時，將由可溶鹽巖 預制而成預定形狀的隱伏水體或巖溶管道埋入相似材料中，然后繼續(xù)鋪設上覆巖土相似材料 層直至到達預定位置；C. 隧道的開挖，隧道所在位置先按正常巖土相似材料層鋪設，在后期試驗過程中開挖；D. 隱伏水體或巖溶管道的制備，后期通過加壓泵向可溶鹽巖預制體內(nèi)注水溶解可溶鹽巖 預制體，并抽出鹽巖溶液，然后用加壓泵注水加壓，從而成功構(gòu)造了模型試驗中隱伏水體或 充水巖溶管道，可保證在相似材料夯實過程中，不在隱伏水體或充水巖溶管道處產(chǎn)生塌方， 并通過控制裝置和加壓泵控制相似材料內(nèi)隱伏水體或巖溶管道水力條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相似模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，試驗臺架內(nèi)鋪設有若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設置有隱伏水體或充水巖溶管道，隱伏水體或充水巖溶管道通過進出水管與試驗臺架外部的加壓泵連接，加壓泵與控制裝置連接。同時本發(fā)明還公開了所述系統(tǒng)的埋設方法。本發(fā)明研究了模型試驗中隱伏水體或充水巖溶管道系統(tǒng)及埋設方法，解決了隱伏水體或充水巖溶管道的埋設和模擬問題。將隱伏水體或充水巖溶管道埋入模型試驗相似材料中，與前人研究相比，與工程實踐更接近，所得出的突水理論研究成果適用范圍更廣。
文檔編號G01M99/00GK101625289SQ200910017560
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者馮現(xiàn)大, 李利平, 李術(shù)才, 李樹忱, 許振浩 申請人:山東大學