專利名稱：相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)及埋設(shè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地質(zhì)力學技術(shù)，尤其是一種相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)及埋設(shè)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模型試驗研究工作，但也存在明顯的弱點，在做地質(zhì)力學相似模型試驗的基本模型時， 一般使用均一材料，簡化的鋪設(shè)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，如無充填型溶洞或巖溶管道。

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無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)及埋設(shè)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無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，試驗臺架內(nèi)鋪設(shè)有若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設(shè)置有無充填型溶洞或巖溶管道，無充填型溶洞或巖溶管道中有不透水樹脂膜袋，不透水樹脂膜袋通過進出水管與試驗臺架外部的水泵連接。
所述試驗臺架為剛性透明臺架。
一種相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)的埋設(shè)方法，包括以下步驟
A. 鋪設(shè)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(shè)，且可按實際巖土層傾角鋪設(shè)；
B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料鋪設(shè)到無充填型溶洞或巖溶管道所在位置時，將最外層為密封的不透水樹脂膜袋的由可溶鹽巖預制而成預定形狀的無充填型溶洞或巖溶管道埋入相似材料中，然后繼續(xù)鋪設(shè)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(shè)，在后期試驗過程中開挖；
D. 無充填型溶洞或巖溶管道的制備，后期通過水泵向不透水樹脂膜袋內(nèi)注水溶解可溶鹽巖預制體，并抽出溶解后溶液，并產(chǎn)生負壓，使不透水樹脂膜袋與相似材料脫離，即可形成無充填型溶洞或巖溶管道，可保證在相似材料夯實過程中，不在無充填型溶洞或巖溶管道處產(chǎn)生塌方，溶液抽出后空洞內(nèi)部僅存一個重量和體積可忽略樹脂膜袋，不影響相似模型試驗結(jié)論。
本發(fā)明中的相似材料和不透水樹脂膜袋均為現(xiàn)有東西，在此不再贅述。
本發(fā)明按照實際工程中的無充填型溶洞或巖溶管道形狀，通過相似比換算后，用可溶性好的鹽巖預制無充填型溶洞或巖溶管道，并在外層包裹密封的不透水樹脂膜袋；相似材料鋪設(shè)時，將鹽巖預制體和膜袋一起埋入實際工程中的無充填型溶洞或巖溶管道相應位置；材料鋪設(shè)完畢后，注水溶解鹽巖預制體，并抽出鹽巖溶液，并產(chǎn)生負壓，使樹脂膜袋與相似材料脫離，從而成功構(gòu)造了模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道。
本發(fā)明研究了模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)及埋設(shè)方法，解決了無充填型溶洞或巖溶管道的埋設(shè)和模擬問題。將無充填型溶洞或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，所得出的地質(zhì)力學形似模型試驗研究成果適用范圍更廣。
本發(fā)明解決了模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道構(gòu)造和埋設(shè)問題，具有以下優(yōu)點
1、 能成功的將無充填型溶洞或巖溶管道埋入相似模型；
2、 鹽巖溶解后，抽出溶液，洞壁膜袋會與相似材料脫離，從而形成與實際工程中洞壁吻合的無充填型溶洞或巖溶管道；
3、 能保證相似材料成功鋪設(shè)，材料鋪設(shè)過程中，不至于在無充填型溶洞或巖溶管道處產(chǎn)生塌方，以致不能在相似模型中形成無充填型溶洞或巖溶管道。
4、 可以模擬開挖或其他因素影響下無充填型溶洞或巖溶管道施工過程力學反應和變形規(guī)律等。


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.隧(巷)道；5.相似材料；6.水泵，7.無充填型溶洞或巖溶管道。
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無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架3，試驗臺架3內(nèi)鋪設(shè)有若干層相似材料5，相似材料5中開挖有隧道4，相似材料5中設(shè)置有無充填型溶洞或巖溶管道7，無充填型溶洞或巖溶管道7中有不透水樹脂膜袋，不透水樹脂膜袋通過進出水管2與試驗臺架3外部的水泵6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無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)的埋設(shè)方法，包括以下步驟-A.鋪設(shè)相似材料5，將相似材料5依據(jù)工程背景中巖土體強度在試驗臺架3中分層鋪設(shè)，且可按實際巖土層傾角鋪設(shè)；
B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料5鋪設(shè)到無充填型溶洞或巖溶管道7所在位置時，將最外層為密封的不透水樹脂膜袋的由可溶鹽巖預制而成預定形狀的無充填型溶洞或巖溶管道7埋入相似材料中，然后繼續(xù)鋪設(shè)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4的開挖，隧道4所在位置先按正常巖土相似材料層鋪設(shè)，在后期試驗過程中開
挖；
D. 無充填型溶洞或巖溶管道7的制備，后期通過水泵6向不透水樹脂膜袋內(nèi)注水溶解可溶鹽巖預制體，并抽出溶解后溶液，并產(chǎn)生負壓，使不透水樹脂膜袋與相似材料5脫離，即可形成無充填型溶洞或巖溶管道7，可保證在相似材料5夯實過程中，不在無充填型溶洞或巖溶管道7處產(chǎn)生塌方，溶液抽出后空洞內(nèi)部僅存一個重量和體積可忽略樹脂膜袋，不影響相似模型試驗結(jié)論。
權(quán)利要求
1.一種相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，其特征在于試驗臺架內(nèi)鋪設(shè)有若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設(shè)置有無充填型溶洞或巖溶管道，無充填型溶洞或巖溶管道中有不透水樹脂膜袋，不透水樹脂膜袋通過進出水管與試驗臺架外部的水泵連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)，其特征在于 所述試驗臺架為剛性透明臺架。
3. —種相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)的埋設(shè)方法，其特征在于，包括以 下步驟 —A. 鋪設(shè)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(shè)，且可 按實際巖土層傾角鋪設(shè)；B. 埋入鹽巖預制體，當相似材料鋪設(shè)到無充填型溶洞或巖溶管道所在位置時，將最外層 為密封的不透水樹脂膜袋的由可溶鹽巖預制而成預定形狀的無充填型溶洞或巖溶管道埋入相 似材料中，然后繼續(xù)鋪設(shè)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(shè)，在后期試驗過程中開挖；D. 無充填型溶洞或巖溶管道的制備，后期通過水泵向不透水樹脂膜袋內(nèi)注水溶解可溶鹽 巖預制體，并抽出溶解后溶液，并產(chǎn)生負壓，使不透水樹脂膜袋與相似材料脫離，即可形成 無充填型溶洞或巖溶管道，可保證在相似材料夯實過程中，不在無充填型溶洞或巖溶管道處 產(chǎn)生塌方，溶液抽出后空洞內(nèi)部僅存一個重量和體積可忽略樹脂膜袋，不影響相似模型試驗 結(jié)論。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種相似模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)，包括試驗臺架，試驗臺架內(nèi)鋪設(shè)有若干層相似材料，相似材料中開挖有隧道，相似材料中設(shè)置有無充填型溶洞或巖溶管道，無充填型溶洞或巖溶管道中有不透水樹脂膜袋，不透水樹脂膜袋通過進出水管與試驗臺架外部的水泵連接。同時本發(fā)明還公開了所述系統(tǒng)的埋設(shè)方法。本發(fā)明研究了模型試驗中無充填型溶洞或巖溶管道系統(tǒng)及埋設(shè)方法，解決了無充填型溶洞或巖溶管道的埋設(shè)和模擬問題。將無充填型溶洞或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，所得出的地質(zhì)力學形似模型試驗研究成果適用范圍更廣。
文檔編號G01M99/00GK101644632SQ20091001756
公開日2010年2月10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, 超 袁, 許振浩 申請人:山東大學